徐軍委 劉長(zhǎng)勝 孫成龍 杜亮 王琨 張仁年

摘 要：為在變電站現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用4G無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)，把人員車輛進(jìn)出場(chǎng)管理、變電站施工現(xiàn)場(chǎng)管理和施工作業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)監(jiān)控連接起來(lái)，在施工項(xiàng)目部中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各類作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督及實(shí)時(shí)管控。因而，開(kāi)展基于4G技術(shù)的視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用研究。從4G技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)出發(fā)，文章重點(diǎn)闡述了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、系統(tǒng)組網(wǎng)圖、該系統(tǒng)的報(bào)警功能和系統(tǒng)特點(diǎn)。對(duì)變電站施工現(xiàn)場(chǎng)的安全管控和事故狀態(tài)下的應(yīng)急指揮將起到事半功倍的效果，進(jìn)而大大提升安全生產(chǎn)管控水平。

關(guān)鍵詞：4G；視頻監(jiān)；變電站

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）36-0164-03

Abstract： In order to apply 4G wireless video monitoring technology to the substation site， the key nodes of the personnel and vehicle access management， the substation construction site management and the construction operation are connected， and we carry out real-time supervision and real-time control of all kinds of work at the site in the center of the construction project department. Therefore， the application research of video surveillance technology based on 4G technology is carried out. Starting from the characteristics and advantages of 4G technology， this paper focuses on the hardware composition of the system， the system network diagram， the alarm function of the system and the characteristics of the system. The safety control of substation construction site and emergency command in the accident state will play a multiplier effect and then greatly improve the level of safety control.

Keywords： 4G； video monitor； substation

引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及和流量資費(fèi)的不斷降低，無(wú)線視頻監(jiān)控能夠在特殊押運(yùn)、資源監(jiān)控、安防監(jiān)控等眾多領(lǐng)域?yàn)槿藗兲峁└?、更?yōu)質(zhì)的服務(wù)[1-3]。4G技術(shù)的特點(diǎn)是高傳輸速度、高帶寬、高穩(wěn)定性，對(duì)廣域無(wú)縫覆蓋以及強(qiáng)漫游的移動(dòng)性提供了良好基礎(chǔ)[4]。

1 系統(tǒng)核心技術(shù)

1.1 視頻壓縮技術(shù)

視頻信息是由一幀一幀圖像構(gòu)成的，并且每一幀圖像都是由許許多多的像素點(diǎn)信息組合而成的。對(duì)于一個(gè)單獨(dú)的像素值而言，看似無(wú)關(guān)的幀圖像之間其實(shí)并不是彼此獨(dú)立的，而是在一定的數(shù)值范圍內(nèi)有關(guān)聯(lián)的。根據(jù)Shannon的信息理論的觀點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行分析，信源的信息包含信息熵和冗余信息[5]。視頻壓縮技術(shù)作為視頻信息資源存儲(chǔ)與應(yīng)用的核心技術(shù)之一，在數(shù)字視頻應(yīng)用和制作過(guò)程中扮演著十分重要的角色，是視頻制作工具最為重要的基礎(chǔ)條件之一[6]，將視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件。H.265是在H.264基礎(chǔ)上改進(jìn)后提出的新標(biāo)準(zhǔn)，融入新技術(shù)和新概念，提升視頻的壓縮率。經(jīng)過(guò)H.265編碼后的視頻信號(hào)占用的寬帶減少，節(jié)約了傳輸成本，推動(dòng)視頻實(shí)時(shí)傳播的發(fā)展，極大滿足了使用者對(duì)高質(zhì)量視頻的要求。

1.2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)包括多種，當(dāng)前主流的無(wú)線傳輸技術(shù)是4G傳輸技術(shù)，具有高傳輸速率、高帶寬、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，對(duì)大面積無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)的覆蓋及強(qiáng)漫游的移動(dòng)性提供了有力的基礎(chǔ)[4]。4G高速網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，打破了原有3G網(wǎng)絡(luò)的局限性，大幅度提高了數(shù)據(jù)上傳下載的速率，降低了網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)性，4G網(wǎng)絡(luò)上傳傳輸速率最高達(dá)50M bit/s，下載速率最高達(dá)100M bit/s，完全能夠承載視頻高清版的傳輸，圖像的清晰度和逼真質(zhì)量提升?；?G視頻監(jiān)控具有覆蓋面廣、部署方便、高可靠性和擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)概述

本文提出建立一套技術(shù)領(lǐng)先的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)供電局變電站的實(shí)際需求，為滿足變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控而設(shè)計(jì)，為無(wú)人堅(jiān)守的變電站現(xiàn)場(chǎng)提供基礎(chǔ)。

該監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用在于：利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、變電站監(jiān)控前端部分以及傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來(lái)。實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心可以及時(shí)的掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，做出指令。利用網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程響應(yīng)，遠(yuǎn)程處理的網(wǎng)絡(luò)化管理的目的，可以在管轄區(qū)域內(nèi)的監(jiān)控中心，對(duì)變電站統(tǒng)一管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控，在建設(shè)過(guò)程中，有效防范安全隱患，控制意外事故的發(fā)生；在變電站的后期維護(hù)中，確保規(guī)范的變電站巡檢流程，保障變電站巡檢的正規(guī)運(yùn)行。

（1）速度快。4G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞速度快。（2）高靈活性。施工簡(jiǎn)單、方便、避免了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)線路，不受線纜的限制，具有靈活的擴(kuò)展性，可布置在變電站的任何位置，方便新增新的監(jiān)控點(diǎn)，或者對(duì)舊的監(jiān)控位置進(jìn)行更改也是方便的。（3）成本較低。信息體系架構(gòu)和布控成本低，從硬件設(shè)備安裝到軟件設(shè)備布控難度，從設(shè)備成本到人員成本成本，都有極大的優(yōu)越性。（4）安全性高，視頻可在NVR硬盤(pán)進(jìn)行存儲(chǔ)，同時(shí)也存儲(chǔ)在控制中心的存儲(chǔ)設(shè)備中，極大防止現(xiàn)場(chǎng)視頻資料的丟失。（5）布控周期短。變點(diǎn)站所處的位置，受外界環(huán)境的影響，給有線視頻布控的施工帶來(lái)較大的難度。4G無(wú)線視頻，施工方便，受變電站地理位置影響小，安裝靈活。（6）便于監(jiān)控。只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，經(jīng)過(guò)授權(quán)認(rèn)證的管理人員可以方便的通過(guò)手機(jī)APP或電腦web通過(guò)查看實(shí)時(shí)或存儲(chǔ)視頻進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 系統(tǒng)組網(wǎng)

變電站現(xiàn)場(chǎng)的4G視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端監(jiān)控部分、傳輸網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心組成，這三個(gè)系統(tǒng)互相銜接一起發(fā)揮作用。

3.1 變電站監(jiān)控前端部分

監(jiān)控前端部分是指安裝在變電站現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭、4G視頻服務(wù)器（NVR）、識(shí)別報(bào)警處理單元部分，主要負(fù)責(zé)采集和識(shí)別變電站現(xiàn)場(chǎng)的背景聲音和視頻圖像信息。完成變電站現(xiàn)場(chǎng)的信息的采集識(shí)別、處理和上傳。

攝像頭和4G視頻服務(wù)器（NVR）：攝像頭和4G視頻服務(wù)器（NVR），其中攝像頭采集現(xiàn)場(chǎng)音頻和圖像信息；其中4G視頻服務(wù)器是視頻監(jiān)控的重要組成部分，內(nèi)置4G無(wú)線modem，嵌入式實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議、POP3/SMTP協(xié)議[7]，具有采集處理現(xiàn)場(chǎng)音頻和圖像信息，經(jīng)過(guò)壓縮編碼通過(guò)NVR進(jìn)行存儲(chǔ)或通過(guò)4G信號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程控制中心服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.2 傳輸方式

傳輸方式：網(wǎng)線、光纖、4G傳輸、無(wú)線局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備通過(guò)網(wǎng)線與NVR連接，進(jìn)行信號(hào)傳輸。NVR負(fù)責(zé)存儲(chǔ)編碼后的視頻和音頻信號(hào)，以及通過(guò)4G傳輸方式與運(yùn)行商網(wǎng)絡(luò)（4G基站）進(jìn)行信號(hào)互通。運(yùn)行商網(wǎng)絡(luò)（4G基站）通過(guò)光纖與控制中心發(fā)送信號(hào)?？刂浦行姆?wù)器，獲取IP地址，通過(guò)光纖從運(yùn)行商網(wǎng)絡(luò)（4G基站）獲取現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻圖像和音頻，并在控制中心的存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)。（見(jiàn)圖1）

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心

遠(yuǎn)程監(jiān)控中心最基本功能是完成管轄范圍內(nèi)變電站采集的音頻和圖像的實(shí)時(shí)顯示、控制、存儲(chǔ)和管理功能。主要硬件設(shè)備部署系統(tǒng)服務(wù)器、存儲(chǔ)、顯示器、交換機(jī)等設(shè)備，監(jiān)控中心作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的操作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)控前端采集額音頻和視頻信息的接入、存儲(chǔ)和顯示，以及對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。

4 系統(tǒng)功能

4.1 基礎(chǔ)功能

（1）前端采集。采用無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)前端的視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，并且可以給監(jiān)控系統(tǒng)配備云臺(tái)設(shè)備，通過(guò)控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)程進(jìn)行操控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備及作業(yè)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控[8]。（2）錄像存儲(chǔ)。依據(jù)不同的視頻監(jiān)控解決方案，其存儲(chǔ)方案也不相同，通常主要由硬盤(pán)錄像機(jī)（DVR）、網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)（NVR）及網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等設(shè)備構(gòu)成。本系統(tǒng)采用DVR/NVR的存儲(chǔ)方式。后臺(tái)安裝的存儲(chǔ)設(shè)備，將編碼壓縮后的前端視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。錄像存儲(chǔ)部分主要完成視頻數(shù)字存儲(chǔ)和回放，可以保證存儲(chǔ)視頻的質(zhì)量，確保存儲(chǔ)周期、數(shù)據(jù)的完整度與安全性。（3）遠(yuǎn)程控制?？稍诳刂浦行倪h(yuǎn)程配置視頻的分辨率、幀速率、碼率、模塊數(shù)量、圖像質(zhì)量等參數(shù)。（4）圖片抓拍。系統(tǒng)允許用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行錄制或截屏抓拍，便于對(duì)事后情況的查詢。

4.2 擴(kuò)展功能

識(shí)別告警處理單元：作用是進(jìn)行安全帽識(shí)別。對(duì)變電站施工現(xiàn)場(chǎng)未戴安全帽的施工人員進(jìn)行安全帽識(shí)別告警，識(shí)別出未戴安全帽的人員，在控制中心的服務(wù)器進(jìn)行標(biāo)記，記錄違規(guī)未戴安全帽的次數(shù)。

識(shí)別告警處理單元，預(yù)先進(jìn)行一些邏輯關(guān)系設(shè)置，通過(guò)串口將識(shí)別信息以數(shù)據(jù)的形式上傳至控制中心服務(wù)器，服務(wù)器識(shí)別告警部分會(huì)依照之前設(shè)定好的程序進(jìn)行一系列的相關(guān)操作，完成安全帽的識(shí)別告警，并由控制中心服務(wù)器進(jìn)行記錄。

5 數(shù)據(jù)安全

隨著電力信息化水平的提高，產(chǎn)生的電力數(shù)據(jù)越來(lái)越多，這些數(shù)據(jù)與廣大人民的日常生活息息相關(guān)，甚至關(guān)系到整個(gè)國(guó)家的信息安全。電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息出現(xiàn)的任何信息安全問(wèn)題，都可能使電力的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)上的運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而影響電力的可靠供電和廣大人民群眾的正常生活，所以對(duì)電力系統(tǒng)信息安全關(guān)鍵技術(shù)研究就顯得很有意義。

因此4G無(wú)線視頻系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的安全性。在視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，同樣需要進(jìn)行存儲(chǔ)加密，確保存儲(chǔ)視頻數(shù)據(jù)的安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著電力系統(tǒng)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，會(huì)有更多的高新技術(shù)應(yīng)用到電力系統(tǒng)中來(lái)。4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用方便，無(wú)需布線，組網(wǎng)靈活，遠(yuǎn)距離監(jiān)控等優(yōu)勢(shì)，將在變電站工程現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控中發(fā)揮重大的作用，為電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的管理提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐，為進(jìn)一步建設(shè)智能電網(wǎng)做鋪墊。

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