近年來，視頻監(jiān)控已進(jìn)入一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新時代，電力系統(tǒng)希望在完成“遙控、遙調(diào)、遙測、遙信”外，也可以借助“遙視”這一新的手段來提高電力生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)控水平。本文針對IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的使用，詳細(xì)介紹其應(yīng)用優(yōu)勢，期能為讀者提供借鑒。
文/金 明
隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和視頻技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控已經(jīng)進(jìn)入一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新時代，電力系統(tǒng)也對自動化技術(shù)提出了更高的要求，除完成“遙控、遙調(diào)、遙測、遙信”外，越來越多的部門希望借助“遙視”這一新的手段來提高電力生產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)控水平。
其中無人或少人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)是電力自動化和電力遙視中重要的部分，當(dāng)前仍以模擬或半數(shù)字的視頻監(jiān)控系統(tǒng)為主，而現(xiàn)有的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏對電力系統(tǒng)特性需求的綜合性考慮。本文對當(dāng)前電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)解決方案存在的問題進(jìn)行分析，并在其特性需求分析基礎(chǔ)上通過IP攝像機(jī)構(gòu)建變電站綜合性監(jiān)控系統(tǒng)，并以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的特點，說明IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢。
電力傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題
電力行業(yè)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分主要包括：圖像數(shù)據(jù)采集、環(huán)境數(shù)據(jù)采集與動力設(shè)備數(shù)據(jù)采集三部分。在實際應(yīng)用中存在如下問題：
1、傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)的清晰度不足
當(dāng)前電力監(jiān)控系統(tǒng)視頻圖像數(shù)據(jù)的采集，一般采用傳統(tǒng)工業(yè)47萬以內(nèi)像素的 CCD攝像機(jī)配標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭器件。圖像的清晰度彩色不高于480TV線，黑白不高于570TV線。
2、環(huán)境對攝像機(jī)的干擾
傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)需要鋪設(shè)視頻線、電源線和控制線，在變電站這樣的特殊環(huán)境中，各種傳輸線會受到變電站的交變電場引起的電源或磁場的干擾，從而使監(jiān)控系統(tǒng)受到干擾。
3、各系統(tǒng)功能單一，使用維護(hù)復(fù)雜
變電站等電力系統(tǒng)要求監(jiān)控功能復(fù)雜，要同時實現(xiàn)遙視功能、安全監(jiān)控功能、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和報警功能。環(huán)境監(jiān)測部分主要采用標(biāo)準(zhǔn)的傳感器技術(shù)，對實際需要檢測的高壓室和主控室等場所的溫濕度、照度、煙感度等方面進(jìn)行實時監(jiān)控。而動力設(shè)備的監(jiān)測是相對較復(fù)雜的系統(tǒng)，因為在該系統(tǒng)中牽涉的設(shè)備較多，提供設(shè)備的廠家也較多，因此所要監(jiān)控的動力設(shè)備的協(xié)議以及控制方式相對復(fù)雜。
當(dāng)前實現(xiàn)電力系統(tǒng)對環(huán)境監(jiān)控、安全監(jiān)控、報警、設(shè)備監(jiān)控這樣復(fù)雜的監(jiān)控是分別采用監(jiān)控、檢測、報警等多種設(shè)備來滿足不同功能要求，然而對整個變電系統(tǒng)通信設(shè)備的統(tǒng)一管理和實時監(jiān)控卻變得使用、維護(hù)復(fù)雜，各個設(shè)備功能都需要多人管理維護(hù)，故障排除也較困難。
4、鋪設(shè)線路繁多，施工復(fù)雜
當(dāng)前的傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、視頻矩陣、監(jiān)視器、錄像機(jī)等組成，各系統(tǒng)間由視頻線、控制線纜等連接。本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般采用模擬方式傳輸，多采用視頻電纜(少數(shù)采用光纖)，傳輸距離不易太遠(yuǎn)，主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控，且監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看。同時要實現(xiàn)系統(tǒng)需要鋪設(shè)大量的視頻線、控制線和電源線，施工復(fù)雜，成本較高。
5、基于編解碼器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控
基于編解碼器的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控是從本地模擬監(jiān)控發(fā)展起來的，它是使用傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)加一對視頻編解碼器實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的視頻傳輸，在監(jiān)控中心使用專用的監(jiān)控鍵盤進(jìn)行控制，其本質(zhì)上還是屬于模擬監(jiān)控，很難與其它系統(tǒng)互連互通，從而無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離的監(jiān)控與靈活的操作控制。
6、系統(tǒng)擴(kuò)充復(fù)雜
系統(tǒng)監(jiān)控點位和存儲容量的擴(kuò)充都較為復(fù)雜。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)使用多臺DVR作為視頻存儲的設(shè)備，且DVR構(gòu)成的系統(tǒng)功能簡單，已無法滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控的復(fù)雜需求。隨著監(jiān)控系統(tǒng)在電力生產(chǎn)廣泛應(yīng)用，建成后需要增加監(jiān)控點位時，必須考慮新增DVR和存儲空間，且當(dāng) 前的DVR都不支持DAS、NAS、ISCIS等新技術(shù)的應(yīng)用。
電力監(jiān)控應(yīng)用需求分析
在變電站實現(xiàn)無人值守后，其設(shè)備的實時運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集以及遠(yuǎn)程的監(jiān)控成為必需，SCADA系統(tǒng)雖可以實現(xiàn)部分的數(shù)據(jù)采集以及控制，但其對整個變電站的設(shè)備的外觀監(jiān)視及站區(qū)的防火防盜卻無法監(jiān)控，因此，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效彌補(bǔ)無人值守變電站的防火和防盜問題，使變電站的運行生產(chǎn)更加穩(wěn)定可靠。以下是變電站監(jiān)控系統(tǒng)的主要需求分析。
實時監(jiān)視
?實現(xiàn)對變電站區(qū)域內(nèi)場景情況的遠(yuǎn)程監(jiān)視、監(jiān)聽；
?監(jiān)控主控室、高壓室、電容器室、獨立通信室等環(huán)境；
?對設(shè)備運行情況進(jìn)行監(jiān)控；
?對一、二號主變壓器和各主變風(fēng)扇的運行情況進(jìn)行監(jiān)視；
?對大門口和主要的出入口進(jìn)行監(jiān)控；
?機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，如：供配電系統(tǒng)、UPS電源、溫度、濕度采集、空調(diào)、保安門禁系統(tǒng)等的運行狀態(tài)。
事故追憶
能方便地進(jìn)行事故追憶，用于幫助技術(shù)人員查看事故發(fā)生時變電站的狀況，從而盡可能地避免事故再次發(fā)生。
現(xiàn)場操作指示
變電站的各種操作要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，如果操作不當(dāng)，將會造成危害。但是變電站的各種操作比較繁瑣，因此必須結(jié)合相應(yīng)的保證措施，將誤操作的可能性降低到最小。通過監(jiān)視系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實時監(jiān)視功能，值班人員可對遠(yuǎn)方變電站操作人員的操作進(jìn)行指導(dǎo)，如果發(fā)現(xiàn)不正確的操作，可通過監(jiān)控或電話、手機(jī)及時提醒操作人員，從而確保操作的萬無一失。
安全防范
通過各種傳感器，如煙感傳感器、紅外微波探頭、門禁傳感器等，在感應(yīng)到有安全隱患時，將收到報警信號及時傳給調(diào)度中心，以做出相應(yīng)處理。
遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理的要求
電力系統(tǒng)內(nèi)各種生產(chǎn)設(shè)備類型復(fù)雜，地域分布廣，人工維護(hù)困難。同時，為適應(yīng)減員增效和現(xiàn)代化管理的要求，對監(jiān)控系統(tǒng)在可靠性、易用性及易維護(hù)性上，尤其對遠(yuǎn)程監(jiān)控方面提出了更高的要求。
多功能監(jiān)控的要求
電力行業(yè)的遙視要求能夠在現(xiàn)有的電力信息網(wǎng)如：LAN、Internet、Intranet網(wǎng)絡(luò)上對各變電站的實時圖像、照度、溫度、聲音等進(jìn)行監(jiān)控,可進(jìn)行調(diào)用錄像同時包含聲音,對監(jiān)控內(nèi)容的事件進(jìn)行有效的報警處理，為實現(xiàn)變電站真正的無人值守提供安全技術(shù)保障。
數(shù)字化的要求
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于TCP/IP協(xié)議的IP網(wǎng)的應(yīng)用已得到廣泛普及。高速寬帶主干網(wǎng)的建成和各地區(qū)高速接入系統(tǒng)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了基于IP技術(shù)的各種視頻通信應(yīng)用，對于已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)用的電力系統(tǒng)來說，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源相對豐富，結(jié)合當(dāng)前視頻監(jiān)控數(shù)字化發(fā)展的趨勢，建設(shè)基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，在電力安全監(jiān)控系統(tǒng)中將是一種趨勢。
IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)對電力無人職守變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
針對電力行業(yè)變電站監(jiān)控應(yīng)用的基本需求并充分考慮其特性需求，結(jié)合當(dāng)前監(jiān)控技術(shù)發(fā)展必然趨勢，依托電力豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，設(shè)計一套集遙視功能、安全監(jiān)控功能、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和報警功能于一身的變電站綜合視頻數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)是一種必然趨勢。該系統(tǒng)采用一套設(shè)備即可實現(xiàn)傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)需要多個設(shè)備才能實現(xiàn)的集監(jiān)控、報警和聯(lián)動為一體的數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，一旦變電站內(nèi)部發(fā)生安全或者設(shè)備數(shù)據(jù)報警時，系統(tǒng)可通過一套綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)集中管理，做到集中監(jiān)控、分布式存儲和管理，便于應(yīng)急指揮，擺脫了傳統(tǒng)系統(tǒng)相互獨立、各自應(yīng)用的非智能化模式，為推動電力生產(chǎn)向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的信息技術(shù)保障。
圖1為變電站數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)解決方案機(jī)構(gòu)圖
系統(tǒng)可以分為三部分：前端信號采集處理部分、信號傳輸部分、后臺控制部分。
前端信號采集處理部分
在變電站安裝IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，圖像通過已有的電力廣域網(wǎng)接入供電局的MIS網(wǎng)。采用IP攝像機(jī)的功能特點有：
?采用全數(shù)字的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可以使本地或遠(yuǎn)程管理用戶無需安裝任何軟件，僅通過普通的IE瀏覽器即用WEB方式進(jìn)行實時監(jiān)控和管理配置等；
?百萬像素的IP攝像機(jī)為高清晰度和高分辨率的產(chǎn)品，在配電室、電容器室等位置安裝，可以清楚地查看設(shè)備情況、人員情況等信息；
?攝像機(jī)本身集成報警功能， 可對主控室、配電室、變電站大門、變電站周界等進(jìn)行監(jiān)控和報警及現(xiàn)場警告等；
?濕度、溫度監(jiān)控，前端攝像機(jī)可以實現(xiàn)對設(shè)備間和通訊機(jī)房等的溫濕度告警；
?照度控制，通過攝像機(jī)監(jiān)控可以實現(xiàn)照度監(jiān)控，同時可以通過外接開關(guān)量實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制變電站內(nèi)燈光開關(guān)。
信號傳輸部分
實現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，可以充分利用電力系統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)提供以太網(wǎng)接口，全部設(shè)備通過TCP/IP協(xié)議交換視頻和數(shù)據(jù)信息，做到完全數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。在變電站或發(fā)電廠等環(huán)境，必須考慮設(shè)備受環(huán)境干擾的問題，采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，利用屏蔽雙絞線或者光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸能夠很好的防止環(huán)境的干擾。電力行業(yè)的廣域網(wǎng)現(xiàn)已建設(shè)完成，機(jī)房一般都有網(wǎng)絡(luò)接入點，通過機(jī)房已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸，不需要額外增加設(shè)備。監(jiān)控圖像及相關(guān)環(huán)境動力監(jiān)控數(shù)據(jù)即可以被授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)用戶進(jìn)行實時監(jiān)控或者時間歷史查詢以及監(jiān)控管理等。
后臺控制部分
可在網(wǎng)絡(luò)中配置一臺監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器，集中存儲前端所有攝像機(jī)的數(shù)據(jù)，也可指定各攝像機(jī)的監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲到用戶希望的網(wǎng)絡(luò)中任意的一臺計算機(jī)中。對于變電站監(jiān)控中心沒有什么實際價值，需要查看的位置可以是網(wǎng)絡(luò)中的任意位置的一臺計算機(jī)即可，無需安裝任何軟件即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控圖像瀏覽和控制。對于控制的權(quán)限是由管理員針對不同人員的控制級別設(shè)置相應(yīng)的控制權(quán)限和登陸范圍。主控臺上，調(diào)度人員可運行集中管理軟件，通過它實現(xiàn)多畫面監(jiān)控到全廠區(qū)內(nèi)的監(jiān)控圖像；在公司領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)科室可以利用已有的計算機(jī)，通過IE瀏覽器直接訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)實現(xiàn)綜合監(jiān)控。同時，在用戶需要時也可通過計算機(jī)連接等離子或大屏，將前端圖像設(shè)置到大屏幕進(jìn)行
觀看。
IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決方案的應(yīng)用優(yōu)勢
采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)是發(fā)展的必然趨勢，它符合數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時代潮流，技術(shù)含量高，其最大的特點是傳輸距離不受限制，且能方便的與其它系統(tǒng)互連互通，方便錄像與事故的調(diào)查，另外還可方便地接入其它安全防范設(shè)備，實現(xiàn)對溫度、濕度、照度及聲音等環(huán)境的監(jiān)控報警；同時可以連動燈光、警號、門磁等動作設(shè)備，這使得它可以方便地組成一套功能強(qiáng)大的安全防范系統(tǒng)。
基于TCP/IP技術(shù)的IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，除滿足上文所提的所有功能外還有以下主要特點：
1、系統(tǒng)具有先進(jìn)性、開放性
系統(tǒng)采用IP網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控技術(shù)，為電力企業(yè)提供先進(jìn)的系統(tǒng)應(yīng)用和管理手段；系統(tǒng)具有開放性、可擴(kuò)性、兼容性和靈活性的特點，能適應(yīng)電力行業(yè)對監(jiān)控系統(tǒng)不斷增加應(yīng)用需求進(jìn)行開放擴(kuò)充和靈活增加的要求。
系統(tǒng)能夠充分利用當(dāng)前電力機(jī)房已有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)如計算機(jī)一樣直接接入網(wǎng)絡(luò)，不需復(fù)雜的傳統(tǒng)監(jiān)控組網(wǎng)施工，且擴(kuò)充簡單方便。
2、成本優(yōu)勢
因高分辨率而減少所需攝像機(jī)的用量，如德國的Mobotix攝像機(jī)為960線高分辨率傳感器，提供更清晰的廣角視圖，僅需一臺攝像機(jī)，從一角即可監(jiān)視整個空間；不論距離遠(yuǎn)近，安裝成本低廉，它采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)連接，采用POE功能通過以太網(wǎng)線為攝像機(jī)供電，無須單獨鋪設(shè)電源線和控制線，從而減少施工和材料成本；智能存儲基于事件錄像，節(jié)省存儲成本；攝像機(jī)功率僅為3W，功耗為傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的1/8，節(jié)約用電成本；控制中心軟件和圖像存儲軟件是攝像機(jī)的組成部分，不需額外購買，且升級版軟件的新功能可從網(wǎng)上免費下載。
3、穩(wěn)定可靠
為適應(yīng)電力用戶對系統(tǒng)連續(xù)運行的高穩(wěn)定性要求，采用IP攝像機(jī)就可以完成所需的監(jiān)控和報警及對講等復(fù)雜功能。攝像機(jī)采用穩(wěn)定的Linux系統(tǒng)內(nèi)核，且操作系統(tǒng)固化在芯片之中，不易受目前網(wǎng)絡(luò)中爆發(fā)病毒的侵害。同時，攝像機(jī)內(nèi)部自帶存儲在網(wǎng)絡(luò)中斷或者堵塞時能提供數(shù)據(jù)存儲，可保障系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。
4、強(qiáng)大的Web瀏覽功能
系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，無需安裝客戶端軟件，采用標(biāo)準(zhǔn)的IE瀏覽器方式就可方便地實現(xiàn)全部監(jiān)控操作，也便于多用戶網(wǎng)絡(luò)操作。
5、采用TCP/IP協(xié)議，支持多級聯(lián)網(wǎng)
系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，能架構(gòu)在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)之上?？勺龅蕉嗉壘W(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)互聯(lián)，并能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的訪問監(jiān)控和管理。
6、完善的系統(tǒng)功能
電力調(diào)度指揮中心和各分控中心，可以對管轄范圍內(nèi)多個本地和遠(yuǎn)程變電站前端進(jìn)行實時監(jiān)控，不同的用戶可根據(jù)職務(wù)而分配不同的控制權(quán)限。其控制可以通過多圖像技術(shù)，在一個窗口中顯示并管理多臺攝像機(jī)監(jiān)控畫面，分屏方式靈活具有1500路視頻輸入和30路視頻輸出矩陣的功能，可抓拍事件圖片、事件錄像和連續(xù)錄像等多種錄像方式。
7、兼容性強(qiáng)
同時支持多種網(wǎng)絡(luò)視頻協(xié)議。如可支持 MJPEG、MXPEG等多種視頻壓縮算法，提供相應(yīng)的解決方案。
8、設(shè)備簡單，便于施工
通過使用IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，極大地減少了監(jiān)控系統(tǒng)中可能涉及的設(shè)備種類和數(shù)量，它完全取代了模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻矩陣、切換器、畫面分割器、字符疊加器等需要配合使用才能實現(xiàn)的功能。它不僅減少了調(diào)試設(shè)備的施工周期，同時較少設(shè)備的使用，可提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少日后維護(hù)設(shè)備的難度。
9、易于與MIS系統(tǒng)結(jié)合
系統(tǒng)采用的是一種標(biāo)準(zhǔn)的WEB服務(wù)器的形式，具有很強(qiáng)的開放性和兼容性，完全能與各系統(tǒng)的MIS網(wǎng)方便地聯(lián)網(wǎng)，MIS網(wǎng)內(nèi)的用戶只要使用IE即可進(jìn)行圖像監(jiān)控,無需任何設(shè)置。監(jiān)控前端可以將許多現(xiàn)有的資源接入本系統(tǒng)，避免重復(fù)投資。
10、豐富的管理功能
該系統(tǒng)不僅是單一的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，同時增加了報警、聯(lián)動等功能，系統(tǒng)具有強(qiáng)大的管理系統(tǒng)，增加了用戶登陸日志，設(shè)備報警日志和錄像日志等許多十分必要而且有效的管理工具，體現(xiàn)電力生產(chǎn)的監(jiān)控和管理一體化,更加突出體現(xiàn)整體現(xiàn)代化變電站智能管理的概念。
結(jié)語
今后的發(fā)展，將是IP攝像機(jī)的智能化。利用這種智能IP攝像機(jī)在前端采集，能在探測識別異常后預(yù)/報警，因而在有了問題時才向中心傳輸視頻圖像，這樣可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，也減少了存儲容量。因而可使系統(tǒng)工作更好，以真正地實現(xiàn)前端變電站無人值守。
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