視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大黑汀水電站的應(yīng)用

石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫管理處，河北　遷西　064300）

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大黑汀水電站的應(yīng)用

石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫管理處，河北遷西064300）

大黑汀水電站具有廠區(qū)分布較寬、運行設(shè)備較多等特點，在近年來電站運行人員逐年減少的情況下，如何更加有效地保障電站安全可靠地運行呢？在這樣的需求下，大黑汀水電站選擇視頻監(jiān)控系統(tǒng)來作為電站機組設(shè)備運行管理的補充手段，實現(xiàn)對水電站機組設(shè)備運行及廠站環(huán)境的全方位監(jiān)控管理。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)；大黑汀水電站；應(yīng)用

1　總體設(shè)計思路及功能要求

大黑汀水電站為水利部海委引灤工程管理局大黑汀水利樞紐工程的一部分，位于河北省遷西縣城北5km的灤河干流上，地處燕山山脈山區(qū)?？紤]到山區(qū)防雷以及水電站復(fù)雜運行環(huán)境的影響，為提高防雷能力和傳輸可靠性，大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了全光傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下進行搭建的設(shè)計思路，為高清（1080P）IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它以全光IP網(wǎng)絡(luò)，MPEG4/H.264壓縮技術(shù)、千兆網(wǎng)絡(luò)交換、流媒體等技術(shù)為核心，實現(xiàn)以下功能。

（1）可實現(xiàn)12路960P準(zhǔn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號及反向控制信號接入；（2）可實現(xiàn)12路視頻信號接入、回放和存儲；（3）可實現(xiàn)視頻信號壓縮編碼后的網(wǎng)絡(luò)接入功能；（4）可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻信號光傳輸；（5）實現(xiàn)12路視頻信號在監(jiān)控中心的遠程集中監(jiān)視，實現(xiàn)對大黑汀水電站重點建筑物、機電設(shè)備環(huán)境及運行情況的安全監(jiān)控功能；（6）監(jiān)視水輪機組及附屬設(shè)備運行狀態(tài)、異常情況，監(jiān)視低壓配電室及10kV高壓配電室儀器儀表運行狀態(tài)、異常情況，監(jiān)視升壓站、變壓器現(xiàn)場情況、異常情況及工況等。

2　視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1采用先進的視頻編碼技術(shù)

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機（Network Video Recorder，NVR），是以國際先進的MPEG4/H.264編碼技術(shù)為基礎(chǔ)對采集的視頻信號進行壓縮存儲。該編碼技術(shù)在本系統(tǒng)中可以針對運動物體（人、運轉(zhuǎn)的設(shè)備）的編碼分配較高的碼率，而對靜止的環(huán)境背景分配較少的碼率，這樣就保證了在有限的處理時間和資源的情況下壓縮視頻中被監(jiān)控目標(biāo)具有較高的清晰度。

2.2基于全光架構(gòu)的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸載體

大黑汀水電站12路視頻終端均為960P規(guī)格，其單路碼流帶寬約為4M左右，12路帶寬為48M左右。以100M以太網(wǎng)為例，在確保流暢的前提下，實際上同時只能承載24路左右的高清圖像，但如果同一視頻源有多個用戶訪問，占用的帶寬會更大，再考慮到以后擴充視頻終端數(shù)量，100M以太網(wǎng)無疑成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，換成千兆以太網(wǎng)可以承擔(dān)幾十路，對于大黑汀水電站這樣十幾路多用戶訪問的高清監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效解決。

同時，以光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)在山區(qū)水電站監(jiān)控系統(tǒng)中作為首先還體現(xiàn)在以下技術(shù)優(yōu)勢。

（1）大通信量，適用遠距離傳輸。光纖通信具有很寬的傳輸頻帶，理論上可以達到30億MHz，足可以保證數(shù)字高清信號的傳輸帶寬和質(zhì)量。傳統(tǒng)的同軸電纜及雙絞線根本無法與其比擬。所以在高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸中光傳輸架構(gòu)成了理想基礎(chǔ)技術(shù)。

使用雙絞線傳輸高清信號有效距離不過百米，傳統(tǒng)的同軸電纜傳輸有效距離也不過為幾百米；而用光纖可傳輸幾公里甚至幾十公里遠。對于降低高清信號通信成本、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別重要的意義。

（2）電站環(huán)境下適應(yīng)性強，抗電磁干擾，無串音干擾。水電站的環(huán)境復(fù)雜，其正常運行時的高電壓、大電流以及開關(guān)操作產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾等相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾也更嚴(yán)重和復(fù)雜，同軸電纜及雙絞線作為高清視頻傳輸媒介在水電站復(fù)雜的電磁環(huán)境中無法保證圖像的傳輸質(zhì)量。由于光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化干擾，不受電磁場和電磁輻射的影響，且在光纜內(nèi)多光纖也無串音干擾，提供了比銅線更清晰的信號。

（3）便于施工維護，可擴展性強。光纖具有抗張強度好，質(zhì)量小的特點，而且比較小巧，所以光纜能最大限度地擴大配線管道的使用率，并且能夠盡可能地減少安裝問題。通過以下的數(shù)字可以分析出光纖的優(yōu)勢，1 000根1km長的雙絞線重達8 000kg，而容量更大的1km長的兩根光纖的重量只有100kg重，這就極大減少了必須維護的昂貴機械支撐系統(tǒng)的需要，所以光纖要勝過銅線。

以光纖為傳輸介質(zhì)的系統(tǒng)擴展能力很強，由于光纖的通頻帶很寬，且抗化學(xué)腐蝕，使用壽命長。投資一次形成物理鏈路后，即可在原有鏈路的基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)升級和擴容，只需更換設(shè)備部分，而不必更換原有的光纖網(wǎng)絡(luò)，大大地節(jié)約系統(tǒng)的升級成本。

2.3基于TCP/IP分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)即采用了基于TCP/IP分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)，可以讓數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進行分發(fā)、交換、復(fù)用，用戶能隨時隨地進行監(jiān)控、管理，并且可以讓監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)無縫對接。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在大黑汀水電站局域網(wǎng)范圍內(nèi)能夠使多個用戶共用一套中心控制平臺，并通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻監(jiān)控及視頻圖像的控制、錄像、存儲、回放以及相關(guān)的應(yīng)用管理。同時還引入了許多新的數(shù)字化技術(shù)成果（如圖像識別技術(shù)），彌補了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足，提供了增值業(yè)務(wù)能力，擴展了功能和范圍，提高了系統(tǒng)的性能和智能化。

圖1　大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.4基于先進的視頻服務(wù)及控制軟件

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了海康威視公司的主流監(jiān)控設(shè)備及iVMS-4200網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件系統(tǒng)。iVMS-4200適用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機、混合型網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機、網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備（CVR）、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、NVR，IP Camera，IP Dome，PCNVR和解碼設(shè)備、云服務(wù)設(shè)備，支持實時預(yù)覽、遠程配置設(shè)備參數(shù)、錄像存儲、遠程回放和下載、報警信息接收和聯(lián)動、電視墻解碼控制、電子地圖、日志查詢等多種功能。

iVMS-4200特別針對大黑汀水電站這類小型系統(tǒng)，還可以將多個組件安裝在同一PC上，進行高度集成；同時能夠?qū)崿F(xiàn)超級管理員，管理員和操作員三級用戶權(quán)限管理和多達50個用戶的賬戶管理，并充分滿足各個系統(tǒng)的權(quán)限管理。

3　應(yīng)用效果

大黑汀水電站全光傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)布放如圖2所示。

供電方案采取就近集中供電原則：升壓站2個監(jiān)控點、渠首電站6個監(jiān)控點取自渠首電站220V直流經(jīng)電力逆變器逆變后集中供電；河床電站4個監(jiān)控點取自河床電站220V直流經(jīng)電力逆變器逆變后集中供電。

視頻監(jiān)控中控室設(shè)在渠首電站中控室，并在交接班值班室與渠首電站中控室各設(shè)一個監(jiān)控工作站。

在實際運行過程中，大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，易于操作，監(jiān)控點布置合理，影像清晰；通過遠程視頻監(jiān)控客戶端軟件，主管領(lǐng)導(dǎo)及運行管理人員可以及時、準(zhǔn)確地獲取現(xiàn)場情況，體現(xiàn)了以人為本的運行管理理念，實現(xiàn)了工作人員在遠離惡劣現(xiàn)場環(huán)境下（如雷雨、冰雹、風(fēng)暴等）實現(xiàn)對電站設(shè)備及附屬設(shè)施現(xiàn)場進行不間斷巡視監(jiān)控；實現(xiàn)了遠端無人或少人值守的目的，起到了減員增效的作用，同時對大黑汀水庫管理處東渠首小水電的無人值守方案設(shè)計起到了借鑒作用。

圖2　大黑汀水電站全光傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)布放

4　結(jié)語

由于各個水電站對視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求的不同，以上只是針對大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)作了一個簡單的解析，不妥之處敬請讀者批評指正，希望此文能夠在技術(shù)方面為其他水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)起到一定的借鑒作用。

［1］西剎子.智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實踐［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［2］周迪.玩轉(zhuǎn)IP看監(jiān)控［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2015.

Application of video monitoring system

Shi Mingzhong
（Daheiting Reservoir Management Offce of Luanhe Ministry of Water Conservancy， Qianxi 064300， China）

Daheiting hydropower station has the features of wide distribution， more operation of the equipment and so on， in the station of operating personnel in recent years is decreasing year by year， how to ensure the safe and reliable operation of the power station more effectively？ In such demand，Daheiting hydropower station's using video surveillance system as a supplementary means of operation and management of power plant equipment to achieve all-round monitoring of hydropower station's equipment operation management and plant environment is a good choice.

video monitoring system； Daheiting hydropower station； application

石明忠（1979— ），男，河北承德，工程師；研究方向：水利信息工程管理。