遠程圖像監控系統技術的分析與在變電站的應用

李仕強

【摘 要】隨著電力系統不斷發展，無人值守變電站逐漸增多，為保障電網安全運行，并解決無人值守變電站的安全防范問題，非常有必要進行變電站遠程圖像監控系統的建設。文章論述了圖像監控系統的技術及特點，闡述了圖像監控系統在無人變電站中的作用，變電站圖像監控系統的實施及應用，將提高無人值班變電站的安全運行水平。

【關鍵詞】變電站；遠程圖像監控系統；運行狀態

隨著電力電子技術、計算機技術、網絡通信技術以及多媒體信息處理技術在電力系統應用中的不斷完善，變電站監控系統正從常規靜態監視監控向數字化網絡遠程監控方向發展?；诮y一信息平臺的圖像監控技術已日臻成熟，遠程圖像監控系統已逐步成為變電站無人值守運行管理強有力的輔助監控工具。通過該系統，能實現對變電站區域內的遠程監控和調度；監視站內運行設備的外觀狀態及室內環境情況；實現變電站防盜及防火的自動監控；并可提供事后分析事故的有關圖像資料。

1.實現變電站圖像監控系統的因素

如何將變電站遠程的監視、遙控、防盜、消防和報警聯網系統有機的結合起來，做到既可以遠程監視、 遙控和圖像的傳輸，又具備環境的整體監控，并且具有通常聯網報警的功能。投入費用既要合理， 又能有效地預防、打擊犯罪，保障財產安全。因此，確保系統運行穩定，將安全防范技術提高到一個新的水平， 這已經成為當前變電站監控應用發展的主要方向。

針對無人值守變電站的特點，我們建立的圖像監控系統需要實現以下功能：

1） 監視系統、環境監控系統、防盜系統、消防系統、報警系統、遠程控制系統必須要有機的聯動結合， 從而提高無人值守或少人值守變電站人員和設備的安全性及便利性；

2） 傳輸方式基于 TCP/IP 網絡，圖像壓縮技術成熟、可靠；

3） 具有現場圖像畫面、人員進出情況、特定環境的報警信號等數據及時地傳回監控中心的功能；

4） 所有圖像數據、環境數據必須遠程傳輸，并且對數據的記錄存儲要做到全面、細致。使得數據的存儲、檢索、回放、備份、恢復利于管理和服務；

5） 系統的管理采用分級權限，不同的人員具有不同的使用權限，以便實現安全化管理；

6） 系統必須采用模塊化設計，各個功能模塊可根據需要添加，保證系統具有靈活的擴展性和友好的人機對話界面。

2.變電站圖像監控系統技術

圖像監控以其直觀、方便、信息內容豐富被廣泛應用于各行業中。隨著數字圖像壓縮技術的日益成熟及計算機網絡技術的發展，為遠程圖像監控技術提供了條件。目前，監控方式可分為三類：模擬圖像監視、基于 PC 的多媒體監控和遠程網絡圖像監控。

2.1 模擬圖像監視

它被廣泛應用于保安、生產管理等行業。圖像監控系統一般采用模擬方式傳輸， 采用圖像電纜，傳輸距離不能太遠，主要應用于小范圍內的監控，監控圖像一般只能在控制中心查看。

2.2 基于PC 的多媒體監控

隨著數字圖像壓縮編碼技術的日益成熟， 微機的普及化， 為基于 PC 的多媒體監控創造了條件。在遠端監控現場， 有若干個攝像機、各種檢測、報警探頭與數據設備， 通過各自的傳輸線路，匯接到多媒體監控終端PC上，通過通信網絡，將這些信息傳到一個或多個監控中心?；赑C 的多媒體監控系統功能雖強，但穩定性不夠好， 功耗高，費用高， 結構復雜，需要有人值守，同時，軟件的開放性不好，傳輸距離明顯受限。

2.3 遠程網絡圖像監控

基于嵌入式技術的遠程網絡圖像監控主要的原理是：網絡圖像服務器內置一個嵌入式芯片，采用嵌入式實時操作系統。攝像機傳送來的圖像信號數字化后由高效壓縮芯片壓縮，通過網絡總線傳送到Web 服務器。

3.變電站圖像監控系統的組成

變電站圖像監控系統由多個遠程現場和一個監控中心組成，在遠程現場和監控中心之間有PCM 2M通訊線路連接，在遠程現場均有若干攝像機，攝像機的鏡頭、 云臺可控， 并可加若干傳感器、警燈、警號等外圍設備。在監控中心可以任意監視各個現場， 并能收集到各現場的報警信息。監控中心由中心機房內部的多媒體監控主機和機房以外的網絡分控計算機組成。系統可以隨時方便、即時地檢索、回收記錄存貯的圖像， 并可按時間、地點（鏡頭）或圖像文件進行檢索和回放?；胤艌D像穩定、清晰，可反復讀寫， 不存在傳統監控系統中所存在的錄像帶的信號衰減和磨損問題。

4.變電站圖像監控系統配置

4.1 廠站端設備

主要由前端設備和圖像編碼壓縮服務器組成（包括攝像機單元、控制解碼器、圖像矩陣、報警控制設備、麥克風和音箱、編解碼器等）。在有人值守的遠程現場可以設置多媒體控制計算機，也可以設置控制健盤， 這些控制設備可以控制該現場的攝像機切換，鏡頭、臺動作， 并且可以處理報警信息。對于無人值守的現場可以不放置計算機，建議放置控制鍵盤。廠站端設備在系統中的作用是采集現場的各種圖像、音頻、數據等信息，并通過編解碼器進行處理，將模擬信號數字化并壓縮編碼， 以便于在可利用的數字通訊線路上進行傳輸。同時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，系統應具有多畫面視窗， 1～16個畫面任意分割方式；圖像清晰，畫面流暢， 徹底杜絕馬賽克、圖像邊沿鋸齒及拖動現象；在保證高品質畫面的同時，降低傳輸碼流，實現了真正的海量存儲。

4.2 通道傳輸設備

遠距離傳輸起到連接變電站和監控中心的橋梁作用，也是系統最關鍵的組成部分，傳輸系統的性能直接決定著系統監控中心圖像和數據的質量。這部分設備要根據通信通道選取。眾所周知，現場攝像機采集到的模擬信號是不能直接在網絡上傳輸的， 必須先數字化；而25幀/s的彩色活動圖像在數字化后約需67 Mbit/s的傳輸帶寬，目前只有在光纖上才能實現傳輸，其浪費是顯而易見的。在有限的帶寬下（ 通常為2 M）實現遠程圖像實時監控，就必須對圖像進行壓縮。

電力系統主要的傳輸方式是 E1線路傳輸方式： E1（2M速率） 組網適用于要求圖像傳輸的大型站監控，而且站方應有豐富的傳輸資源。各個遠端被控站的圖像和數據通過一條各自獨立的E1線路進入到分控中心和集中監控中心構成的TCP/IP網絡。在遠端變電站的圖像壓縮設備將監控圖像編碼壓縮， 并打包為 IP 數據包， 透過 E1線路進入省電力公司的IP 以太網， 在分散監控中心和集中監控中心由圖像處理設備選擇變電站的圖像進行解碼輸出，送到監控中心進行處理。這種方式的優點在于傳輸的可靠性高、 實時性好、 圖像質量高?？梢杂霉鈧鬏?SDH/PDH中的E1接口，節省資源。采用TCP/IP網絡傳輸時， 當需要增加監測變電站時， 只需要增加變電站的前端設備，在監控中心不需要增加相應的圖像處理設備，增加了擴展的余地。

4.3 主站設備

簡單的主站僅僅由一個或數個監控終端組成，它們往往以分時形式完成一對一或一對多的圖像監控任務。復雜的主站設備包括報警數據庫服務器、 數字錄像數據庫服務器以及多個監控終端和大量的輔助監控終端，這種構造更符合集中式（對于變電站來說） 和分布式（ 對于監控終端來講）的原理，并且可以方便地建立分級監控體系，是變電站圖像監控系統未來的主流發展方向。

5.實現變電站圖像監控的安全性分析

常規意義上的四遙系統 是調度自動化的主要內容，它們是實現變電站無人值守的必要條件。但僅僅依靠調度自動化的現有技術手段，實現變電站的無人值守是不完善的，這是因為變電站是電力生產重點場所， 安全性能要求非常高，為了保證安全， 應對環境狀況、 設備運行、 文明生產等各類情況加以監控。特別要防范火災、爆炸、泄露、失竊以及惡意破壞等現象的發生， 對安全生產構成極大威脅的情況加以監視， 只有這樣，才能切實提高實行無人值守之后的變電站的安全水平。以圖像監控為核心的環境監控系統， 它可以包含各類報警信號（ 如紅外、運動、門磁、聲音、震動、微波、濕度、溫度等），經中央單元的處理， 進行圖像錄像，并聯動各類行動輸出（如報警、鎖具、消防設備等） ，經過進一步開發，可以較好地應用于無人值班變電站。對于常規的圖像監控系統（即工業電視系統），不具備上述功能， 使得它不適用于變電站的圖像監控； 此外， 它的信號傳輸范圍有限（通常為1km 范圍內）， 并且需要有專人負責操作和管理； 而變電站數量多、分布廣，每個變電站安裝一套工業電視系統并安排專人值守有悖于無人值守的初衷。因此， 將一個地區的數個甚至是幾十個變電站， 通過網絡遠程圖像監控手段統一管理起來， 建立一個集中式的圖像監控系統是解決變電站圖像監控的合理方法。

6.結束語

變電站綜合自動化系統可以實現遠方的遙測、遙信、遙控、遙調（即“四遙”）功能，由于遠程圖像監控系統在電力系統中的應用，使變電站綜合自動化系統又增加了遙視功能，由“四遙”發展到了“五遙”，進一步加強了對無人值守變電站的運行管理，保證了電力系統的安全。