无人值守变电站视频监控系统

1、桑小兵!河南省汝阳县电业局 河南 汝阳 *)#!''#摘要! 无人值守变电站视频监控系统采用 +,- 体系结构$./!0* 压缩 标准 的 嵌 入式 网 络 编码 器 提 供视 频 服 务$ 视 频 流通过 ! 1 光纤信道2组播方式传输到主站系统$ 主站系统与 13- 网和调度网无缝结 合 $ 从 局内 各 工 作站 可 以 远程 监控各个变电站运行情况% 该系统集先进性' 开放性' 可靠性与实时性为一体$ 为实现变电站的无人 值 守 提供 了 基 本保障$ 促进了电力系统的自动化' 现代化和综合性管理%关键词! 无人值守( 视频监控( .4!0*(

2、网络编码器( 信道( 组播( 主站系统电力系统正在大力推广无人值守变电站# 要实现真正意 义上的无人值守#除了遥测%遥信%遥调%遥控之外#遥视已逐 步 成 为无 人 值 守变 电 站 新增 的 而 且是 一 个 十分 必 要 的 自 动 化项目&对于常规的视频监控系统!工业电视系统"# 它的信号传 输 范 围有 限 ! 通 常在 % OF 范 围 内"# 并 且 需 要有 专 人 负责 操 作和管理& 而变电站数量多%分布广#每个变电站安装一套工 业电视系统并安排专人值守有悖于无人值守的初衷& 因此# 将一个地区的数个甚至是几十个变电站#通过网络远程

3、遥视 手段统一管理起来#建立一个网络化遥视系统是解决变电站 视频监控的合理方法&=变电站视频监控系统的关键技术变电 站 视频 监 控 系统 的 关 键技 术 主 要 包 括 视 频 压 缩 编 码技术和流媒体传输方式等&=>= 视频压缩编码技术变电 站 视频 监 控 系统 的 最 主要 的 功 能 就 是 实 现 对 前 端 变电 站 的 环境 及 实 际图 像 进 行自 动 监 视% 告 警 和 记 录 ! 存 储"& 由于图像的原始数据量较大#只有经过压缩编码后才能 在现有的通讯网上进行传输并存储记录到硬盘上# 所以图像压缩处理技术是变电站遥视系统最

4、关键的技术& 因网络传输 业务量随着变电站的增加而大量增加#如果图像压缩标准选 择不当#将严重威胁计算机网络的安全&目前最新的编解码标准 .4!0*X6V+ 是 1YT:8* 的第 #7 部 分 # 简 称 .4!0* Z%8!& .4!0* 标 准 中 有 很 多 优 点 # 如 统 一 的 V+ 符号编码#高精度%多模式的位移估计#基于 *"* 块的整 数变换% 分层的编码语法等& 在同等的图像质量条件下#.4!0* 的压缩率比 1YT:8* 高 %#! 倍# 比 .4!0& 节约 " 左 右 的码率& 同时它满足不同速率

5、%不同解析度以及不同传输场 合或存储的需要#而变电站监控系统需要对多个分散的场所 进 行 监 控# 要 求 较 高的 图 像 质量 和 一 定的 实 时 性# 因 此 本 系 统采用 .4!0* 对视频信号进行压缩&=>? 流媒体传输方式流媒体传输方式Z&有单播%广播和组播 & 种方式& 单播是 在发送方和每一接收者之间建立独立的数据信道& 如果只有 少量客户端访问#不会造成堵塞问题& 但是#当有大量的用户 需要 同 一 份数 据 包 的拷 贝 时 # 容易 造 成 网络 堵 塞 ' 广播 是 指 在 3Y 子网内广播数据包# 所有

6、在子网内部的主机不管用户 是否需要都将收到这些数据包#极易引起广播风暴而且安全 性不 高 # 同 时广 播 数 据不 能 越 过路 由 器 # 从而 使 位 于不 同 网 段的机器不能接收到广播消息'组播是一种允许一个或多个!%""!发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络技术! 组播源 把数据包发送到特定组播组"而只有属于该组播组的地址才 能接收到数据包! 组播可以大大节省网络带宽"克服了单播 和广播两种传输方式的缺点"适合要求规模化和短时延的视 频监控系统! 变电站视频监控系统结构变电 站 视频 监 控 系统678 由 分 站系 统

7、 # 通 讯 系 统 和 主 站 系统 9 大部分组成! 远程各分站的图像视频信号由视频网络编 码器采集压缩成数字信号"经 :! 或 ;<= 接口传输到主站系 统! 主站系统将视频流解压缩6>8后进行播放! 主站系统当地图 像可由视频网络编码器直接接入系统局域网"图像数据通过 以太网传输到需要显示的工作站上! 系统结构如图 ! 所示!"# 分站系统分站 系 统 主要 由 电 视监 控 设 备# 视 频 网 络 编 码 器 # 解 码 器#视频分割器#当地监视器及其他可选附加设备等构成!"$%$ 分站系统的主要功能图 ! 变电站视频监控系统结构

8、图"#$% ! &'()*')(+ ,#-$(-. /0 1)21'-'#/3 4#,+/ ./3#'/(#3$ 151'+.输#音频信号采集压缩与传输#云台镜头控制#报警信号检测!图像传输 将摄像机和麦克风采集的音视频信号进行 处 理 $ 视频 切 换 # 多画 面 分 割%" 将 处 理 后的 模 拟 音视 频 信 号 数字化"压缩"并将压缩后的图像数据传输到主站!?!远程控制 接收主站系统的远程指令" 根据指令要求 切 换 视 频源 或 对 云台 和 镜 头等 监 控 设备 或 其

9、他开 关 设 备 进 行控制!9!全天录像 视频网络编码器可进行全天 ?7 小时不间 断录 像 " 硬 盘空 间 占 满后 将 自 动覆 盖 以 前图 像 " 用 户可 根 据 需要回放录像并剪辑输出到 盘等备份设备里!7!自动报警 分站的某一监控点有报警信号时" 自动将 视频输入切换到该报警点"并立即把报警信号及相应图像传 送到主站端"视频网络编码器同时可启动移动侦测录像或者 报警录像!"$"! 分站系统的主要设备!电视监控设备 电视监控设备主要包括各种类型的摄 像机" $ 固定 摄 像 机# 带 云 台 普通

10、摄 像 机# 一 体 化 球形 摄 像 机 和无线摄像机%#各种报警探测器"$红外防盗报警器# 红外测 温仪 # 烟 感 温度 报 警 器和 气 体 泄漏 报 警 器% 以 及 灯 光和 警 笛 等其他相关专用设备!?!视频网络编码器 视频网络编码器是监控前端的核心 设 备 " 集成 了 视 频信 号 数 字化 与 压 缩# 压 缩 图 像数 据 网 络传及处理#!A 或 B 画面分割及图像动态检测#移动侦测录像#定 时录像#报警录像等功能!视频 网 络 编码 器 图 像 传 输 端 口 具 有 ? 种 模 式C :! 口 和 以太网口! 端口模式选择通过软件配置"

11、;不需要跳线或拨码 开关! 传输端口配置成以太网口模式"可直接与光端机以太 网口 连 接 " 中间 不 需 要任 何 转 换设 备 " 也 可以 与 以 太网 集 线 器相连"接入以太网! 视频输出接口可以接监视器以供本地 监控"视频信号可以在 !A 路视频输入中选择! 其中主上传通 道接至视频切换器的输出口以便远程图像切换和分割& 对云 台 摄 像 机及 镜 头 的控 制 # 灯 光开 关 的 控制 均 通 过解 码 器 实 现"视频网络编码器与各云台镜头控制解码器之间通讯采用 D&E7F> 总线结构&

12、 报警信号接至视频网络编码器的输入端 口 " 同时 接 收 视频 网 络 编码 器 发 送的 联 动 控制 命 令 " 控制 联 动设备"一台视频网络编码器最多可接 !A 个报警信号输入& 所 有 摄像 机 的 视频 输 出 信号 都 通 过各 自 独 立的 视 频 电 缆 接 至视频网络编码器的各个视频输入端"一台视频网络编码器 最多可接 !> 台摄像机!9!解码器 解码器里集成了云台镜头控制器和灯光控制 器"接收视频网络编码器的控制命令对云台和摄像机实施控 制" 有室 内 # 室 外# 球 机 9 种 型号 的 云

13、台控 制 器 & 通过 灯 光 控 制器可进行远程开光灯操作!G!8#视频分割器 为了节省带宽!变电站的图像通过一路 主通道上传!分站端就要增加视频分割器" 它的输出口与视 频网络编码器的主上传通道相连!主站端通过一个窗口浏览 该站图像!视频分割器方便用户进行图像切换和分割" 它有$9 路和 : 路两种型号!与 $9 路和 : 路视频网络编码器相对应"!"! 通讯系统!"!"# 网络结构远程 控 制 前端 的 视 频网 络 编 码器 与 主 站 系 统 以 太 网 远 程桥接器之间!采用光纤接口#;$ 口$连接% 主站系统用以

14、太 网远 程 桥 接器 与 交 换机 相 连 ! 接入 主 站 端的 系 统 网络 &<=* 网或调度网$'分站端通过视频网络编码器提供的接口! 利用 光纤传输网! 能提供压输视频与音频数据传输足够的带宽! 达到远程实时监视的效果>9?%!"!"! 网络性能网络 硬 件 设备 采 用 先进 的 进 口设 备 ! 确 保 稳 定 ( 可 靠 与 安全!具有强抗干扰能力% 网络结构具有良好的可扩展性!可 以根据日后的需要灵活地增加配置% 网络提供多种方式的接 口!可方便地与现有设备相连!避免资源浪费%!"$ 主站系统主站系统一般设在办公大楼

15、! 由以太网远程桥接器( 网 络交换机(系统服务器和系统工作站组成% 主站系统结构如 图 ! 所示%图 ! 主站系统结构图&'() ! *+,-.+-,/ 0'1(,12 34 536+ 676+/2$# 系统服务器 系统服务器的主要功能是启动图像上传( 转 发 工作 站 命 令( 远 程 录 像回 放 ( 处 理多 个 监 控客 户 终 端的 任务调度(监控终端用户访问控制(报警处理(系统数据库管 理以及远程操作视频网络编码器%!#系统工作站 监控工作站微机配置在主控机房( 调度 室 ( 主 管 领导 办 公 室和 其 他 相关 单 位 ! 安装 图 像 监控 用 户

16、 端 软件% 监控工作站用户必须由系统管理员在系统数据库中注 册!根据职责授予不同的权限和控制优先级% 用户通过用户 名和 口 令 登陆 系 统 ! 在系 统 管 理员 授 予 相应 的 权 限下 ! 可 获 得图像 监 视( 语 音 对 讲( 远 程 控 制( 录 像 ( 照 像以 及 语 音报 警 功能%#以太网远程桥接器 主站系统局域网通过以太网远程 桥与多个远程监控前端实现双向数据通讯!以太网桥接器具"$B!"有 $A#BB <C16/ DE 接 口 和 标 准 的 ;# 接 口 ! 提 供 FGH 和 IGH 之间的桥接!实现以太网和广域网数据流的双向转发!

17、 可与远程监控分站的视频编码器同时进行数据通讯! 实现帧 过渡(地址表维护(流量控制等多项功能%8#网络交换机 主站系统局域网采用 $BJ$"" < 以太网交 换机! 划分为 % 个 KFGH 区!$!$! 口用作接收分站端视频数 据!$%!$9 口接视频服务器!$L!" 口接调度网或 <=* 网交换 机 ! 其 中 分站 端 视 频数 据 可 上传 至 服 务器 和 工 作站 ! 而 工 作 站命令不能直接发至分站端!需要经过服务器转发%$ 变电站视频监控系统特点$# 图像 清 晰$ 监 控 实 时 系 统 采 用 高 精 密 摄 像 机 ! 上 传

18、 图像细微逼真!实时效果好!通过轮视及画面分割!可监视整 个变电站的运行环境% 云台控制(语音对讲(灯光开关等命令 下传 及 时迅 速 ! 可 对同 一 点 进行 全 方 位的 监 视 ( 现场 指 挥 等 远程控制%!#自动报警$联动控制 监控分站的一台视频网络编码 器可以检测 $9 个报警信号!报警信号输入可来自烟感( 红外 对射(红外探测(玻璃破碎器等各种报警检测设备!输出控制 信号可配置与各个报警信号相关联% 当监视点发生报警时! 系统自动启动各种对应的联动设备!并将视频切换到相应的 摄像机!启动灯光!自动录像% 监控工作站可发出语音报警提 示! 防 止 了变 电 站 火灾 ( 爆 炸

19、 ( 失窃 及 恶 意破 坏 的 发生 ! 保 证 了变电站的安全运行% 另外!当视频网络编码器出现硬盘满( 网线断(=M 地址冲突等异常或摄像机被蓄意遮挡时! 都会自 动报警!方便维护人员及时处理%#硬盘录像$远程回放 安装在变电站端的视频网络编 码器一台可装 N 块硬盘!每块硬盘大小为 $9B O!可进行每个 监控点各种方式的录像%!定时录像)视频网络编码器可进行 !8 小时全天不间断 录像!如果硬盘已满!自动覆盖以前录像!所以用户需经常备 份重要剪辑%"移动侦测录像)在监控点很少有人进出的情况下!定时 录像 对 于 用户 无 多 大意 义 ! 相 反占 用 很 大硬 盘 ! 这

20、 时移 动 侦 测录像显得很有意义% 它的原理是分析视频图像! 确定视频 场景 是 否 有变 化 ! 当 视频 场 景 有变 化 时 ! 根据 变 化 灵敏 度 的 设置进行录像!当场景趋于平静时!录像自动停止%#报警自动录像)系统管理员可以对报警点进行布防设 置!决定在布防时间段报警发生时是否进行录像% 当报警器 有报警发生时!自动进行录像至报警解除% 不同监控变电站 的报警(同一监控变电站的报警均可同时录像%远程录像回放是根据日期时间!在主站端远程播放视频 网络编码器的相应摄像机的硬盘录像!可以下载到服务器的 当地硬盘%8#系统安全$维护方便 多个监控工作站可以同时对某 一监控分站进行图像

21、监视!多个监控工作站中同时仅有其中 一个掌握控制权的用户可以对该监控分站控制!控制权根据桑小兵 视频监控系统在无人值守变电站的应用用户优先权或通过用户之间消息对话协商分配!通过网络对远端站点的访问实行两级保护! 首先" 对远 端 访 问的 用 户 必须 事 先 进行 注 册 " 系统 管 理 员授 予 相 应 权 限#其次"开始通信时需要使用口令登录"并且同一时刻只允 许同一用户登录一次! 这样的保护功能使得各工作站有序操 作"不会引起混乱!变电站视频监控系统运行情况系统自投入运行以来已充分显示出其重要 性 和必 要 性Q 已为电业局的安全生产

22、发挥了重要作用! 主要体现在以下两 点$0%实现了管理的信息化和自动化! 电业局的自动化技术 水平得到全面提升"自动地实现了操作班变电站现场巡查流 程 " 减 少 了人 为 因 素带 来 的 可能 事 故 和隐 患 " 保 证了 电 力 生 产正常运行"同时减轻了劳动强度"提高了工作效率#,% 系统 实现了与消防&电子围栏&门禁等联动报警"使变电站安全性 得到了显著提高! 系统使所有重要的运行设备和场所均处于 严密的监视和受控之中"真正为变电站少人值守甚至无人值 守创造了必要条件!" 结束语正值电力

23、行业信息化系统集成发展大潮来临之际" 安全 防范领域适时地介入电力行业"其价值与意义不断被电力行 业所认可! 电力网络化建设&电网调度自动化技术运用&变电 站安 全 防范 等 级 要求 提 升 & 供电 使 用 效率 要 求 提高 等 " 这 些 都促进了安全防范领域在电力行业的新应用"相信变电站安 防将有更为广阔的技术发展空间和市场回报!参考文献!(0* 周立群! 宋仲康+变电站远程视频监控系统研究()*+仪表技术!,-Z%0,&_,P1,Z+R4=f M8!cJ9QU=56 RVD9:!h"9:+V>

24、L;JGH D9 K>FD;> C8G>D FD98;DK89: LHL;>F DK LJ#L"8D9 ()*+%9L;KJF>9;"8D9>IV9DAD:HQ ,-Z%0,&_,P1,Z+(,* 穆战松! 黄挚雄+ 基于4+,P2的远程数字视频监控系统()*+计算机与数字工程!,-P!2%/&_0/P10/.+f RV"9!LD9:Q4fS56 RV8!W8D9:+ S K>FD;> C8G>D FD98;DK89: LHL;>F #"L>G D9 4+,P2 ()*+ 3DFEJ;>K "9G B8:8;"A&9:89>>K89:!,-P!2%/&_0/P10/.+(/* 何小海!滕奇志+ 图像通信(*+西安$西安电子科技大学出 版社!,-$/,Y1/+(2* 彭强!杨天武!陈维荣!远程视频监控系统中的解码技术及 显示控制策略()*!电力系统自动化!,-,!,P%.&$PP+N&56 b8"