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　　一、變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)需求分析


　　電力行業(yè)變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)不同于普通工礦企業(yè)、居民小區(qū)的本地監(jiān)控，它是一種網(wǎng)絡化視頻監(jiān)控系統(tǒng)。變電站位置分散，而管理與使用相對集中，在系統(tǒng)實施前需要進行統(tǒng)一的規(guī)劃，制定一個系統(tǒng)平臺，充分考慮變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自身特點。


　　1、經(jīng)過幾年的建設，有些變電站已經(jīng)陸續(xù)安裝了純本地的或小范圍聯(lián)網(wǎng)的分散視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的規(guī)模較小，通常是各變電站獨立工作，或幾個變電站的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。由于各系統(tǒng)分別由不同廠家實施，變電站前端設備種類繁多，有嵌入式硬盤錄像機、工控式硬盤錄像機、網(wǎng)絡視頻服務器等，壓縮方式有MPEG2、MPEG4等，通信協(xié)議、圖像編碼方式各相同，相互無法兼容。要想在中心實現(xiàn)對所有變電站的監(jiān)控，必須每個廠家的設備都配置一套，無法實行全區(qū)域的集中管理和信息共享。


　　新建的系統(tǒng)必須具有很強的兼容性，能夠支持盡量多的前端設備，使采用不同廠家、不同種類、不同編碼方式設備的變電站都能方便的接入系統(tǒng)，盡量減少對前端設備的改造、更換。如必須要更換，則盡量減少更換設備的數(shù)量，避免對前端攝像機、報警器的的更換。


　　2、現(xiàn)在變電站大多通過PCM設備接入電力網(wǎng)，變電站有的為2M接口，單路最大帶寬為2M.而對于有些地區(qū)的新建變電站提供10/100M的以太網(wǎng)接口，隨著時間的推移，可能這樣的變電站可能會越來越多，在特殊情況下還可能將多個2M進行復合，提供更高的傳輸帶寬。在現(xiàn)階段的系統(tǒng)平臺設計中要充分考慮到網(wǎng)絡情況，既要能夠在以前的2M帶寬下傳輸圖像，也能在現(xiàn)在的10/100M帶寬下傳輸圖像。系統(tǒng)應該具有較強的帶寬調(diào)節(jié)性，能夠根據(jù)不同的帶寬自動進行調(diào)節(jié)，用有限的帶寬傳輸盡量多的圖像。


　　3、隨著電力設備的自動化程度越來越高，目前110kV及以下變電站多為無人值守變電站，而220kV及以上變電站多為有人值守變電站，對于這兩種類型的變電站前端使用的設備應該有所不同。無人值守變電站使用的設備應該能夠長期在無人看護的情況下正常工作，便于遠程管理，斷電后來電自動重啟，具有故障報警等功能；有人值守變電站交通較為方便，設備有人看護，可以進行日常維護，出現(xiàn)故障能夠及時排除，更換設備也相對容易，此類設備應該更多的考慮使用的便捷性、功能的完整性。


　　4、由于整個區(qū)域內(nèi)變電站數(shù)量眾多，分布在各地，全部集中在一個地方進行監(jiān)控是不現(xiàn)實的，效率也不高。目前通常實行分級監(jiān)控，在系統(tǒng)內(nèi)設置若干個分控中心，通過授權(quán)管理轄區(qū)內(nèi)的各變電站，進行統(tǒng)一設備配置、用戶管理。實現(xiàn)管理與監(jiān)控的分離，使系統(tǒng)的配置更加靈活。


　　5、隨著電力使用的不斷發(fā)展，將來會有越來越多的新建變電站需要加入系統(tǒng)中來，因此系統(tǒng)應具有很強的擴展性，支持盡量多的變電站接入，系統(tǒng)的擴展應該盡量簡單，充分利用原有設備。


　　6、由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)對于變電站的日常安全起著重要的作用，因此整個系統(tǒng)的安全性要進行充分的考慮。一是硬件安全，由于采用集中管理，系統(tǒng)的管理中心成為系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，中心的管理服務器、交換機等核心設備都應該進行硬件備份，主備設備之間應該能夠自動切換；二是網(wǎng)絡安全，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電力局域網(wǎng)需要進行連接，這樣就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)面臨著病毒、網(wǎng)絡攻擊的嚴重威脅，系統(tǒng)采取必要的隔離措施，保證視頻監(jiān)控系統(tǒng)的安全。


　　7、變電站是遭受雷擊較多的場所，雖然變電站都有很好的避雷設備、措施，但是根據(jù)我們多年的經(jīng)驗，變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷電破壞的情況還是很多。主要是室外攝像機和室內(nèi)設備的通信接口，經(jīng)常是一場雷雨過后許多攝像機無法控制了。同時變電站內(nèi)存在高強度的電磁場，對模擬圖像的影響很大，如果不采取必要的措施會嚴重影響圖像質(zhì)量。


　　二、系統(tǒng)解決方案


　?。ㄒ唬┛傮w規(guī)劃


　　網(wǎng)絡流媒體軟件平臺是憑借數(shù)年的監(jiān)控行業(yè)經(jīng)驗和領(lǐng)先的行業(yè)技術(shù)致力研發(fā)而成的，一種完全依托于寬帶網(wǎng)絡，為客戶提供圖像遠程采集、傳輸、儲存、處理的一種網(wǎng)絡監(jiān)控模式。平臺將多個監(jiān)控現(xiàn)場的視音頻碼流數(shù)字化，集中上傳至網(wǎng)絡，由《ObserverMerge網(wǎng)絡流媒體監(jiān)控系統(tǒng)軟件V2.1》之中心管理服務軟件OBMERGE-S進行集中管理。完全拋棄各個監(jiān)控現(xiàn)場的個體化差異，而由管理中心集中管理軟件調(diào)用大型數(shù)據(jù)庫，通過預先對各個廠家、各種不同編碼方式SDK包的調(diào)用，從而實現(xiàn)同一客戶端，瀏覽不同監(jiān)控現(xiàn)場、不同廠家、不同編碼方式的視訊信息，真正做到無區(qū)域，無差異，純網(wǎng)絡的“一網(wǎng)打盡”網(wǎng)絡監(jiān)控。系統(tǒng)平臺能將1、不同類型的產(chǎn)品：硬盤錄像機、網(wǎng)絡視頻服務器；2、不同視音頻編碼方式：MPEG4、MPEG2；3、不同通訊協(xié)議的視頻處理單元集中兼容處理，能實現(xiàn)同一網(wǎng)絡客戶端，瀏覽不同站端現(xiàn)場，不同廠家，不同編碼方式的視訊信息。


　　考慮到今后中長期的發(fā)展需求，電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用集中管理，分散控制的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主要分為三級：三級分別是變電站站端、管理中心、監(jiān)控中心，監(jiān)控中心還包括電力網(wǎng)上的網(wǎng)絡客戶端，如圖1所示。
                                                                                     

　　各變電站通過2M數(shù)字通道與管理中心連接，在管理中心對系統(tǒng)集中管理。系統(tǒng)中的各監(jiān)控中心通過電力網(wǎng)與管理中心連接，監(jiān)控中心設置監(jiān)控主機，通過授權(quán)實現(xiàn)對全部或部分變電站的監(jiān)控。

                                                                                           
　　遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)由各變電站站端、供電公司監(jiān)控中心以及局MIS網(wǎng)上的終端用戶組成。


　　系統(tǒng)內(nèi)可根據(jù)區(qū)域劃分設置多個監(jiān)控中心，各監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡與管理中心連接，每個監(jiān)控中心可以采用監(jiān)控主機軟解壓或數(shù)字矩陣硬解壓實現(xiàn)單畫面、多畫面（根據(jù)工作站的配置可實現(xiàn)4、9、16）顯示。通過大屏幕顯示器可以很輕松的實現(xiàn)4～64個圖像同時顯示，能夠滿足對轄區(qū)內(nèi)所有變電站的監(jiān)控，可以觀看每個變電站某個攝像機的畫面或每個變電站的16畫面同屏顯示。


　?。ǘ┳冸娬具h程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)


　　針對變電站遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的實際需求，選用以下設備：嵌入式硬盤錄像機、視頻橋接器、各種攝像機（站端設有室內(nèi)/外球型攝像機）、燈光/報警控制單元、紅外對射探測器、紅外三鑒探測器、聲光報警器等設備構(gòu)成變電站監(jiān)控點視頻信號全部直接接入現(xiàn)場視頻監(jiān)控主機，不使用視頻切換矩陣或畫面分割器，保證圖像質(zhì)量。具有前端所有監(jiān)控點高清晰（D1）錄像儲存功能。


　　現(xiàn)場監(jiān)控機柜的RS485總線信號接到視頻處理單元的RS485控制口中，實現(xiàn)實時監(jiān)控所有的監(jiān)控點，通過RS485總線控制高速智能球機等。視頻監(jiān)控主機通過網(wǎng)絡方式進行傳輸，接入管理中心。


　　變電站配置紅外防盜報警系統(tǒng)。我們在變電站的圍墻設置二/四光束紅外對射探測器，在變電站大門設置紅外三鑒探測器，能夠有效防止人員的鉆入、跨越。系統(tǒng)監(jiān)測到非法闖入后輸出報警信號至視頻處理單元，及時上傳信息到遠程監(jiān)控中心，軟件自動彈出電子地圖，提示報警具體地點。同時能夠聯(lián)動前端相關(guān)設備，如啟動照明燈光、警笛、語音報警提示等。


　　系統(tǒng)還可以兼容現(xiàn)場的消防系統(tǒng)、綜合自動化系統(tǒng)等接入。


　　供電公司的集控中心已建成，變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入該中心。


　　從站端壓縮編碼到監(jiān)控中心端解壓回顯，中間過程不再有其它任何形式的壓縮編碼，確保圖像質(zhì)量達到MPEG-4標準，幀率25幀。同時，前端監(jiān)控主機可以通過采用TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統(tǒng)對網(wǎng)絡資源的最低占用）將視音頻數(shù)據(jù)傳輸至供電局網(wǎng)絡中，實現(xiàn)與MIS系統(tǒng)的資源共享。


　　系統(tǒng)實行分級控制，根據(jù)業(yè)務的需要可以實現(xiàn)合理和安全的優(yōu)先等級管理。除了監(jiān)控中心外，MIS網(wǎng)上的相關(guān)管理部門領(lǐng)導及工作人員，可采用網(wǎng)絡客戶端或者Web方式（即利用原有MIS網(wǎng)用戶計算機的Internet瀏覽器），同時監(jiān)控管理多個變電站的多個實時圖像。


　　本系統(tǒng)具有良好的可擴充能力和升級能力，當新的變電站需納入系統(tǒng)時，以積木方式擴充，系統(tǒng)能確保未來多個變電站的擴展能力。


　　各變電站與管理中心之間的數(shù)據(jù)通訊采用E1網(wǎng)絡，站端通過視頻處理單元將前端視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息壓縮成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包，由視頻橋接器上傳至2M數(shù)字通道。站端的核心設備是視頻處理單元，目前市場上的視頻處理單元種類繁多，主要有硬盤錄像機、嵌入式硬盤錄像機、網(wǎng)絡視頻服務器三大類。


　?。ㄈ┍芾状胧└鶕?jù)多年從事視頻監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗，現(xiàn)場均采用抗高壓芯片的高可靠性通訊芯片，能夠長時間穩(wěn)定工作并具有自診斷、故障自恢復功能，適應各類環(huán)境下惡劣的強電磁工作環(huán)境。


　　系統(tǒng)采取了完善的防雷擊和過電壓措施：


　　系統(tǒng)的電源和變電站避雷設備相連，保護攝像機和重要設備免遭雷擊或過電壓的損壞，有效地保證監(jiān)控系統(tǒng)設備能安全可靠地運行。


　　所有設備的金屬外殼、支架、配線管、電纜保護套管及其配件、電纜的屏蔽層等外帶電的裸露金屬部分，均可靠接地。


　　接地或接零用的螺栓應有防松裝置，接地線安裝前，在接地處表面不應有油漆等絕緣物，應涂有電力復合脂或?qū)щ娦苑冷P脂。


　　防強磁電的接地裝置可與防雷設備的接地裝置共同設置，其每一處接地電阻應符合防雷和設備接地的規(guī)定。


　　室外設備接入系統(tǒng)的所有信號回路、控制回路、視頻回路安裝避雷器，具備有效的防雷和保護措施。


　?。ㄋ模┛垢蓴_措施


　　變電站內(nèi)存在強烈的電磁場，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號、控制信號容易受到電磁場的干擾，造成圖像出現(xiàn)雪花、波紋甚至扭曲變形，根據(jù)長期在大型變電站的工程設計施工經(jīng)驗，采取以下措施防止變電站內(nèi)電磁場的干擾：


　　系統(tǒng)采用的設備全部通過國家相關(guān)部門的檢驗，具有生產(chǎn)、銷售許可證，全部經(jīng)過抗電磁能力檢測，能夠適應變電站的強電磁場。


　　所有視頻電纜采用特制室外電纜，具有屏蔽層，能夠有效屏蔽電磁干擾。


　　前端攝像機等進行良好接地，避免感應電對設備的運行產(chǎn)生干擾。


　　視頻電纜的屏蔽層進行良好接地處理，徹底排除電磁場對系統(tǒng)的干擾。


　　報警設備均采用雙絞線方式進行組網(wǎng)，不但可以節(jié)省線纜成本并可以有效屏蔽環(huán)境的干擾。


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　　為保證前端和中心設備的安全運行，杜絕瞬間掉電對設備的沖擊和損壞，控制室應提供長期穩(wěn)定交流電源AC220V/50Hz，所有設備供電均取自站內(nèi)不停電交流電源。由柜內(nèi)配電器集中配送，機柜中安裝配電接線端子，每路電源都有標簽詳細說明，便于維護、檢修。另外，本系統(tǒng)設備對瞬間過電壓具有保護措施，如電壓波動在AC180～250V范圍內(nèi)，設備各項性能和技術(shù)指標均能滿足系統(tǒng)要求。


　?。┚W(wǎng)絡要求


　　供電公司需要為每個變電站提供至少一個網(wǎng)絡通道，同時為變電站的視頻處理單元分配一個IP地址。變電站通過網(wǎng)絡與管理中心相連，管理中心作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡中心，變電站、監(jiān)控中心均與之相連。各監(jiān)控中心與管理中心的網(wǎng)絡帶寬建議采用100M，因為傳輸一路高清晰的D1圖像傳輸需要1M左右的帶寬，100M帶寬能夠支持每個監(jiān)控中心同時連接30個左右的變電站圖像，基本能夠滿足日常監(jiān)控的要求。


　　三、系統(tǒng)主要特點


　　本系統(tǒng)主要采用目前一流的網(wǎng)絡技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)，在變電站安全監(jiān)控工程方面達到國內(nèi)領(lǐng)先水平?；谖覀儗ψ冸娬疽曨l監(jiān)控系統(tǒng)的理解與長期的設計施工經(jīng)驗，我公司設計的系統(tǒng)采用了許多本公司獨特的技術(shù)。


　　（一）多系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺


　　網(wǎng)絡流媒體視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺設計時就采用了模塊化設計，變電站、管理中心、監(jiān)控中心都是系統(tǒng)中的獨立模塊。各模塊是邏輯劃分，實際使用時可以自由組合，如在市級供電公司配置管理中心和監(jiān)控中心，而在負責區(qū)域管理的大型變電站配置變電站模塊和監(jiān)控中心模塊。用戶可根據(jù)實際需要進行方便的配置，任何一個模塊均可以單獨增減，而不影響系統(tǒng)的正常運行，所需費用僅僅是所增加的模塊的費用。


　　系統(tǒng)平臺不僅適用于電力變電站，還考慮了遠程營業(yè)站監(jiān)控系統(tǒng)、電力小區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)、電力基地/工作區(qū)/庫房監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)之間使用上相互獨立，對于操作人員來說是多個不同的系統(tǒng)，共用了同一套系統(tǒng)平臺。


　?。ǘ└咔逦腄1圖像


　　國內(nèi)大多數(shù)遙視系統(tǒng)圖像分辨率為352×288像素（CIF格式，VCD畫質(zhì)效果），我公司系統(tǒng)從站端壓縮編碼到監(jiān)控中心端解壓回顯，中間過程不再有其它任何形式的壓縮編碼，減少壓縮損失，確保圖像質(zhì)量。在實際項目應用中采用1～1.6Mbit/s視頻碼流，圖像分辨率可以達到在D1效果（720×576DVD畫質(zhì)）下25幀全實時圖像監(jiān)視效果，同時通道中的剩余帶寬可滿足雙向音頻、控制、報警數(shù)據(jù)傳輸需要。


　　（三）靈活的軟硬件解壓縮方式


　　監(jiān)控中心配置簡單靈活，可以采用解碼主機進行硬件解壓，或采用普通配置電腦軟解壓，不需要額外硬件。只要安裝網(wǎng)絡監(jiān)控客戶端軟件即可在顯示器上實現(xiàn)單畫面、多畫面（根據(jù)工作站的配置可實現(xiàn)4、9、16）顯示，可以很輕松的實現(xiàn)4～16個變電站圖像同時顯示，基本能夠滿足對轄區(qū)內(nèi)所有變電站的監(jiān)控。系統(tǒng)內(nèi)中心管理服務器與監(jiān)控工作站之間、中心管理服務器與前端視頻處理單元之間可以通過TCP/IP、UDP或者組播方式（確保系統(tǒng)對網(wǎng)絡資源的最低占用）三種方式連接，具有很強的網(wǎng)絡適應性。


　　（四）控制站內(nèi)燈光接口


　　在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中，許多監(jiān)控點是在室內(nèi)，而變電站的房間一般沒有窗戶或者很少，室內(nèi)的光線較暗。為了能清晰地監(jiān)控相關(guān)設備工作情況，對室內(nèi)攝像機增加一套獨立于站內(nèi)照明系統(tǒng)的燈光輔助照明設備，并通過燈光報警控制單元進行控制開關(guān)。


　　對于室外監(jiān)控點，我方建議采用聯(lián)動控制站內(nèi)原有燈光進行照明，通過改造現(xiàn)有的變電站燈光開關(guān)，換成雙控開關(guān)。監(jiān)控中心遠程可以控制開燈，本地可以關(guān)閉，反之本地開燈，遠程也可以關(guān)閉。


　　系統(tǒng)可設定定時開關(guān)燈、報警時自動開燈、延時關(guān)燈等。