變電站視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的應(yīng)用研究

，，

(1.華北電力大學(xué)，河北 保定 071003；2.國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

變電站的無人值守是電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)展的必然趨勢[1]，導(dǎo)致對(duì)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求越來越高。由于變電站運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多變以及攝像頭長時(shí)間運(yùn)行損耗導(dǎo)致監(jiān)控畫面故障時(shí)有發(fā)生。然而，隨著變電站運(yùn)維要求的不斷提高以及視頻監(jiān)控點(diǎn)的覆蓋面越來越大，僅靠監(jiān)控中心工作人員自身對(duì)視頻監(jiān)控畫面逐個(gè)排查的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控模式不僅加大運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且它還是低效、滯后、不可靠的運(yùn)維模式[2]。

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)為此提供了一個(gè)較好的解決方案，它采用視頻圖像分析的方法來檢測監(jiān)控系統(tǒng)中存在的各種視頻常見故障并且能按照診斷預(yù)案對(duì)攝像機(jī)、存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)檢測，并記錄所有的檢測結(jié)果[3]。診斷系統(tǒng)采用輪巡的方式，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的前端設(shè)備進(jìn)行檢測。目前不同的企業(yè)和科研院所對(duì)視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)做了深入的研究并將其應(yīng)用在日常的監(jiān)控工作中，這大大降低了監(jiān)控人員的負(fù)擔(dān)，提高了監(jiān)控的質(zhì)量。同樣地，國網(wǎng)四川省電力公司對(duì)其轄屬變電站應(yīng)用了視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，為快速發(fā)現(xiàn)視頻信號(hào)故障、保障系統(tǒng)可用能用發(fā)揮了巨大的作用。

首先簡述了變電站使用視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的必要性，對(duì)視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能作了簡要介紹，最后重點(diǎn)分析國網(wǎng)四川省電力公司使用的視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的應(yīng)用情況。

1 視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其拓?fù)鋱D

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)是一套圖像質(zhì)量分析、診斷與預(yù)警系統(tǒng)，通過對(duì)前端設(shè)備傳回的碼流進(jìn)行解碼以及圖像質(zhì)量評(píng)估，對(duì)視頻圖像中存在的質(zhì)量問題進(jìn)行判斷和告警，并記錄檢測結(jié)果[4]。

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的拓?fù)鋱D組成如圖1所示，質(zhì)量診斷服務(wù)器從前端編碼設(shè)備取流，是一種無損傷檢測，它的接入不需要改變已經(jīng)組建好的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)。

圖1 視頻質(zhì)量診斷拓?fù)鋱D組成

2 視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)檢測的故障類型

國網(wǎng)四川省電力公司使用的診斷系統(tǒng)能夠檢測出多種視頻故障，對(duì)目前已診斷出的故障類型會(huì)附上相應(yīng)的診斷圖片以及維修建議。

(1)信號(hào)丟失：診斷由于前端設(shè)備損壞或者傳輸環(huán)節(jié)故障引起的信號(hào)丟失現(xiàn)象，包括黑屏、白屏、疊加文字屏等。系統(tǒng)診斷為信號(hào)丟失的診斷圖片如圖2(a)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢查攝像機(jī)是否工作，模擬傳輸線是否接觸良好。

(2)圖像模糊：診斷由于聚焦不準(zhǔn)引起圖像物體邊緣不清晰的情況。系統(tǒng)診斷為圖像模糊的診斷圖片如圖2(b)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢查鏡頭調(diào)焦控制是否正常，確定攝相機(jī)架設(shè)位置是否合適。

(3)對(duì)比度：診斷由于攝像機(jī)鏡頭蒙上灰塵、水汽、人為遮擋、或者內(nèi)部故障，造成圖像的對(duì)比度低而“發(fā)蒙”的情況。系統(tǒng)診斷為對(duì)比度異常的診斷圖片如圖2(c)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確定是否因?yàn)閻毫犹鞖庠颍_定攝相機(jī)架設(shè)位置是否合適，檢測鏡頭是否干凈。

(4)圖像過亮/暗：診斷由于攝像機(jī)增益異常、曝光不當(dāng)、強(qiáng)光照射等各種原因引起畫面過亮/暗。系統(tǒng)診斷為圖像過暗的診斷圖片如圖2(d)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確認(rèn)是否為光線問題，檢查攝像機(jī)是否正常曝光。

(5)圖像偏色：診斷由于色彩平衡出現(xiàn)故障、視頻線路接觸不良、信號(hào)干擾等原因造成的視頻畫面發(fā)生色偏，甚至某種顏色缺失的故障。系統(tǒng)診斷為圖像偏色的診斷圖片如圖2(e)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢查傳輸線是否正常接插，檢查攝像機(jī)是否能輸出正常圖像。

圖2 故障類型的診斷圖片

(6)噪聲干擾：診斷由于視頻信號(hào)干擾、線路接觸不良、光照不足等引起的點(diǎn)狀、尖刺等圖像質(zhì)量故障。系統(tǒng)診斷為噪聲干擾的診斷圖片如圖2(f)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確定是否光線太暗。

(7)條紋干擾：診斷由于線路老化、接觸不良、線路干擾(工頻、音頻、高頻信號(hào))導(dǎo)致的橫條、波紋等帶狀、網(wǎng)狀等噪聲故障。系統(tǒng)診斷為條紋干擾的診斷圖片如圖2(g)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確定設(shè)備接地問題。

(8)畫面凍結(jié)：診斷由于傳輸系統(tǒng)異常導(dǎo)致的畫面凍結(jié)的故障，一般表現(xiàn)為畫面靜止不動(dòng)，包括時(shí)標(biāo)OSD部分不動(dòng)。系統(tǒng)診斷為畫面凍結(jié)的診斷圖片如圖2(h)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是拍攝畫面是否固定不變。

(9)黑白圖像：診斷由于攝像機(jī)日夜功能模式切換異常、圖像信號(hào)強(qiáng)度弱等原因造成的圖像顏色為黑白的異常情況。系統(tǒng)診斷為黑白圖像的診斷圖片如圖2(i)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是攝像機(jī)是否配置為紅外模式、黑白模式。

(10)視頻劇變：診斷攝像機(jī)視頻信號(hào)異?；蚴艿礁蓴_導(dǎo)致視頻圖像劇烈變化的故障，一般表現(xiàn)為畫面不停閃爍、跳變、畫面扭曲等。系統(tǒng)診斷為視頻劇變的診斷圖片如圖2(j)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢測設(shè)備旁邊是否有干擾源，確定設(shè)備接觸良好，檢測攝像機(jī)曝光是否正常。

(11)視頻抖動(dòng)：診斷攝像機(jī)信號(hào)受到干擾或者攝像機(jī)安裝不牢固導(dǎo)致圖像不停抖動(dòng)的故障。系統(tǒng)診斷為視頻抖動(dòng)的診斷圖片如圖2(k)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確定攝像頭是否安裝牢固。

(12)場景變更：診斷攝像機(jī)因?yàn)槿藶榛颦h(huán)境原因?qū)е聰z像頭被偏轉(zhuǎn)、攝像頭被遮擋、攝像機(jī)的角度或位置發(fā)生變化而導(dǎo)致的場景變更的情況。

(13)視頻遮擋：診斷監(jiān)控點(diǎn)視頻鏡頭被全部遮擋出現(xiàn)的異常情況，通常表現(xiàn)為畫面黑暗、對(duì)比度低。系統(tǒng)診斷為視頻遮擋的診斷圖片如圖2(l)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是確定攝像機(jī)鏡頭是否被物體遮牢。

(14)云臺(tái)失控：診斷由于球機(jī)年久失修、云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)失效等的檢測。

(15)登陸失?。涸\斷由于攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)原因或用戶名密碼端口等錯(cuò)誤造成登錄攝像機(jī)失敗的情況。系統(tǒng)診斷為登錄失敗的截取圖片如圖2(m)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢查網(wǎng)絡(luò)、碼流是否正常。

(16)取流異常：診斷由于攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)原因或前端監(jiān)控點(diǎn)異常等導(dǎo)致無法從攝像機(jī)上取到視頻流的異常情況。其診斷圖片與登陸失敗相同，如圖2(m)所示。系統(tǒng)給出的維修建議是檢查網(wǎng)絡(luò)是否正常。

3 視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 一個(gè)具體的診斷結(jié)果分析

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)具體的已完成的診斷任務(wù)，運(yùn)維人員可以單擊“查看詳情”來查看其診斷詳情，以圖3為例。

依次單擊右上方的“基本信息”、“診斷結(jié)果”和“診斷項(xiàng)目”可以查看詳細(xì)的診斷結(jié)果。以上面捕捉到的畫面為例，其“基本信息”、“診斷結(jié)果”和“診斷項(xiàng)目”分別如圖4所示。

圖3 診斷結(jié)果

圖4 診斷結(jié)果詳情

基本信息中給出了相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的監(jiān)控點(diǎn)名稱、IP地址、端口號(hào)、通道號(hào)、設(shè)備類型、供應(yīng)廠商以及監(jiān)控區(qū)域等信息；診斷結(jié)果中給出了相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的狀態(tài)、診斷時(shí)間、詳情(即診斷結(jié)果)、維修建議等；診斷項(xiàng)目中給出了相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行診斷時(shí)對(duì)于以上的17種故障類型的各自狀態(tài)以及得分。這個(gè)診斷系統(tǒng)有報(bào)警閾值模板，工作人員可根據(jù)截取的診斷圖片和診斷結(jié)果進(jìn)行靈活地調(diào)整，讓其更好地適應(yīng)變電站這一特殊的運(yùn)行環(huán)境。在當(dāng)前的閾值模板下，圖3的診斷結(jié)果為條紋干擾，給出的維修建議是確定設(shè)備接地問題。

3.2 一段時(shí)間內(nèi)診斷任務(wù)的統(tǒng)計(jì)分析

下面是從2013年6月開始使用到2014年2月28日期間診斷系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

圖5 2013年6月1日至2014年2月28日的統(tǒng)計(jì)分析柱狀圖

圖6 2014年4月23日至2014年5月23日的統(tǒng)計(jì)分析柱狀圖

可以看出：除登錄失敗和取流異常(圖5中的最后兩個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)，由于網(wǎng)絡(luò)等原因不能正常進(jìn)行診斷的情況)外，圖像模糊占其余故障類型的70%以上；雪花干擾、亮度異常、信號(hào)丟失等異常類型逐次遞減。這說明由聚焦不準(zhǔn)引起的圖像模糊是變電站眾多監(jiān)控點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生的故障，需要引起變電站運(yùn)維人員的特別注意。

為了更好地服務(wù)于變電站日常監(jiān)控工作，對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行了一些優(yōu)化。接下來是系統(tǒng)優(yōu)化后，從2014年4月23日至2014年5月23日這一個(gè)月期間診斷系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，如圖6所示。

可以看出：系統(tǒng)升級(jí)更新后，首先，故障類型的分類有了變化：雪花干擾改名為噪聲干擾；亮度異常分為亮度過亮、亮度過暗兩項(xiàng)指標(biāo)；新增對(duì)比度、黑白圖像、視頻抖動(dòng)、視頻劇變、場景變更、視頻遮擋等6個(gè)診斷指標(biāo)。其次，從2014年4月23日至2014年5月23日這一個(gè)月的診斷結(jié)果來看，除由攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)等原因引起的登錄失敗和取流異常外，信號(hào)丟失、圖像模糊、對(duì)比度、圖像過暗、噪聲干擾、條紋干擾、黑白圖像、視頻劇變等診斷結(jié)果均有出現(xiàn)，即被診斷出的異常故障類型呈多元化趨勢。這說明診斷系統(tǒng)更新升級(jí)以后，可以更好地適應(yīng)變電站復(fù)雜多變的運(yùn)行環(huán)境。與以前的診斷系統(tǒng)相比，能更好地為使用該診斷系統(tǒng)的工作人員提供變電站內(nèi)各監(jiān)控點(diǎn)的工作狀況，為檢修和維護(hù)工作提供良好的依據(jù)。

另外，診斷結(jié)果本身可能是多種故障類型的疊加，如圖7所示。

圖7 診斷結(jié)果為多種故障類型的疊加

這說明可能有多種故障導(dǎo)致了上述情況的發(fā)生，運(yùn)維人員需要對(duì)引起故障的原因進(jìn)行逐一排查。

4 結(jié) 論

變電站采用視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)將運(yùn)維人員從繁重的工作負(fù)擔(dān)中解脫出來，提高變電站作業(yè)效率。然而，如何減少診斷的誤診率成為開發(fā)人員和系統(tǒng)檢測人員面臨的重要問題。目前開展的工作是希望通過模擬多種視頻故障從而對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行有效地檢測。

[1] 呂瑞明.變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2008.

[2] 高楊. 視頻質(zhì)量診斷算法研究與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽：東北大學(xué)，2011.

[3] 任和,陳兆俊. 基于視頻分析的視頻質(zhì)量檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].中國鐵路，2013(7)：85-87.

[4] 方芳.基于智能監(jiān)控系統(tǒng)的視頻圖像質(zhì)量檢測的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學(xué),2013.