青龍水電站工業(yè)電視系統(tǒng)配置方案

周冬梅，侯星宇

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 工程概述

青龍水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內(nèi)，是白水江干流(九寨溝縣段)水電規(guī)劃“一庫七級”開發(fā)方案中的第七級電站。首部樞紐距九寨溝縣縣城約11.5km，廠區(qū)距九寨溝縣縣城約28km，工程區(qū)內(nèi)有甘肅文縣～九寨溝縣公路從河流右岸通過，在湯珠河口與九環(huán)線旅游公路相連，對外交通方便。電站采用引水式開發(fā)，開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電，兼顧九寨溝縣城市建設(shè)、景觀用水和下游環(huán)境生態(tài)用水。電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)基荷，具有日調(diào)節(jié)能力。

2 系統(tǒng)設(shè)計原則

先進性:采用現(xiàn)階段先進、適用的技術(shù)，在滿足現(xiàn)有需求的前提下，充分考慮視頻技術(shù)發(fā)展的趨勢，在硬件平臺上為系統(tǒng)升級預(yù)留相應(yīng)的空間，從而能較長期保持先進并適應(yīng)將來的技術(shù)發(fā)展。

可靠穩(wěn)定性:系統(tǒng)能長期穩(wěn)定運行，并具有足夠的抗干擾能力。

兼容性:在系統(tǒng)功能實現(xiàn)上支持目前主流的標(biāo)準(zhǔn)接口和通信協(xié)議、傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可接入不同生產(chǎn)廠商不同類型的外圍設(shè)備，使得整個系統(tǒng)可以隨著技術(shù)的發(fā)展和進步進行功能的增加和擴展。

可擴展性:系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，擴容方便，無縫集成。

靈活性:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能配置靈活，能滿足不同業(yè)務(wù)部門的需要。

實用性:系統(tǒng)的前端設(shè)備和系統(tǒng)軟件應(yīng)有良好的學(xué)習(xí)性和操作性，應(yīng)使普通的管理人員通過簡單培訓(xùn)即可掌握系統(tǒng)的操作要領(lǐng)，達(dá)到能完成值班任務(wù)的操作水平。

人性化和便利性:使用多功能、外向性的要求，全中文界面，講究操作和管理的便利性和舒適性，達(dá)到提高工作效率、節(jié)省人力及資源的目的。便于監(jiān)控區(qū)域的信息收集、處理、儲存、傳輸、檢索。

應(yīng)用成熟:系統(tǒng)所采用的產(chǎn)品均為經(jīng)過一定時間市場考驗的成熟產(chǎn)品，在中國或國外已有成功的應(yīng)用案例。

3 工業(yè)電視系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 系統(tǒng)方案

就目前來說，視頻監(jiān)控系統(tǒng)有三種主要方式，即:純模擬方式(方案1)，模擬-數(shù)字混合模式(方案2)，純數(shù)字方式(方案3)。

3.2 方案介紹及其對比

3.2.1 方案1:純模擬方式

方案1中，前端設(shè)備采用模擬攝像機，視頻以模擬方式采用同軸電纜傳輸并通過基于電路交換的模擬視頻切換矩陣主機完成圖像的選擇并輸出到終端顯示設(shè)備和存儲設(shè)備。

該系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:

前端設(shè)備:主要包括設(shè)置在現(xiàn)場的模擬攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、控制碼解碼器、控制碼分配器等設(shè)備。

監(jiān)控中心設(shè)備:矩陣切換系統(tǒng)、監(jiān)控中心管理服務(wù)器、圖像監(jiān)控服務(wù)器等設(shè)備，布置在中控室。

3.2.2 方案2:模擬-數(shù)字混合模式

方案2中，前端設(shè)備采用模擬攝像機，視頻信號以模擬方式采用同軸電纜傳輸至數(shù)字化設(shè)備(如視頻服務(wù)器、編碼器、數(shù)字硬盤錄像機等)，實現(xiàn)壓縮、編碼等，轉(zhuǎn)換為適合以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)字視頻信號;控制中心的管理服務(wù)器及圖像監(jiān)控服務(wù)器可對前端設(shè)備進行操作以及數(shù)據(jù)的處理和管理，并可根據(jù)需要配置解碼和存貯設(shè)備。

該系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:

前端設(shè)備:主要包括設(shè)置在現(xiàn)場的模擬攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、控制碼解碼器、視頻服務(wù)器(或完成類似功能的其他設(shè)備)等設(shè)備。

監(jiān)控中心設(shè)備:監(jiān)控中心管理服務(wù)器、圖像監(jiān)控服務(wù)器、中心交換機等設(shè)備，布置在中控室。

3.2.3 方案3:純數(shù)字方式

方案3中，前端設(shè)備采用全網(wǎng)絡(luò)式攝像機，視頻從前端設(shè)備輸出即為數(shù)字信號，并以基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)為傳輸媒介，實現(xiàn)視頻在網(wǎng)絡(luò)上的多路復(fù)用傳輸，并通過數(shù)字視頻矩陣控制實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制、調(diào)度、存貯、授權(quán)控制等功能。

該系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:

前端設(shè)備:主要包括設(shè)置在現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)攝像機、防護罩、區(qū)域交換機等設(shè)備。

監(jiān)控中心設(shè)備:監(jiān)控中心管理服務(wù)器、圖像監(jiān)控服務(wù)器、主干交換機等設(shè)備，布置在中控室。

3.2.4 方案對比

方案1和方案2中的前端設(shè)備均采用模擬攝像機，兩者的區(qū)別在于:方案1采用模擬方式進行傳輸、存儲;方案2采用數(shù)字方式進行傳輸、存儲。

在現(xiàn)階段，采用模擬方式的技術(shù)成熟可靠，圖像質(zhì)量好，成本較低，但是對網(wǎng)絡(luò)通道的要求較高，部分情況下布線困難，距離較遠(yuǎn)時需要光纖路數(shù)較多且數(shù)據(jù)功能單一，不能滿足網(wǎng)絡(luò)傳播及資源共享等方面的要求，不能有效的實現(xiàn)遠(yuǎn)程的集中監(jiān)控且傳輸通道成本過大，故障點多，運行維護不便。

隨著寬帶技術(shù)的發(fā)展，尤其是以太網(wǎng)的發(fā)展，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的需要越來越多，規(guī)模也越來越大，數(shù)字方式傳輸能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)傳播并滿足資源共享等方面的要求，屬于較新一代的技術(shù)平臺。

數(shù)字方式圖像由于已經(jīng)數(shù)字化，抗干擾能力強，圖像質(zhì)量好，便于存儲、檢索和共享等高級應(yīng)用，因此較適合在公用網(wǎng)絡(luò)平臺上的授權(quán)用戶調(diào)用，并方便遠(yuǎn)程調(diào)用及維護。在布線施工中，數(shù)字方式也相對便捷，抗干擾能力強，而且目前在采用新的壓縮方式和算法后，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻的質(zhì)量大幅度提高，已經(jīng)完全可以作到圖像質(zhì)量滿足生產(chǎn)安全監(jiān)視的要求，以及有高質(zhì)量畫面要求的需要。

對比方案1、2，方案2更符合本工程實際，具備一定的先進性，能夠滿足有效地接入集中控制中心的需要。

而方案3，其視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用全數(shù)字方式，為新一代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在先進性、實時性、擴展性、兼容性等方面都較以前的視頻監(jiān)控系統(tǒng)有所提高，能夠更好地實現(xiàn)無人值班的管理模式。但方案3造價相對方案2過高，且在當(dāng)時的水電站上運用的較少。

綜合以上分析，結(jié)合本項目實際，從系統(tǒng)建設(shè)成本、技術(shù)的先進性、運行管理、維護費用等方面考慮，本工程最終采用了模擬-數(shù)字混合模式的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)(方案2)。

3.3 壓縮方式的選擇

視頻壓縮編碼技術(shù)是視頻技術(shù)以及多媒體應(yīng)用的核心，目前比較常見是ITU－T的H.261，H.263，H.264 和 ISO/IEC 的 MPEG1，MPEG2，MPEG4等。影響視頻流壓縮編碼性能的因素很多，包括壓縮效率以及編碼的冗余性和可靠性。不同的視頻壓縮方式均有各自不同的側(cè)重點，需要根據(jù)項目的不同需求進行合理的選擇。

MPEG4視頻壓縮算法相對于MPEG1/2在低比特率壓縮上具有顯著提高，在CIF(352×288)或者更高清晰度(768×576)情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優(yōu)勢，也更適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。另外，MPEG4可以方便地動態(tài)調(diào)整幀率、比特率，以降低存儲量。

H.264是由ISO/IECMPEG和ITU－TVCEG兩大組織共同成立的聯(lián)合視頻工作組JVT(Joint VideoTeam)開發(fā)的，并在2003年5月正式發(fā)布。H.264創(chuàng)造性了多參考幀、多塊類型、整數(shù)變換、幀內(nèi)預(yù)測等新的壓縮技術(shù)，使用了更精細(xì)的分像素運動矢量(1/4、1/8)和新一代的環(huán)路濾波器，使得壓縮性能大大提高，系統(tǒng)更加完善。

相比之下，MPEG4是目前市場上最流行、最成熟的技術(shù)，而H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)推出時間較晚，相關(guān)的產(chǎn)品還較少，其產(chǎn)品的成熟性還需進一步驗證，且采購和使用成本較高。

基于以上分析，本工程最終采用了MPEG4壓縮標(biāo)準(zhǔn)。