遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的分析與在變電站的應(yīng)用

李仕強(qiáng)

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，無人值守變電站逐漸增多，為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，并解決無人值守變電站的安全防范問題，非常有必要進(jìn)行變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。文章論述了圖像監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)及特點(diǎn)，闡述了圖像監(jiān)控系統(tǒng)在無人變電站中的作用，變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施及應(yīng)用，將提高無人值班變電站的安全運(yùn)行水平。

【關(guān)鍵詞】變電站；遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)行狀態(tài)

隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及多媒體信息處理技術(shù)在電力系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷完善，變電站監(jiān)控系統(tǒng)正從常規(guī)靜態(tài)監(jiān)視監(jiān)控向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控方向發(fā)展?；诮y(tǒng)一信息平臺的圖像監(jiān)控技術(shù)已日臻成熟，遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)已逐步成為變電站無人值守運(yùn)行管理強(qiáng)有力的輔助監(jiān)控工具。通過該系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對變電站區(qū)域內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度；監(jiān)視站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的外觀狀態(tài)及室內(nèi)環(huán)境情況；實(shí)現(xiàn)變電站防盜及防火的自動(dòng)監(jiān)控；并可提供事后分析事故的有關(guān)圖像資料。

1.實(shí)現(xiàn)變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的因素

如何將變電站遠(yuǎn)程的監(jiān)視、遙控、防盜、消防和報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，做到既可以遠(yuǎn)程監(jiān)視、 遙控和圖像的傳輸，又具備環(huán)境的整體監(jiān)控，并且具有通常聯(lián)網(wǎng)報(bào)警的功能。投入費(fèi)用既要合理， 又能有效地預(yù)防、打擊犯罪，保障財(cái)產(chǎn)安全。因此，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，將安全防范技術(shù)提高到一個(gè)新的水平， 這已經(jīng)成為當(dāng)前變電站監(jiān)控應(yīng)用發(fā)展的主要方向。

針對無人值守變電站的特點(diǎn)，我們建立的圖像監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1） 監(jiān)視系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必須要有機(jī)的聯(lián)動(dòng)結(jié)合， 從而提高無人值守或少人值守變電站人員和設(shè)備的安全性及便利性；

2） 傳輸方式基于 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)，圖像壓縮技術(shù)成熟、可靠；

3） 具有現(xiàn)場圖像畫面、人員進(jìn)出情況、特定環(huán)境的報(bào)警信號等數(shù)據(jù)及時(shí)地傳回監(jiān)控中心的功能；

4） 所有圖像數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)必須遠(yuǎn)程傳輸，并且對數(shù)據(jù)的記錄存儲要做到全面、細(xì)致。使得數(shù)據(jù)的存儲、檢索、回放、備份、恢復(fù)利于管理和服務(wù)；

5） 系統(tǒng)的管理采用分級權(quán)限，不同的人員具有不同的使用權(quán)限，以便實(shí)現(xiàn)安全化管理；

6） 系統(tǒng)必須采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)功能模塊可根據(jù)需要添加，保證系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性和友好的人機(jī)對話界面。

2.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

圖像監(jiān)控以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)中。隨著數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的日益成熟及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控技術(shù)提供了條件。目前，監(jiān)控方式可分為三類：模擬圖像監(jiān)視、基于 PC 的多媒體監(jiān)控和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控。

2.1 模擬圖像監(jiān)視

它被廣泛應(yīng)用于保安、生產(chǎn)管理等行業(yè)。圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般采用模擬方式傳輸， 采用圖像電纜，傳輸距離不能太遠(yuǎn)，主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。

2.2 基于PC 的多媒體監(jiān)控

隨著數(shù)字圖像壓縮編碼技術(shù)的日益成熟， 微機(jī)的普及化， 為基于 PC 的多媒體監(jiān)控創(chuàng)造了條件。在遠(yuǎn)端監(jiān)控現(xiàn)場， 有若干個(gè)攝像機(jī)、各種檢測、報(bào)警探頭與數(shù)據(jù)設(shè)備， 通過各自的傳輸線路，匯接到多媒體監(jiān)控終端PC上，通過通信網(wǎng)絡(luò)，將這些信息傳到一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控中心。基于PC 的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)功能雖強(qiáng)，但穩(wěn)定性不夠好， 功耗高，費(fèi)用高， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要有人值守，同時(shí)，軟件的開放性不好，傳輸距離明顯受限。

2.3 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控

基于嵌入式技術(shù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)圖像監(jiān)控主要的原理是：網(wǎng)絡(luò)圖像服務(wù)器內(nèi)置一個(gè)嵌入式芯片，采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。攝像機(jī)傳送來的圖像信號數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過網(wǎng)絡(luò)總線傳送到Web 服務(wù)器。

3.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)的組成

變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)由多個(gè)遠(yuǎn)程現(xiàn)場和一個(gè)監(jiān)控中心組成，在遠(yuǎn)程現(xiàn)場和監(jiān)控中心之間有PCM 2M通訊線路連接，在遠(yuǎn)程現(xiàn)場均有若干攝像機(jī)，攝像機(jī)的鏡頭、 云臺可控， 并可加若干傳感器、警燈、警號等外圍設(shè)備。在監(jiān)控中心可以任意監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場， 并能收集到各現(xiàn)場的報(bào)警信息。監(jiān)控中心由中心機(jī)房內(nèi)部的多媒體監(jiān)控主機(jī)和機(jī)房以外的網(wǎng)絡(luò)分控計(jì)算機(jī)組成。系統(tǒng)可以隨時(shí)方便、即時(shí)地檢索、回收記錄存貯的圖像， 并可按時(shí)間、地點(diǎn)（鏡頭）或圖像文件進(jìn)行檢索和回放?；胤艌D像穩(wěn)定、清晰，可反復(fù)讀寫， 不存在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中所存在的錄像帶的信號衰減和磨損問題。

4.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)配置

4.1 廠站端設(shè)備

主要由前端設(shè)備和圖像編碼壓縮服務(wù)器組成（包括攝像機(jī)單元、控制解碼器、圖像矩陣、報(bào)警控制設(shè)備、麥克風(fēng)和音箱、編解碼器等）。在有人值守的遠(yuǎn)程現(xiàn)場可以設(shè)置多媒體控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)置控制健盤， 這些控制設(shè)備可以控制該現(xiàn)場的攝像機(jī)切換，鏡頭、臺動(dòng)作， 并且可以處理報(bào)警信息。對于無人值守的現(xiàn)場可以不放置計(jì)算機(jī)，建議放置控制鍵盤。廠站端設(shè)備在系統(tǒng)中的作用是采集現(xiàn)場的各種圖像、音頻、數(shù)據(jù)等信息，并通過編解碼器進(jìn)行處理，將模擬信號數(shù)字化并壓縮編碼， 以便于在可利用的數(shù)字通訊線路上進(jìn)行傳輸。同時(shí)廠站端還具有把主站端傳輸過來的控制命令解碼后控制鏡頭、 云臺等可控裝置。其次，系統(tǒng)應(yīng)具有多畫面視窗， 1～16個(gè)畫面任意分割方式；圖像清晰，畫面流暢， 徹底杜絕馬賽克、圖像邊沿鋸齒及拖動(dòng)現(xiàn)象；在保證高品質(zhì)畫面的同時(shí)，降低傳輸碼流，實(shí)現(xiàn)了真正的海量存儲。

4.2 通道傳輸設(shè)備

遠(yuǎn)距離傳輸起到連接變電站和監(jiān)控中心的橋梁作用，也是系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分，傳輸系統(tǒng)的性能直接決定著系統(tǒng)監(jiān)控中心圖像和數(shù)據(jù)的質(zhì)量。這部分設(shè)備要根據(jù)通信通道選取。眾所周知，現(xiàn)場攝像機(jī)采集到的模擬信號是不能直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)模?必須先數(shù)字化；而25幀/s的彩色活動(dòng)圖像在數(shù)字化后約需67 Mbit/s的傳輸帶寬，目前只有在光纖上才能實(shí)現(xiàn)傳輸，其浪費(fèi)是顯而易見的。在有限的帶寬下（ 通常為2 M）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控，就必須對圖像進(jìn)行壓縮。

電力系統(tǒng)主要的傳輸方式是 E1線路傳輸方式： E1（2M速率） 組網(wǎng)適用于要求圖像傳輸?shù)拇笮驼颈O(jiān)控，而且站方應(yīng)有豐富的傳輸資源。各個(gè)遠(yuǎn)端被控站的圖像和數(shù)據(jù)通過一條各自獨(dú)立的E1線路進(jìn)入到分控中心和集中監(jiān)控中心構(gòu)成的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。在遠(yuǎn)端變電站的圖像壓縮設(shè)備將監(jiān)控圖像編碼壓縮， 并打包為 IP 數(shù)據(jù)包， 透過 E1線路進(jìn)入省電力公司的IP 以太網(wǎng)， 在分散監(jiān)控中心和集中監(jiān)控中心由圖像處理設(shè)備選擇變電站的圖像進(jìn)行解碼輸出，送到監(jiān)控中心進(jìn)行處理。這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于傳輸?shù)目煽啃愿摺?實(shí)時(shí)性好、 圖像質(zhì)量高?？梢杂霉鈧鬏?SDH/PDH中的E1接口，節(jié)省資源。采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)， 當(dāng)需要增加監(jiān)測變電站時(shí)， 只需要增加變電站的前端設(shè)備，在監(jiān)控中心不需要增加相應(yīng)的圖像處理設(shè)備，增加了擴(kuò)展的余地。

4.3 主站設(shè)備

簡單的主站僅僅由一個(gè)或數(shù)個(gè)監(jiān)控終端組成，它們往往以分時(shí)形式完成一對一或一對多的圖像監(jiān)控任務(wù)。復(fù)雜的主站設(shè)備包括報(bào)警數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 數(shù)字錄像數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及多個(gè)監(jiān)控終端和大量的輔助監(jiān)控終端，這種構(gòu)造更符合集中式（對于變電站來說） 和分布式（ 對于監(jiān)控終端來講）的原理，并且可以方便地建立分級監(jiān)控體系，是變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)未來的主流發(fā)展方向。

5.實(shí)現(xiàn)變電站圖像監(jiān)控的安全性分析

常規(guī)意義上的四遙系統(tǒng) 是調(diào)度自動(dòng)化的主要內(nèi)容，它們是實(shí)現(xiàn)變電站無人值守的必要條件。但僅僅依靠調(diào)度自動(dòng)化的現(xiàn)有技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)變電站的無人值守是不完善的，這是因?yàn)樽冸娬臼请娏ιa(chǎn)重點(diǎn)場所， 安全性能要求非常高，為了保證安全， 應(yīng)對環(huán)境狀況、 設(shè)備運(yùn)行、 文明生產(chǎn)等各類情況加以監(jiān)控。特別要防范火災(zāi)、爆炸、泄露、失竊以及惡意破壞等現(xiàn)象的發(fā)生， 對安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅的情況加以監(jiān)視， 只有這樣，才能切實(shí)提高實(shí)行無人值守之后的變電站的安全水平。以圖像監(jiān)控為核心的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)， 它可以包含各類報(bào)警信號（ 如紅外、運(yùn)動(dòng)、門磁、聲音、震動(dòng)、微波、濕度、溫度等），經(jīng)中央單元的處理， 進(jìn)行圖像錄像，并聯(lián)動(dòng)各類行動(dòng)輸出（如報(bào)警、鎖具、消防設(shè)備等） ，經(jīng)過進(jìn)一步開發(fā)，可以較好地應(yīng)用于無人值班變電站。對于常規(guī)的圖像監(jiān)控系統(tǒng)（即工業(yè)電視系統(tǒng)），不具備上述功能， 使得它不適用于變電站的圖像監(jiān)控； 此外， 它的信號傳輸范圍有限（通常為1km 范圍內(nèi)）， 并且需要有專人負(fù)責(zé)操作和管理； 而變電站數(shù)量多、分布廣，每個(gè)變電站安裝一套工業(yè)電視系統(tǒng)并安排專人值守有悖于無人值守的初衷。因此， 將一個(gè)地區(qū)的數(shù)個(gè)甚至是幾十個(gè)變電站， 通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控手段統(tǒng)一管理起來， 建立一個(gè)集中式的圖像監(jiān)控系統(tǒng)是解決變電站圖像監(jiān)控的合理方法。

6.結(jié)束語

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)（即“四遙”）功能，由于遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，使變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)又增加了遙視功能，由“四遙”發(fā)展到了“五遙”，進(jìn)一步加強(qiáng)了對無人值守變電站的運(yùn)行管理，保證了電力系統(tǒng)的安全。