无人值守视频监控系统的设计与实现

无人值守视频监控系统的设计与实现

1国内无人值守变电站发展现状随着中国经济的快速发展，中央政府高度重视国家能源安全和能源储备的建设，客观上对中国能源行业提出了更高的要求，客观上对中国能源行业提出了更高的要求。这越来越对电气部门的安全部门提出了强烈的需求。电力行业和广大人民群众的生活、生产息息相关,一旦电力设施遭遇破坏造成大面积停电,其后果往往不堪设想。另外,随着电力企业的发展,无人值守变电站越来越多地出现在城市的各个角落,电力部门对无人变电站进行高效维护和统一管理成为了新的迫切问题。另一方面,随着通信工具的日益普及,为了方便人们的交流,扩大信号覆盖范围,多年来,中国电信、中国网通、中国移动等运营商纷纷投入了大量资金建设模块化机房或基站。其中很多机房和基站都是建设在偏僻的乡村和山头,维护人员只是定期到现场进行设备维护,均属于无人值守,客观上造成了设备的易盗性。据不完全统计,目前我国每年偏远通信机房设备及线缆被盗案件平均达到了上万起,直接经济损失数以亿计,不仅给用户正常通信带来不便,电信运营商的企业信誉的损失也是不可估量的。为此很多电信企业提出了悬赏或增加人力等方式来解决问题,但均收效甚微。针对以上问题,为对远程电力设备或电信机房/基站进行无人化的有效监控与管理,很多电力、电信部门已经开始使用集视频监控、消防、漏水和防盗报警、环境监测、门禁管理和远程集中控制的无人值守综合监控系统(统一监控系统),用“技防”来代替“人防”,从客户实际反馈情况来看,达到很好的效果。2网络视频监控在其他行业的应用传统的无人值守监控是不包括视频监控在内的,只是利用多种传感器和控制器对无人看管、自动运行的前端设备的运行状态和安全情况进行实时数据查看和设备控制,从而实现远程监控与管理目的。而无人值守视频综合监控则是在传统“四遥”的基础上加上视频监控功能,以实现“五遥”(遥信、遥测、遥调、遥控、遥视)目的。无人值守视频综合监控不仅能够实现原有的设备状态远程查看与控制,更能对前端现场(电力变电站/通信机房)设备的运行环境状况、动力设备的工作状态、人员出入管理、防盗入侵和消防系统等子系统进行统一的可视化集成管理。目前,除了前文介绍的电力行业(远程变电柜、远程输配电柜、大型UPS电源柜等)、电信行业(无人值守机房、远程基站等),无人值守视频综合监控应用的主要行业还包括矿产业(供电设备机房、生产作业面)、环境监控行业(如排污点设备机房)等,对于这些行业,其监控对象或者监控点往往地理位置比较偏僻而又要求设备或者系统具有长期高度稳定性,并要求对比较恶劣的自然环境具有适应性;另外,其监控设备往往种类较多,多种系统相互配合,功能也比较复杂。以电信行业无人值守机房为例,其视频综合监控系统的“四遥”监控对象就包括供配电系统、UPS电源、空调、消防系统、保安门禁系统等,在加入视频监控后,各系统配合与兼容性问题更加凸显,其迫切需要从整体上对各个系统功能进行规划,达到高度一致与高效目的。对于已有的“四遥”监控系统,如果仅是在原有系统基础之上进行视频设备与线路补充叠加,那么传统的“数据采集器+数据服务器”监控系统则根本无法同视频监控系统完全融合,必然造成低水平重复投资。传统上“四遥”监控系统都是控制开关及信令数据的传输,因此数据流相对较小,而加入了视频监控后,虽然模拟视频信号可通过数字视频压缩技术转换为H.264或者MPEG-4格式的码流进行传输,但对于电力/电信行业的无人值守项目来说,其一般都具有几千个监控前端,产生的海量数据仍是非常惊人的,因此其原有的数据线路必然不能满足要求。另外,海量的数据传输至监控中心,则对数据的存储、管理提出了非常高的要求。加入视频监控必然带来大量的现场数据,数据采集器采集的数据如果无法进行本地存储和处理,所有数据都必须集中于监控中心服务器进行处理,那么一旦前端网络出现故障,就会造成整个系统的瘫痪。因此对于无人值守视频综合监控系统而言,一个新的要求就是前端设备必须高度可靠和集成,并具有多业务数据本地处理及存储功能。随着监控系统逐步向网络化、集成化方向过渡,网络视频监控设备因其编解码的标准化、控制协议的标准化,在无人值守行业将会占据越来越重要的地位。同时,由于需要多部门协同管理,所以无人值守监控系统需要针对各级职能部门人员的访问权限的要求,对访问和控制等各种权限提供灵活的划分。3模数混合监控下面将主要对无人值守视频综合监控系统中的视频系统建设模式进行重点分析。目前无人值守视频综合监控系统中的视频系统建设方法主要有以下三类:第一类为应用模拟接入并应用模拟线路进行传输的纯模拟监控系统;第二类为应用模拟接入但应用数字线路进行传输的模数混合型监控系统;第三类为应用数字接入并应用数字线路传输的全数字型监控系统。第一类,模拟接入、模拟传输的纯模拟监控系统:其优势在于图像无损传输,切换、控制简单、方便,适合于监控点数较多且较集中的大型监控现场。但这种解决方案因在视频传输、多用户共享以及存储方面不能灵活应用而具有很大劣势,同时无法同环境监测系统、门禁系统等无缝集成,因此目前这种方法和技术在无人值守行业里已经基本被淘汰。第二类,模拟接入、数字传输的模数混合型无人值守视频监控系统:其方案可包括基于嵌入式DVR的联网解决方案和基于PC式DVR的解决方案两种。混合型无人值守视频监控的优势在于集成化地解决了视频监控、数字化传输、存储等几方面的问题,适合于各子站集中监控、总站集中管理且网络条件较好的现场,并且其系统往往可连接大量报警设备,例如门磁、红外、烟感、水浸传感器等,一旦出现异常,系统能自动报警,上传报警信息并联动进行数字录像或声光电报警。但由于这种解决方案只达到了半数字化的程度,前端设备的模拟接入使系统在需要扩容或升级时都不可避免地遇到兼容性问题,另外混合方案在稳定性上也存在先天性不足,因此其也具有一定的局限性,正日益为纯数字系统所取代。第三类,数字接入、数字传输的全数字监控系统:为基于网络视频服务器的解决方案,核心设备为网络视频服务器(DVS)、网络摄像机、传感器、报警器等。4模拟监控无法比拟典型的基于网络的无人值守视频综合监控系统架构如图1所示,与传统系统相比更为简便和可靠,可以实现24小时视频的集中管理和分区存储,全数字化的视频流无论在存储和回放、远程传输、多用户认证与权限的控制和管理方面都具有灵活性,另外由于采用了全数字设备,其系统扩容、升级都变得异常简单、容易,这些也是模拟监控无法比拟的。4.1网络摄像机的选择按照功能的不同,系统共分为三个部分:前端信号采集处理子系统、信号传输子系统、中心平台系统。前端信号采集处理:可在机房内设置球形摄像机或红外一体摄像机以观察整个机房的总体状况和设备的运行状态,并根据需要安装温湿度探测器、电压电流探测器等环境动力采集设备。部分监控现场安装烟感探测器、红外报警探测器、周界报警装置等。对于具体的摄像机选择方面,如果采用网络视频服务器加模拟摄像机方式,其视频采集与传输质量往往更高,但在解决机房/基站的环境监测、动力设备监控、同门禁系统的无缝集成和综合报警系统的联动上,则必须采用网络视频服务器的串口资源进行数据采集,从而降低了系统的推广性;而如果采用网络摄像机(IPC)作为监控前端,由于网络摄像机具有能力强、扩展性好、开发简便特点,则可更好地解决开发、集成和融合等方面的技术难题。信号传输:电信行业的机房一般都有高速的Internet通道,通过机房已有网络进行数据传输,只需要采用网络综合监控主机,不需要额外增加设备。由网络综合监控主机通过网络把图像及相关环境动力监控数据传送到监控中心。中心平台:在监控中心配置监控服务器组,负责管理前端所有摄像机,网络综合监控主机,环境动力监测、报警设备,并联动报警录像、电子地图等,同时管理后端所有上网监控用户。4.2网络传输系统模拟接入方式的无人值守建设模式的优点在于视频图像无压缩、无损失的传输,图像质量清晰,切换控制实时。缺点是需要占用大量的光纤资源,如果通信运营商不能提供足够的光纤链路,就需要重新架设光缆,施工、建设周期较长。基于网络视频服务器的全数字监控系统的优势在于充分利用电信宽带网,系统建设快,组网灵活,图像管理共享更加方便。缺点是图像经过编码压缩,图像质量有一定的损失,同时,图像的传输完全依赖于网络,切换控制有一定的延时。由于带宽的日益提高和网络编解码技术日趋完善,特别是专网环境下这一问题已经开始得到根本的改善。随着网络环境的日渐改善,完全基于网络视频的数字化融合监控系统将越来越受到用户的欢迎。5高可靠性设备在网络部署的基础上支持高可靠性设备在网络部署从实际应用的情况来看,采用以网络视频为核心的网络综合监控技术,更受到客户的青睐。无人值守综合监控系统更具有多种技术融合的应用优