變電站監(jiān)控影像遠(yuǎn)程無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)

（新疆天富熱電客戶服務(wù)中心，石河子市，832000） 田玲莉

1 現(xiàn)狀與背景

當(dāng)前的信息化時(shí)代，是一個(gè)構(gòu)筑在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的時(shí)代，基于網(wǎng)絡(luò)的各種新應(yīng)用也迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻需占用較大帶寬，以前由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，應(yīng)用不多，現(xiàn)在由于高帶寬的迅速普及，網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用已逐漸普遍?；诰W(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各種視頻通訊應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控也應(yīng)運(yùn)而生。

變電站現(xiàn)在一般都有“三遙”系統(tǒng)，可以在此基礎(chǔ)上增加遙視系統(tǒng)，將變電站的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由變電站前端的設(shè)備、服務(wù)器采集編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收編碼后的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),進(jìn)行監(jiān)控、存儲(chǔ)、管理。電力遙視系統(tǒng)的實(shí)施為實(shí)現(xiàn)變電站、所的無(wú)人值守，從而為推動(dòng)電力網(wǎng)的管理逐步向自動(dòng)化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。

監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代交通運(yùn)輸、環(huán)保監(jiān)測(cè)、現(xiàn)代國(guó)防等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一。目前在視頻影像監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域，有線方式的監(jiān)視系統(tǒng)較為普遍，而在數(shù)據(jù)不易采集的場(chǎng)合，例如變電站，有線監(jiān)視方式受到了固有物理布線的限制而顯得無(wú)能為力，但無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)視方式則沒有這種限制。

視頻影像無(wú)線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)就是結(jié)合了這幾種技術(shù)而產(chǎn)生的，它基于嵌入式系統(tǒng)，融合了無(wú)線通訊與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此它同時(shí)具有這些技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。首先，作為嵌入式系統(tǒng)，它具有體積小、成本低、功能強(qiáng)、架設(shè)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。其次，采用寬帶無(wú)線通信技術(shù)，可以實(shí)施遠(yuǎn)程無(wú)線視頻影像傳輸，非常適合變電站和變電所的需求。最后，使用基于TCP/IP的Internet技術(shù)，移動(dòng)終端如筆記本手機(jī)可以連接，獨(dú)立完成變電站運(yùn)行狀況的錄像、抓拍等任務(wù)。

2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

體積尺寸：200mm×150mm×50mm（設(shè)計(jì)值，包括天線）；

傳輸距離：10km（可視距離，加中繼可達(dá)更遠(yuǎn)距離）；

傳輸方向：在有較大障礙時(shí)，可加便攜式中斷器，實(shí)現(xiàn)任意方向的影像傳輸；

傳輸速率：11Mbps/54Mbps；

頻率：2.4G；

即插即用，無(wú)需驅(qū)動(dòng)；

隱藏SSID；

支持POE；

支持MAC地址過(guò)濾；

支持音視頻硬件編碼、壓縮；

支持基于Web的管理；

支持遠(yuǎn)程攝像機(jī)云臺(tái)控制；

電源：DC12V(蓄電池)/交流220V/110V變換器。

3 系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)建立在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之上，采用Client/Server工作模式，主要由視頻影像監(jiān)控端、彩色攝像機(jī)、一體化天線網(wǎng)橋、監(jiān)控終端（客戶端）等小型便攜式設(shè)備組成。

實(shí)時(shí)視頻影像監(jiān)控前端首先將攝像機(jī)采集的信息通過(guò)硬件編碼模塊進(jìn)行處理，然后通過(guò)一體化天線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送，將信息傳送至與監(jiān)控終端（客戶端）相連的一體化天線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，然后傳送至監(jiān)控終端，這樣用戶便可以通過(guò)系統(tǒng)軟件觀看實(shí)時(shí)的監(jiān)控畫面。

前端監(jiān)控模塊作為整個(gè)系統(tǒng)Client/Server工作模式的Server端，具有唯一的一個(gè)IP地址和一個(gè)唯一的MAC地址，監(jiān)控端（客戶端）通過(guò)IP地址或者M(jìn)AC地址來(lái)訪問(wèn)某個(gè)特定的攝像頭。由攝像頭來(lái)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，處理監(jiān)控端（客戶端）的請(qǐng)求，并進(jìn)行傳輸控制，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控端（客戶端）/大屏幕。

監(jiān)控端（客戶端）須安裝專用的客戶端程序軟件。這個(gè)專用的客戶端程序軟件負(fù)責(zé)向攝像頭發(fā)送圖像傳輸請(qǐng)求，攝像頭響應(yīng)后發(fā)送實(shí)時(shí)采集的圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)控端（客戶端）再進(jìn)行接收，然后進(jìn)行解碼，顯示在屏幕上，至此就可以觀看到連續(xù)的視頻圖像。也可以將傳輸過(guò)來(lái)的圖像數(shù)據(jù)保存在硬盤上，以備查看，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架示意圖

在監(jiān)控中心主要有客戶端控制機(jī)，視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，服務(wù)器，交換機(jī)，收發(fā)模塊，投影儀，大屏幕等設(shè)備。收發(fā)模塊主要是進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)的接受，以及命令的發(fā)送；音視頻數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)發(fā)送給客戶端控制機(jī)（PC機(jī)），有客戶處理，客戶可以把數(shù)據(jù)保存到大容量存儲(chǔ)器上，供以后查看。服務(wù)器主要是進(jìn)行重要數(shù)據(jù)的備份，以及對(duì)整個(gè)視頻傳輸系統(tǒng)進(jìn)行管理。

4 監(jiān)控前端硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的主體部分-前端監(jiān)控模塊主要由系統(tǒng)板、USB接口的攝像頭以及硬件壓縮模塊等組成，如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)板上的資源主要有RS232串口通訊接口，以太網(wǎng)控制器，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，SDRAM，硬件壓縮模塊等。系統(tǒng)板中CPU采用ARM9處理器，此類處理器使用ARM920T核，內(nèi)部帶有全性能的MMU(內(nèi)存處理單元)，它適用于設(shè)計(jì)移動(dòng)設(shè)備類產(chǎn)品，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性。

無(wú)線模塊的主要功能是發(fā)送實(shí)時(shí)音視頻數(shù)據(jù)，并且接收客戶端發(fā)來(lái)的命令信息。無(wú)線模塊的主要特點(diǎn)有：

1）2.4G公共頻段工作，無(wú)需申請(qǐng)頻點(diǎn)；

2）高抗干擾能力和低誤碼率,CRC校驗(yàn)；

基于FSK的調(diào)制方式，采用高效通信協(xié)議，在信道誤碼率為10-2時(shí)，可得到實(shí)際誤碼率10-5～10-6；

3）完善的通訊協(xié)議,應(yīng)用方便；

4）多信道，多速率；

5）標(biāo)準(zhǔn)串口UART接口方式；

6）低功耗及休眠功能；

7）高可靠性，體積小、重量輕；

采用單片射頻集成電路及高性能單片處理器,外圍電路少，可靠性高，故障率低；

8）看門狗實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

監(jiān)控模塊軟件由操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩部分組成，如圖3所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用Linux作為操作系統(tǒng)，內(nèi)核中包括USB HOST接口驅(qū)動(dòng)、USB攝像頭驅(qū)動(dòng)、硬件件編碼模塊驅(qū)動(dòng)和網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序等模塊，另外內(nèi)核也包括了用于通訊的TCP/IP協(xié)議和無(wú)線通訊協(xié)議。

應(yīng)用程序是建立在操作系統(tǒng)之上的，是系統(tǒng)中的主要部分，由它來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻影像采集和傳輸?shù)墓δ堋?/p>

另外，系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Web服務(wù)器，該服務(wù)器功能強(qiáng)大，且代碼簡(jiǎn)單、速度快，很適合在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。該WEB服務(wù)器的主要功能包括：

1）WEB服務(wù)器在系統(tǒng)boot時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

2）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)MJPEG數(shù)據(jù)流的定位；

3）多路MJPEG的切換與播放；

4）客戶端連接的簡(jiǎn)單管理（帳戶管理、連接記錄）；

5）對(duì)系統(tǒng)板的參數(shù)設(shè)置；

6）對(duì)視頻圖像的調(diào)節(jié)控制。

WEB服務(wù)端是產(chǎn)品運(yùn)行的可視化界面，最終它將實(shí)現(xiàn)通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)監(jiān)控服務(wù)器的全面配置和管理，這包括監(jiān)控內(nèi)容的上傳、EMail預(yù)警等。

系統(tǒng)的客戶機(jī)軟件對(duì)客戶端PC機(jī)沒有嚴(yán)格的要求，安裝起來(lái)方便快捷。監(jiān)控端（客戶端）主要的功能就是接收攝像頭發(fā)來(lái)的音頻和影像數(shù)據(jù)，并且在顯示器上顯示這些數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)投影儀觀看。同時(shí)，也可以根據(jù)需要對(duì)視頻圖像進(jìn)行本地保存、抓圖等功能。在客戶端有以下幾種應(yīng)用軟件：

基于IE監(jiān)控的軟件：

通過(guò)IE瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器時(shí),需要使用我們提供的動(dòng)態(tài)IP服務(wù)。使用IE訪問(wèn)視頻服務(wù)器時(shí)，視頻功能較少，其主要功能還是提供一個(gè)配置視頻監(jiān)控前端的可視化界面，如需要強(qiáng)大的監(jiān)控功能，需要安裝客戶端監(jiān)控軟件。

客戶端監(jiān)控軟件:

客戶通過(guò)單機(jī)版客戶端除了能夠完成IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)的功能以外，客戶端軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)許多IE瀏覽器不能實(shí)現(xiàn)的功能。

客戶端監(jiān)控軟件的功能很強(qiáng)大，有以下幾方面：

1）多畫面監(jiān)視

多種畫面分割模式，可以通過(guò)簡(jiǎn)單操作實(shí)現(xiàn)放大、還原、全屏、圖像交換等操作，可以通過(guò)拖放攝像機(jī)圖標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同攝像機(jī)圖像的監(jiān)視，簡(jiǎn)單易用，并且可以拍照、設(shè)置圖像循環(huán)播放等。

2）錄像和回放

監(jiān)控軟件可以在不播放的情況進(jìn)行錄像，極大的節(jié)省了CPU資源。為增強(qiáng)錄像的靈活性，軟件同時(shí)提供了多種錄像方式，自動(dòng)錄像、手動(dòng)錄像、單個(gè)錄像等。

自動(dòng)錄像是指在軟件中設(shè)置服務(wù)器的錄像時(shí)間段，當(dāng)客戶端軟件所運(yùn)行的電腦系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)入設(shè)定的時(shí)間段后自動(dòng)把這一時(shí)間段的圖像記錄下來(lái)。使用手動(dòng)錄像方式時(shí)，只能通過(guò)人為地去控制才能起作用，即用戶設(shè)定某一通到為手動(dòng)錄像機(jī)那么只有用戶去停止它，它才會(huì)停止錄像。單個(gè)錄像確是可以單獨(dú)保存需要錄像的某一窗口。

3）斷電后自動(dòng)連接功能

當(dāng)軟件處在播放或者錄像狀態(tài)時(shí)，如果此時(shí)視頻服務(wù)器停止供電，那么軟件將停止播放圖像同時(shí)也停止錄像，但是如果視頻服務(wù)器正常供電后，軟件將自動(dòng)連接服務(wù)器，同時(shí)恢復(fù)原來(lái)的播放及錄像，無(wú)須人工干預(yù)。

6 效益分析

通過(guò)本文的無(wú)線遠(yuǎn)程變電站變電所視頻監(jiān)控?fù)?jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行狀況的錄像，截圖，及時(shí)報(bào)告異常等功能，對(duì)加強(qiáng)變電站精細(xì)化管理，保證人力資源的合理調(diào)配，對(duì)提高供電部門的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益發(fā)揮有效的作用。