機(jī)房/變電站無人值守監(jiān)控系統(tǒng)

【摘要】本文設(shè)計(jì)了“無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)”方案，該系統(tǒng)通過在前端機(jī)房/變電站安裝攝像機(jī)、微音探頭、數(shù)字/模擬環(huán)境變量采集模塊、門禁、周界報(bào)警等高科技設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了用戶對前端無人或少人值守系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，大幅度提高了對前端監(jiān)控的實(shí)時性、有效性，降低了人員及管理成本。

【關(guān)鍵詞】無人值守;視頻監(jiān)控;遠(yuǎn)程監(jiān)控

1.概述

傳統(tǒng)的模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)受技術(shù)發(fā)展的局限，只能進(jìn)行現(xiàn)場視頻監(jiān)視，簡單的報(bào)警信息處理傳輸，不能遠(yuǎn)距離傳輸視頻信號，對于前端具體狀況的了解、事件的確認(rèn)是非常困難的，無形中降低了系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性和安全性，如何將遠(yuǎn)程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，做到既可以遠(yuǎn)程的監(jiān)視、遙控和圖像的傳輸，又具備環(huán)境的整體監(jiān)控，并且具有通常聯(lián)網(wǎng)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)的功能，能夠更加有效地預(yù)防事故發(fā)生、打擊犯罪、保障財(cái)產(chǎn)安全，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，將安全防范技術(shù)提高到一個新的水平，這已經(jīng)成為當(dāng)前監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的主要方向。

目前對于電力、水利等具有大量無人值守機(jī)房/變電站的用戶，其前端機(jī)房/變電站占有重要的地位，也是數(shù)字化改造的重要目標(biāo)之一。同時，上述行業(yè)用戶在各自的機(jī)房/變電站等已實(shí)施了部分視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、防盜報(bào)警和消防系統(tǒng)，但大多分步、分批實(shí)施，系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，甚至每套系統(tǒng)都需要獨(dú)立的管理人員，很難做到多系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，無形中降低了系統(tǒng)的高效性，增加了系統(tǒng)的管理成本。因此，如何利用先進(jìn)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)的模擬設(shè)備，整合過去零散的系統(tǒng)，提高遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時性、高效性，是當(dāng)前對于電力、水利等具有大量無人值守機(jī)房/變電站的用戶、產(chǎn)品供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商急需解決的難題。

2.系統(tǒng)所需解決的問題

2.1 監(jiān)控目標(biāo)的特殊性問題

無人值守機(jī)房、變電站等多數(shù)成分散式分布，且很多地理位置處于人煙稀少的地方，平時無人或少人值守。要求所有設(shè)備都必須能適應(yīng)環(huán)境的變化。 無人值守機(jī)房、變電站、基站內(nèi)通常安裝有重要且貴重的設(shè)備，它運(yùn)作的正常與否直接關(guān)系到企業(yè)或整個行業(yè)能否正常運(yùn)作。

2.2 系統(tǒng)聯(lián)動問題

為實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控，圖像監(jiān)視系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必須要有機(jī)的聯(lián)動結(jié)合，從而提高無人或少人值守機(jī)房人員和設(shè)備的安全性及便利性。

2.3 遠(yuǎn)程傳輸問題

無人值守機(jī)房、變電站主要應(yīng)用于電力、水利等行業(yè)，這些行業(yè)一般都有自己的專用網(wǎng)絡(luò)，帶寬資源比較充足。但無人值守機(jī)房、變電站、基站必須把機(jī)房內(nèi)的音/視頻畫面、人員出入的狀況、機(jī)房內(nèi)環(huán)境變化量的報(bào)警信號等數(shù)據(jù)及時地傳回監(jiān)控中心。所有視頻數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)必須遠(yuǎn)程傳輸，并且對數(shù)據(jù)的記錄存儲要盡量的全面、細(xì)致，使得數(shù)據(jù)的存儲、檢索、回放、備份、恢復(fù)利于管理和服務(wù)。

2.4 系統(tǒng)安全性問題

系統(tǒng)的管理采用分級權(quán)限，不同的人員具有不同的使用權(quán)限，以便實(shí)現(xiàn)安全化管理。

2.5 界面友好性問題

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)具有靈活的擴(kuò)展性，同時提供友好的人機(jī)對話界面。

3.無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)

無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)通過在前端機(jī)房/變電站安裝攝像機(jī)、微音探頭、數(shù)字/模擬環(huán)境變量采集模塊、門禁、周界報(bào)警等高科技設(shè)備，其中的音視頻、環(huán)境變量數(shù)據(jù)、出入口控制等接入前端綜合監(jiān)控主機(jī)，音視頻、環(huán)境變量等資料實(shí)時數(shù)字化存儲記錄，同時，管理中心可管理所有前端綜合監(jiān)控主機(jī)，實(shí)時監(jiān)看前端的圖像、環(huán)境數(shù)據(jù)、門禁信息等，并對前端的所有突發(fā)情況做出高效、及時的處理動作。

無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)由三大部分組成，第一部分：前端綜合監(jiān)控設(shè)備（音視頻監(jiān)控、環(huán)境變量監(jiān)控、出入口監(jiān)控等）、綜合監(jiān)控主機(jī)、綜合監(jiān)控軟件;第二部分：網(wǎng)絡(luò)傳輸部分（寬帶網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、ADSL或行業(yè)用戶專網(wǎng)）;第三部分：管理中心，數(shù)字中心服務(wù)器、監(jiān)控終端等，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求充分考慮用戶的需求，照顧長遠(yuǎn)利益，最大限度地保護(hù)用戶投資。最終的系統(tǒng)具有先進(jìn)性、靈活性、實(shí)時性、穩(wěn)定性、完善性、可擴(kuò)展性和易用性等優(yōu)點(diǎn)。

4.技術(shù)解決方案

無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)解決方案按功能共分三個子系統(tǒng)：前端無人值守點(diǎn)信息采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。

4.1 前端無人值守點(diǎn)信息采集處理子系統(tǒng)

前端無人值守點(diǎn)信號采集處理子系統(tǒng)包括：前端機(jī)房的音、視頻信號采集設(shè)備;音、視頻信號壓縮處理設(shè)備;數(shù)字報(bào)警信息采集設(shè)備;數(shù)字/模擬環(huán)境量采集設(shè)備;門禁控制管理設(shè)備;前端系統(tǒng)控制設(shè)備;前端通訊設(shè)備。

4.1.1 信息采集處理部分

1）音、視頻信號采集

在每個前端機(jī)房根據(jù)現(xiàn)場需要安裝相應(yīng)的攝像機(jī)、拾音器，其中可選定點(diǎn)彩色半球攝像機(jī)用于對進(jìn)出機(jī)房人員進(jìn)行監(jiān)視，選用一體化彩色攝像機(jī)搭配云臺，可根據(jù)遠(yuǎn)程管理人員的命令改變攝像機(jī)鏡頭的方位、角度、焦距等，用于對機(jī)房內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況、現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視。通過攝像機(jī)、拾音器采集來的音視頻模擬信號接入前端綜合監(jiān)控主機(jī)。

2）音、視頻信號處理

音、視頻信號傳送到前端綜合監(jiān)控主機(jī)后進(jìn)行信號編碼、壓縮。綜合監(jiān)控主機(jī)采用先進(jìn)的H.264壓縮方式，除具有圖像清晰流暢的特點(diǎn)外，還具有空間小，實(shí)時性好等優(yōu)勢。對于本地視頻信號，可以保存在本地主機(jī)上，可根據(jù)需要隨時進(jìn)行回放、查閱、管理，并且配合多種錄像模式完成各種記錄需求。

3）報(bào)警信號及環(huán)境量采集和控制

需要的設(shè)備包括：環(huán)境檢測模塊、溫濕度采集模塊、電壓/電流傳感器、緊急按鈕、煙霧探測器、紅外探測器、周界探測器、門禁系統(tǒng)、現(xiàn)場報(bào)警器等。

由于不少的無人機(jī)房都建在郊外和一些較偏僻的地方，并且機(jī)房的成本及架設(shè)經(jīng)費(fèi)非常昂貴，如遇不法分子盜竊或破壞，將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為徹底消除這種現(xiàn)象，避免財(cái)產(chǎn)遭破壞，實(shí)時監(jiān)控和報(bào)警聯(lián)動更顯得十分重要。

4.1.2 系統(tǒng)防范部分

系統(tǒng)防范部分可按照以下四部分進(jìn)行安排。

第一部分：以機(jī)房為中心，半徑為20米的范圍內(nèi)劃分警戒區(qū)域，設(shè)置紅外對射報(bào)警器和語音警告模塊，當(dāng)發(fā)生非法入侵時，系統(tǒng)自動激發(fā)語音警告模塊，向非法闖入者發(fā)出語音警告，并向監(jiān)控中心發(fā)出報(bào)警信息。

第二部分：機(jī)房的進(jìn)出采用聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)（磁卡識別或指紋識別），要想進(jìn)出機(jī)房，必須具有相應(yīng)的身份權(quán)限，并且聯(lián)網(wǎng)門禁系統(tǒng)可對出入信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。若遇非法人員撬門或侵入，系統(tǒng)將啟動定點(diǎn)攝像機(jī)并記錄現(xiàn)場情況，同時啟動報(bào)警信號遠(yuǎn)程傳輸，控制中心收到報(bào)警信號后即可第一時間查看現(xiàn)場狀況，做出相應(yīng)警情判斷。

第三部分：機(jī)房內(nèi)部安裝緊急按鈕和紅外探測器，如遇緊急事件的發(fā)生，可人工觸發(fā)報(bào)警通知監(jiān)控中心。

由于機(jī)房設(shè)施都是用電設(shè)備，所以防火是必不可少的防范措施。通過連接煙霧探測器可對機(jī)房內(nèi)環(huán)境隨時監(jiān)控，當(dāng)探測到有火警時，報(bào)警主機(jī)聯(lián)動電源控制開關(guān)，自動切斷重要設(shè)備的電源，同時向遠(yuǎn)程控制中心聯(lián)動報(bào)警，監(jiān)控中心可及時判斷報(bào)警信息的正確性，以便了解現(xiàn)場情況，并向有關(guān)部門求助。

第四部分：一般情況下，電氣設(shè)備對環(huán)境的溫濕度都有相應(yīng)的要求，特別是對于一些昂貴精密的設(shè)備更是如此，因此為了保障設(shè)備在正常的環(huán)境中工作，控制中心需要了解現(xiàn)場相應(yīng)溫度、濕度的情況。在機(jī)房內(nèi)配備溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊，將現(xiàn)場溫濕度的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號實(shí)時傳輸，在現(xiàn)場及遠(yuǎn)程控制中心將隨時了解到當(dāng)前機(jī)房的環(huán)境溫濕度，記錄的數(shù)據(jù)將保存在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。根據(jù)需要，系統(tǒng)設(shè)置溫濕度的波動范圍，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境處于設(shè)定范圍之外時，通過設(shè)備電源控制開關(guān)啟動空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的溫濕度處理，使設(shè)備處于良好環(huán)境之中。

4.2 信號傳輸子系統(tǒng)

信號傳輸子系統(tǒng)包括：傳輸控制設(shè)備;專用視頻、電源、控制線纜;驅(qū)動設(shè)備。

針對通訊界面，前端攝像機(jī)同綜合監(jiān)控主機(jī)之間采用圖像控制系統(tǒng)專用的75-5視頻線及2*1.0電源線，用于攝像機(jī)視頻信號的傳輸和供電，再加上CAT-5數(shù)據(jù)控制線連接云臺。各機(jī)房可實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像、數(shù)字信號的實(shí)時上傳，并可接受監(jiān)控中心下發(fā)的各種控制信號。

系統(tǒng)可配置GSM/GPRS、CDMA、電話等通信傳輸模塊，當(dāng)有相應(yīng)情況發(fā)生時，系統(tǒng)可自動聯(lián)動可用傳輸模塊功能，啟動電話、手機(jī)短信、電子郵件發(fā)送預(yù)置的信息。

4.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控軟件系統(tǒng)、圖像顯示設(shè)備、通訊設(shè)備和控制設(shè)備。系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)系結(jié)構(gòu)圖

在監(jiān)控中心配置通用PC機(jī)一臺，安裝遠(yuǎn)程控制軟件，作為監(jiān)控中心主控計(jì)算機(jī)，對下屬若干個無人值守機(jī)房進(jìn)行監(jiān)控、記錄。

可選配一臺數(shù)字中心服務(wù)器，將前端傳回的數(shù)字圖像信號逆向轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，輸出到多畫面大熒幕或電視墻上。領(lǐng)導(dǎo)或負(fù)責(zé)人在各自的辦公室，通過接入內(nèi)部局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)即可使用專用分控端軟件或IE瀏覽器對任一前端機(jī)房的現(xiàn)場情況進(jìn)行監(jiān)控。該系統(tǒng)可對所有前端機(jī)房/變電站的重點(diǎn)部位進(jìn)行24小時視頻監(jiān)控，并可以按照不同的方式對不同的前端設(shè)置錄像。

系統(tǒng)可連接大量報(bào)警設(shè)備，例如門磁、紅外、煙感、水浸等，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)能自動報(bào)警，上傳報(bào)警信息并聯(lián)動進(jìn)行數(shù)字錄像或聲光電報(bào)警。在系統(tǒng)中可以加入門禁界面，可以將門禁系統(tǒng)無縫接入，加強(qiáng)對機(jī)房進(jìn)出人員的管理。通過音視頻監(jiān)控使管理人員能夠隨時隨地看到設(shè)備和現(xiàn)場工作人員的工作情況，還可以與前端工作人員對話，加強(qiáng)管理的互動性。在系統(tǒng)中還可結(jié)合大量專業(yè)的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)及時反映空調(diào)系統(tǒng)、溫濕度等保障設(shè)備的數(shù)據(jù)。

客戶端通過瀏覽器方式登陸中心服務(wù)器訪問系統(tǒng)。客戶可以根據(jù)自己所具備的權(quán)限瀏覽網(wǎng)絡(luò)中所有的或部分實(shí)時圖像和環(huán)境數(shù)據(jù)?？梢耘c前端的工作人員進(jìn)行語音的交流。對于動力、環(huán)境、安保門禁的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)則以數(shù)字、曲線、柱狀圖或表格等形式表現(xiàn)。

該系統(tǒng)能對所有設(shè)備設(shè)置報(bào)警上下限，任何設(shè)備數(shù)據(jù)超出這個范圍，系統(tǒng)就能夠產(chǎn)生報(bào)警信息，并在一定范圍內(nèi)聯(lián)動設(shè)備，例如錄像、開關(guān)空調(diào)、自動斷電等。

系統(tǒng)的管理中心集中管理所有前端設(shè)備，并可將前端圖像上熒幕墻，同時，任意一臺網(wǎng)上的終端通過IE瀏覽器也可實(shí)時查詢、監(jiān)看前端情況。

5.結(jié)論

本文根據(jù)電力、水利等具有大量無人值守機(jī)房/變電站的用戶的遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控需求設(shè)計(jì)了“無人值守遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控系統(tǒng)”方案， 該系統(tǒng)通過在前端機(jī)房/變電站安裝攝像機(jī)、微音探頭、數(shù)字/模擬環(huán)境變量采集模塊、門禁、周界報(bào)警等高科技設(shè)備，其中的音視頻、環(huán)境變量數(shù)據(jù)、出入口控制等接入前端綜合監(jiān)控主機(jī)，音視頻、環(huán)境變量等資料實(shí)時數(shù)字化存儲記錄，同時，管理中心可管理所有前端綜合監(jiān)控主機(jī)，實(shí)時監(jiān)看前端的圖像、環(huán)境數(shù)據(jù)、門禁信息等，并對前端的所有突發(fā)情況做出高效、及時的處理動作。

通過加強(qiáng)計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像數(shù)字化技術(shù)和信息技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)用戶對前端無人或少人值守系統(tǒng)的綜合監(jiān)控、集中管理，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)對前端的圖像、環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、門禁、周界防范等進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理，大幅度提高了對前端監(jiān)控的實(shí)時性、有效性，降低了人員及管理成本。

作者簡介：楊清永（1974—），碩士，高級工程師，現(xiàn)供職于天津天地偉業(yè)數(shù)碼科技有限公司，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)多媒體。