近幾年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)的發(fā)展也從未停歇過(guò)腳步。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)已成為保障變電站日常安全和生產(chǎn)管理的重要組成部分。通過(guò)“遙視”來(lái)配合變電站的四遙系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人、少人值守，但傳統(tǒng)的模擬監(jiān)視設(shè)備已經(jīng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化無(wú)人值守變電站的建設(shè)需求，例如常出現(xiàn)回放的清晰度低、遠(yuǎn)距離的監(jiān)控效果差、圖像受電磁場(chǎng)干擾嚴(yán)重等現(xiàn)象。而本文介紹的方案就是通過(guò)選擇網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)替代模擬攝像機(jī)在變電站視頻監(jiān)控中的應(yīng)用，來(lái)探討變電站向全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展的技術(shù)過(guò)程。

　　系統(tǒng)作用

　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)在無(wú)人值守變電站中發(fā)揮的主要作用是：

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)的變壓器、斷路器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及外觀;

　　· 監(jiān)視變電站接地刀閘、隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備的分合狀態(tài);

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)CT、PT、絕緣子等設(shè)備的外觀狀態(tài);

　　· 監(jiān)視變電站大門(mén)出入人員及車(chē)輛情況;

　　· 監(jiān)視變電站內(nèi)主要室內(nèi)(主控室、繼電器室、高壓室、電纜層、電容器室、獨(dú)立通信室等)場(chǎng)景情況;

　　· 監(jiān)視變電站整個(gè)區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)景情況;

　　· 與站內(nèi)報(bào)警系統(tǒng)形成圖像聯(lián)動(dòng)(包括周界、室內(nèi)及消防);

　　· 對(duì)變電站環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控;

　　· 與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)等。

　　系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　如今無(wú)人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了監(jiān)視系統(tǒng)外，還集成了報(bào)警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)、對(duì)講系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，并與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)形成聯(lián)動(dòng)。通過(guò)站端處理單元(RPU)接入視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、模擬量、語(yǔ)音對(duì)講、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等，然后通過(guò)一臺(tái)設(shè)備完成上述各類(lèi)系統(tǒng)的采集和接入(如圖1)。

圖1   無(wú)人值守變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖 [nextpage]

　　視頻采集

　　該系統(tǒng)的主要功能是變電站的監(jiān)視，包括報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，而監(jiān)視的核心就是前端攝像機(jī)。所以說(shuō)，攝像機(jī)的好壞，直接影響到變電站的監(jiān)控效果。變電站采用的攝像機(jī)多為模擬攝像機(jī)，一般清晰度在480線(xiàn)、總像素約為40萬(wàn)，也有的攝像機(jī)標(biāo)稱(chēng)600線(xiàn)其實(shí)際有效像素也不超過(guò)44萬(wàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，這種清晰度很難滿(mǎn)足現(xiàn)代化變電站視頻監(jiān)控的需要。在網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)飛速發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)有效像素一般為100萬(wàn)像素，甚至可達(dá)300萬(wàn)像素，這將前端視頻采集的圖像質(zhì)量提升了一個(gè)檔次。

　　利用網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)可實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)全景監(jiān)控，讓整個(gè)變電站盡收眼底，不會(huì)出現(xiàn)像普通攝像機(jī)那樣的死角。高清晰的圖像給操作人員帶來(lái)便利，不會(huì)因?yàn)楫?huà)面的模糊而帶來(lái)辨別上的困擾。且清晰的畫(huà)面還給圖像智能分析系統(tǒng)提供一個(gè)很好的環(huán)境，可以更好的對(duì)采集的圖像進(jìn)行分析。

　　主控室、保護(hù)室通過(guò)安裝360°超大視野范圍的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，一臺(tái)即可替代多臺(tái)模擬攝像機(jī)，在獲得高清的圖像的同時(shí)也減少了布線(xiàn)量和設(shè)備的預(yù)算。

　　圓形的監(jiān)控畫(huà)面如果不習(xí)慣還可以拆分成兩個(gè)普通監(jiān)控視角，這樣開(kāi)關(guān)室一覽無(wú)遺，并且兩個(gè)大門(mén)也在監(jiān)控范圍內(nèi)。

　　網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)采用的圖像傳感器件是CMOS，它具有體積小、速度快、功耗低的特點(diǎn)。通過(guò)十多年的發(fā)展，CMOS已普遍應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)當(dāng)中。結(jié)合內(nèi)嵌的處理芯片，可對(duì)圖像進(jìn)行處理，如白平衡調(diào)整、寬動(dòng)態(tài)、圖像畸形校正、數(shù)字降噪、PTZ等。網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)還具備前端SD卡存儲(chǔ)、語(yǔ)音對(duì)講、溫度采集等功能。

　　在變電站內(nèi)可以通過(guò)安裝網(wǎng)絡(luò)高清球機(jī)，來(lái)對(duì)各個(gè)刀閘、開(kāi)關(guān)、CT、PT到等站內(nèi)設(shè)備做監(jiān)視。球機(jī)關(guān)鍵預(yù)置點(diǎn)位的設(shè)定，可以在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)操作站內(nèi)設(shè)備時(shí)，取得良好的視頻聯(lián)動(dòng)效果。

　　圖像傳輸

　　模擬攝像機(jī)在傳輸時(shí)，多半采用同軸線(xiàn)纜傳輸。同軸線(xiàn)纜雖然具有屏蔽層，但是由于接頭部分的處理、長(zhǎng)距離傳輸?shù)葐?wèn)題，使圖像總是出現(xiàn)網(wǎng)紋、變形等現(xiàn)象，雖然可以利用視頻光端機(jī)減少傳輸過(guò)程中帶來(lái)的干擾，但攝像機(jī)輸出的畢竟是模擬信號(hào)，從攝像機(jī)輸出口到光端機(jī)這段線(xiàn)路如果處理不好，仍會(huì)導(dǎo)致視頻源出現(xiàn)干擾。

　　網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)跟模擬攝像機(jī)相比傳輸較為簡(jiǎn)單。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)直接輸出的就是數(shù)字信號(hào)，利用一根網(wǎng)線(xiàn)既可以傳輸視頻、控制，還可以供電。數(shù)字信號(hào)傳輸比模擬信號(hào)傳輸效果更好，抗干擾能力更強(qiáng)。

　　室內(nèi)安裝的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)可以直接通過(guò)一根網(wǎng)線(xiàn)接入PoE交換機(jī)上，很大程度節(jié)省了室內(nèi)的布線(xiàn)。而室外由于網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)傳輸距離的限制，可利用光纖傳輸來(lái)增加其傳輸?shù)木嚯x。當(dāng)攝像機(jī)數(shù)量較多時(shí)，還可通過(guò)合理的劃分區(qū)域，在多臺(tái)攝像機(jī)的中心區(qū)域布置交換機(jī)，利用交換機(jī)做前端攝像機(jī)的接入，再由光纖傳回控制室，以減少大量的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光傳輸設(shè)備。

　　網(wǎng)絡(luò)要求

　　基于網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)，一定要根據(jù)攝像機(jī)的數(shù)量選擇適合本系統(tǒng)的交換機(jī)。一般百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)占用帶寬約為2M~6M之間，普通35千伏到110千伏的變電站配置16口或24口百兆交換機(jī)即可。如果攝像機(jī)數(shù)量較多還要考慮到整體的帶寬需求，選擇交換機(jī)背板帶寬更高的交換機(jī)。

　　室外劃分區(qū)域利用交換機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)時(shí)，要考慮交換機(jī)抗干擾能力，室外環(huán)境的穩(wěn)定性。故推薦使用工業(yè)型交換機(jī)，它能在強(qiáng)電磁場(chǎng)、高溫等多種惡劣的環(huán)境下正常穩(wěn)定的工作。

　　該方案適用于不同的通訊網(wǎng)絡(luò)，如以太網(wǎng)、E1、局域網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等，但是目前還是有一些變電站與主站之間的通訊為2M的E1通道。傳輸普通CIF(352×288)監(jiān)控畫(huà)面可以同時(shí)傳4路視頻，如果是高清畫(huà)面可以傳輸1路視頻，但是1路高清畫(huà)面可以涵蓋同場(chǎng)景的多個(gè)普通畫(huà)面，這也是網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)優(yōu)勢(shì)所在。2M的窄帶傳輸畢竟不能滿(mǎn)足現(xiàn)今變電站數(shù)據(jù)通信的需要，不少?lài)?guó)內(nèi)省份電力公司已經(jīng)采用百兆網(wǎng)絡(luò)作為變電站與中心之間傳輸通道，大大提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和帶寬，為網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)在變電站的應(yīng)用提供了保證。 [nextpage]

　　報(bào)警系統(tǒng)

　　無(wú)人值守變電站報(bào)警系統(tǒng)一般分為周界報(bào)警和室內(nèi)報(bào)警。

　　周界報(bào)警。在周界防范中采用的最多是紅外對(duì)射報(bào)警器，利用多個(gè)紅外光束在變電站的周?chē)纬梢幻婵床灰?jiàn)的屏障，只要有人翻越圍墻，遮斷了光束即可產(chǎn)生報(bào)警。但在實(shí)際變電站應(yīng)用中，入侵者往往翻入變電站針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)堆放的線(xiàn)材、金屬件進(jìn)行盜竊。整個(gè)行竊過(guò)程短，當(dāng)巡查人員趕到變電站時(shí)竊賊早已逃逸。如果不法分子意在破壞變電站內(nèi)部設(shè)施的話(huà)，后果將不堪設(shè)想。再加紅外對(duì)射在雨、雪、霧、大風(fēng)等天氣下，易產(chǎn)生誤報(bào)影響到整個(gè)周界報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定。

　　電子圍欄是目前為止最適應(yīng)變電站周界防范報(bào)警設(shè)備。它在圍墻頂部利用多線(xiàn)制的布局，形成強(qiáng)有力的物理屏障。它不僅對(duì)入侵者產(chǎn)生報(bào)警，同時(shí)也能阻擋作用。入侵者在翻越中會(huì)遭到電擊，但不會(huì)造成人生危害，使竊賊產(chǎn)生心理恐懼。

　　電子圍欄與紅外對(duì)射相比，前者克服了紅外對(duì)射的技術(shù)缺陷，不受天氣和動(dòng)植物的影響，同時(shí)也能有效對(duì)入侵者起到阻擋的作用。配置時(shí)充分考慮圍墻長(zhǎng)短，劃分好防區(qū)，配置相應(yīng)數(shù)量的防區(qū)主機(jī)。而且電子圍欄安裝不受地形影響，可以通過(guò)增加線(xiàn)制，來(lái)增加圍欄防范高度。

　　室內(nèi)報(bào)警。采用紅外三(雙)鑒，主要安裝在各個(gè)保護(hù)室、電纜層、交直流室等用于室內(nèi)人員入侵的報(bào)警。尤其夜間在攝像機(jī)效果不是很好狀態(tài)下，通過(guò)報(bào)警主機(jī)來(lái)聯(lián)動(dòng)燈光及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做巡查。一般在面積不大的室內(nèi)只需1~2個(gè)，但要注意安裝位置一定要覆蓋到出入口和主要通道，這樣才能起到良好防范。

　　供電與防雷

　　變電站推薦采用集中控制方式供電，將室內(nèi)外攝像機(jī)和其它設(shè)備如報(bào)警探測(cè)器、射燈、門(mén)禁等按區(qū)域和類(lèi)別進(jìn)行劃分，采用集中控制方式有利于在監(jiān)控屏柜里對(duì)前端各類(lèi)設(shè)備的電源進(jìn)行統(tǒng)一管理。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)既可以直接通過(guò)PoE方式也可以通過(guò)外接電源的方式供電，布線(xiàn)距離較遠(yuǎn)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)建議采用外接電源方式供電。另配置一臺(tái)UPS，既可以在電路出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候提供應(yīng)急供電，還能消除供電線(xiàn)路上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、頻率偏移等情況，改善電源質(zhì)量，為整個(gè)變電站監(jiān)控系統(tǒng)提供高質(zhì)量的電源。

　　由于變電站多處于郊區(qū)空曠地域，在雨天經(jīng)常會(huì)遭受雷電侵襲，做好變電站監(jiān)控系統(tǒng)防雷工作尤為重要。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)和主控室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要配置有防雷器。站內(nèi)用于穿線(xiàn)的金屬管、線(xiàn)纜的屏蔽層以及設(shè)備金屬外殼、金屬支架等均要可靠接地，才能保障系統(tǒng)穩(wěn)定。

　　中心處理

　　該方案需在主控室監(jiān)控屏柜中配置一臺(tái)站端處理單元(RPU)。它可以接入16路模擬攝像機(jī)、32路網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī);具有16路開(kāi)關(guān)量輸入，用于接入室內(nèi)外報(bào)警、門(mén)禁聯(lián)動(dòng)等;8路開(kāi)關(guān)量輸出，可接聲光報(bào)警、聯(lián)動(dòng)照明等;16路4?20mA接口可接入環(huán)境監(jiān)測(cè)各類(lèi)傳感器，如溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)量等;預(yù)留語(yǔ)音對(duì)講接口。

　　· 可對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行控制，如變倍調(diào)焦、云臺(tái)旋轉(zhuǎn)、預(yù)置點(diǎn)設(shè)置、巡視軌跡設(shè)定;

　　· 可對(duì)報(bào)警設(shè)備進(jìn)行布撤防管理，聯(lián)動(dòng)多個(gè)攝像機(jī)或球機(jī)預(yù)置點(diǎn);

　　· 支持區(qū)域遮蔽、畫(huà)面移動(dòng)偵測(cè);

　　· 支持外接USB鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等控制設(shè)備，方便本地監(jiān)控;

　　· 基于嵌入式Linux系統(tǒng)Intel Atom平臺(tái)的站端處理單元幾乎可把變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)硬件設(shè)備都接入進(jìn)來(lái)，同時(shí)還具備市面上DVR、DVS等視頻處理設(shè)備一切功能。

　　外接顯示器或大屏即可完成在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變電站的本地監(jiān)控，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至主站進(jìn)行統(tǒng)一管理。用一臺(tái)系統(tǒng)主機(jī)簡(jiǎn)化了站內(nèi)中心處理設(shè)備，能有效的減少硬件故障發(fā)生的環(huán)節(jié)，嵌入式的主機(jī)也是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。同時(shí)減少人員維護(hù)和巡檢的次數(shù)，真正實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守目標(biāo)。 [nextpage]

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　在變電站數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間一般要求在15天到一個(gè)月之間，站端處理單元支持10塊SATA硬盤(pán)，每塊硬盤(pán)容量最大支持2TB。在D1格式下存儲(chǔ)，16通道一個(gè)月所需硬盤(pán)的容量約為5TB。根據(jù)攝像頭的數(shù)量及所需保存的時(shí)間來(lái)配置足量的硬盤(pán)，滿(mǎn)足站內(nèi)圖像資料及數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。

　　網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)由于像素高，存儲(chǔ)容量也是模擬攝像機(jī)的數(shù)倍。為了節(jié)省硬盤(pán)空間，延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間，可對(duì)碼流和幀率進(jìn)行調(diào)整。在觸發(fā)關(guān)鍵事件，如報(bào)警、手動(dòng)錄像、其它子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)保存為高清格式，其余可保存為D1或CIF畫(huà)質(zhì)的錄像。

　　系統(tǒng)軟件功能

　　無(wú)人值守變電站的實(shí)現(xiàn)不僅要利用前端的硬件，還要靠后端強(qiáng)大軟件的功能做支撐。而流媒體監(jiān)控軟件，成功應(yīng)用于全國(guó)多個(gè)省、市。它主要具有以下功能。

　　· 遠(yuǎn)程操作人員可利用軟件對(duì)前端各個(gè)站端的圖像任意瀏覽;

　　· 支持對(duì)各個(gè)站端攝像機(jī)進(jìn)行控制，同時(shí)支持市面上眾多主流攝像機(jī)控制協(xié)議;

　　· 支持站端巡檢，利用建立巡檢預(yù)案實(shí)現(xiàn)對(duì)前端監(jiān)控畫(huà)面瀏覽，減少人為操作;

　　· 具有強(qiáng)大的用戶(hù)管理功能，可對(duì)不同等級(jí)的用戶(hù)設(shè)定相應(yīng)權(quán)限，并劃分優(yōu)先級(jí);

　　· 客戶(hù)端加密認(rèn)證機(jī)制，保障數(shù)據(jù)安全;

　　· 采用流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，可以有效的緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷;

　　· 與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。在操作員對(duì)變電站里的設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)監(jiān)視操作過(guò)程，第一時(shí)間反饋現(xiàn)場(chǎng)圖像信息;

　　· 強(qiáng)大的電子地圖功能?？梢跃_顯示出攝像機(jī)、報(bào)警點(diǎn)等設(shè)備的位置和狀態(tài)，可對(duì)電子地圖上選擇想要觀看的監(jiān)控點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警的布撤防，還可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電子地圖進(jìn)行多層分級(jí);

　　· 基于一次接線(xiàn)圖監(jiān)控模式，用戶(hù)只需點(diǎn)擊接線(xiàn)圖上開(kāi)關(guān)、刀閘、主變等設(shè)備，立刻以多畫(huà)面顯示該設(shè)備的監(jiān)控畫(huà)面，很大程度方便了操作人員;

　　· 智能圖像分析。為了把操作人員從被動(dòng)監(jiān)看的疲勞中解脫出來(lái)，從而提高管理和生產(chǎn)效率。該軟件附帶了智能圖像分析功能，可對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行處理并分析。此功能不同于普通的動(dòng)態(tài)偵測(cè)功能，其通過(guò)分析它能對(duì)進(jìn)出人員和車(chē)輛進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)并對(duì)車(chē)牌和人員進(jìn)行抓拍高清圖片;對(duì)未經(jīng)允許闖入變電站的人員，系統(tǒng)會(huì)聯(lián)動(dòng)該區(qū)域內(nèi)的攝像機(jī)進(jìn)行全程跟蹤拍攝并報(bào)警提示;對(duì)于站內(nèi)突然出現(xiàn)的可疑物品也會(huì)預(yù)警提示，防止險(xiǎn)情出現(xiàn)。