分布式輸電線路在線監(jiān)測視頻管控平臺架構研究

程偉華++袁杰++潘留興

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.09.008

摘 要： 結合輸電線路在線監(jiān)測的業(yè)務功能需求，提出了一種新的基于網(wǎng)絡級聯(lián)的分布式視頻管控平臺模型，創(chuàng)新性的引入兩層級聯(lián)管控體系。低層面向普通視頻管控應用用戶，提供基本管理功能；高層面向公司決策人員，提供數(shù)據(jù)多維分析和挖掘功能。該系統(tǒng)能夠充分利用網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)資源，提高監(jiān)控和管理能力，并實現(xiàn)統(tǒng)一的管理和控制，為更高效地實現(xiàn)遠程綜合監(jiān)控與分析提供了技術保障。文章著重研究了系統(tǒng)的架構設計。

關鍵詞： 網(wǎng)絡級聯(lián)； 視頻管控平臺； 輸電線路在線監(jiān)測； 分布式

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）09-29-04

0 引言

隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，針對設備現(xiàn)場的視頻監(jiān)控技術的發(fā)展和應用十分迅速。現(xiàn)在的綜合視頻在線監(jiān)測平臺已越來越多的將視頻監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)等多方面的數(shù)據(jù)納入監(jiān)控范圍，這對監(jiān)測平臺提出了更高要求，不僅限于對設備和現(xiàn)場的監(jiān)視和控制，還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結合起來，建立一套全集成的、開放的、綜合自動化的信息平臺。輸電線路視頻在線監(jiān)測技術可通過無線網(wǎng)絡傳輸方式實現(xiàn)線路設備狀況的遠距離全天候監(jiān)控，運行人員在監(jiān)控中心就能觀察到線路監(jiān)控點的圖像和實時視頻，為可能的故障預處理提供依據(jù)，確保路線設備的安全運行。國網(wǎng)為此專門出臺了《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》、《輸電線路在線監(jiān)測裝置通用技術規(guī)范》等相關標準，以指導輸電線路在線監(jiān)測和視頻監(jiān)控的實施工作。

本文結合輸電線路在線監(jiān)測的業(yè)務功能需求，創(chuàng)新性的提出了一種新的級聯(lián)視頻管控平臺模型，能面向不同層次的用戶提供多粒度的服務。針對普通基層管理人員，提供視頻監(jiān)控功能和基本的數(shù)據(jù)分析功能；針對高層管理人員，提供多維數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘功能，輔助其進行決策。與其他視頻管控平臺不同之處在于，本平臺級聯(lián)的目的是宏觀數(shù)據(jù)分析，而不是構造容量更大的普通視頻監(jiān)控平臺。同時，針對輸電線路設備分布較廣且分散的實際情況，本系統(tǒng)提出了采用分布式管理的模式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)與設備共享，具有通信能力強，靈活性好，性價比高等特點。

1 在線監(jiān)測視頻管控平臺概述

本文根據(jù)輸電線路現(xiàn)存的問題，結合在線監(jiān)測業(yè)務的功能需求，有針對性的提出了相應的改進方法，在體系設計層面、功能設置層面和技術應用層面均有所體現(xiàn)。本文提出的分布式架構能夠實時的監(jiān)控輸電線路的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理輸電線路的異常和事故，快速地傳輸和處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)不同的用戶群提供不同的數(shù)據(jù)管理功能。

1.1 視頻管控平臺的分布式架構部署

輸電線路由于處于不同的環(huán)境中，易受外部環(huán)境，如地理和氣候的影響，這是引起電網(wǎng)出現(xiàn)故障的主要原因之一。為了及時發(fā)現(xiàn)和了解設備故障，使用在線視頻管控平臺對輸電路線設備進行全天候觀察十分重要。由于輸電線路設備數(shù)量多且分布范圍廣，視頻管控平臺所需記錄和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量龐大。為了加快數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的速度，文中創(chuàng)新性地提出了一種分布式視頻管控平臺模型。系統(tǒng)采用兩層部署，分別為基層主站和中心主站?；鶎又髡静渴鹪诘厥屑壏止荆溄铀袛z像頭，管理視頻所采集的數(shù)據(jù)，對本地資源進行管理，向用戶和中心主站傳輸數(shù)據(jù)。中心主站接收基層主站傳送的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行分析、處理，將數(shù)據(jù)的處理結果轉化為圖像、表格等簡潔可視化的形式提供給電網(wǎng)企業(yè)相關用戶供其參考決策。

1.2 視頻管控平臺的兩層聯(lián)級管控功能配置

針對電網(wǎng)企業(yè)不同的用戶群，為方便各職人員獲取和管理數(shù)據(jù)，將用戶分為兩大類，一是基層普通用戶，二是高層決策用戶。向普通用戶提供基本的數(shù)據(jù)管理和查看功能，主要有通導設備維護、系統(tǒng)維護、通道視頻查看、外破報警記錄維護、事件維護等；而向高層決策用戶提供數(shù)據(jù)的多維分析、關聯(lián)挖掘、分類和聚類、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能，主要有報表統(tǒng)計、外破規(guī)律挖掘、應用配置管理等。同時，專門設計了聯(lián)級分析處理系統(tǒng)，為決策和管理人員提供了決策支持。聯(lián)級分析處理系統(tǒng)可以根據(jù)分析人員的要求進行大數(shù)據(jù)的復雜查詢處理，將數(shù)據(jù)的價值利用到最高，并以直觀可視化的形式將結果提供給決策人員，方便他們掌握企業(yè)的經(jīng)營狀況，制定合理的方案及對策。

本文提出的在線監(jiān)控視頻管控平臺利用了先進的視頻技術、網(wǎng)絡傳輸技術、數(shù)據(jù)挖掘技術和網(wǎng)絡安全技術，實現(xiàn)了輸電線路的全方位管控，提高了對輸電線路的監(jiān)測、分析、處理以及控制能力。一方面使得電網(wǎng)運行管理人員掌握大部分路線危險點的運行情況；另一方面為決策管理者提供實時有效的數(shù)據(jù)，這對預防突發(fā)事故、改善決策處理方案具有重要意義。

2 視頻管控平臺主站的體系設計

2.1 總體功能架構設計

系統(tǒng)采用分布式交構部署，根據(jù)實際需要采用兩層部署[1]。主站分為基層主站和中心主站?；鶎又髡静渴鹪诘厥屑壏止?，連接該地市所有攝像頭；而中心主站部署在總公司，它連接所有基層主站[2]。基層主站主要功能是對前端和本地所有資源進行管理，為用戶提供服務以及為中心主站提供數(shù)據(jù)[3]；而中心主站則對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，并以可視化的形式提供給決策管理人員，圖1是基層主站的總體架構圖。

在基層主站中，主站分為適配層和服務層兩個子層。適配層的數(shù)據(jù)收發(fā)接口可以向前端桿塔設備發(fā)送命令，也可以從前端接收數(shù)據(jù)[4]。數(shù)據(jù)解析與轉換模塊用于對收到的數(shù)據(jù)進行解析并轉換成內(nèi)部標準格式，轉換后數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)分發(fā)模塊進行分發(fā)[5]。服務層包括屬于中心服務的設備管理、系統(tǒng)管理、事件管理和統(tǒng)一服務管理以及存儲和流媒體服務。主站為上層應用提供服務。

中心主站分層結構與基層主站類似，但其中所含模塊不同。適配層進行數(shù)據(jù)接收和轉發(fā)，后臺服務包括應用服務、數(shù)據(jù)轉換、裝載服務、數(shù)據(jù)倉庫引擎以及數(shù)據(jù)挖掘引擎。服務上層是應用層。

2.2 視頻主站功能模塊

2.2.1 基層主站功能說明

視頻主站是網(wǎng)絡級聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)中的核心部分。它與客戶端、前端都有很多交互，來完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的任務[6]?；鶎又髡緩墓δ軇澐稚嫌蓱霉δ?、服務功能和適配功能三部分組成。具體功能架構如圖2所示。

適配功能用于使用各種接口和前端設備進行交互，包括對前端設備進行操作或從前端設備獲取數(shù)據(jù)，另外還包括數(shù)據(jù)解析、轉換和分發(fā)。和設備的交互具體包括設備注冊、心跳偵測、前端資源上報、前端資源獲取、報警信息主動問詢、報警信息主動問詢、報警信息被動接收、視頻調(diào)閱、云鏡控制等。

服務功能包括事件管理、系統(tǒng)管理、設備管理、統(tǒng)一服務管理、流媒體服務單元和存儲服務單元等功能模塊。

應用功能體現(xiàn)在客戶端用戶界面，用于實現(xiàn)業(yè)務瀏覽、視頻查看與控制、報警管理、應用配置以及統(tǒng)計分析等功能[7]。

2.2.2 中心主站功能

中心主站主要偏向數(shù)據(jù)倉庫管理，對積累的大量歷史報警記錄進行多維分析，如上卷、下鉆等。功能劃分有數(shù)據(jù)應用功能、服務功能和適配器功能，如圖3所示。

數(shù)據(jù)應用功能體現(xiàn)在客戶端用戶界面，用于實現(xiàn)報表統(tǒng)計，外破規(guī)律挖掘，應用配置管理等功能。

中心服務功是連接客戶端應用請求和數(shù)據(jù)倉庫引擎的樞紐，將下級主站送來的報警記錄轉換成數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)模型要求的數(shù)據(jù)格式，轉換后的數(shù)據(jù)裝載/保存到數(shù)據(jù)倉庫模型中，接著對數(shù)據(jù)倉庫模型進行多維度分析，使用分類、聚類、關聯(lián)關系挖掘等方法對數(shù)據(jù)進行處理。

適配器端口偵聽下級主站，接收下級主站上傳的報警信息，然后將數(shù)據(jù)轉發(fā)給數(shù)據(jù)轉換服務。各級用戶人機界面向應用服務器發(fā)起鏈接請求，根據(jù)用戶請求的內(nèi)容和要求分發(fā)指令，對數(shù)據(jù)進行分析或對系統(tǒng)進行管理。

2.3 主站技術架構

2.3.1 基層主站技術架構

從技術架構來分，整個系統(tǒng)結構分為三個部分，即感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖4所示。

感知層實時監(jiān)控視頻、現(xiàn)場告警圖片、告警信息以及前端設備各類信息等，使用信息采集中間件技術協(xié)同處理，使用數(shù)據(jù)傳輸技術傳送到后端中心主站服務器。

網(wǎng)絡層主要使用運營商3G/4G APN技術對采集的數(shù)據(jù)進行封裝傳輸，安全性和傳輸網(wǎng)絡信號由運營商保證[8]。

應用層由兩個部分組成，應用支撐層用來接收、處理各個應用的請求，應用服務器協(xié)同這些信號請求、流媒體服務器、存儲服務器、管理服務器、轉發(fā)服務器，完成各項功能。

采集的數(shù)據(jù)可應用于各種場合，如實時線路巡檢、歷史告警記錄查詢、歸并于綜合管控平臺，結合其他系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析等等[9]。

2.3.2 中心主站技術架構

從技術架構來分，整個系統(tǒng)結構分為兩個部分，即網(wǎng)絡層和應用層。

系統(tǒng)網(wǎng)絡層主要使用運營商4G移動通訊技術或光纖對采集的數(shù)據(jù)進行封裝傳輸，無線傳輸時安全性和傳輸網(wǎng)絡信號由運營商保證。

應用層由兩個部分組成，應用支撐層用來接收、處理各個應用的請求，應用服務器協(xié)同這些信號請求，完成各項功能。而數(shù)據(jù)倉庫服務器用于對下級主站來的數(shù)據(jù)進行轉換、裝載和多維數(shù)據(jù)分析。

2.4 主站OLAP模型架構

主站OLAP架構模型如圖5所示，報警記錄作為事實表，包括設施信息、報警類型、報警時間信息以及報警次數(shù)信息，分別對應設施維表，報警類型維表和報警時間維表等。設施維表中包括線路，桿塔名，電壓等級等；位置維表包括的縣區(qū)、地市和省信息；時間維表包括時間、年、季度、月、周中日、日等不同層次粒度的時間信息。

用戶可以對報警數(shù)據(jù)在時間維、類型維、設施維、位置維等四個維度上進行上卷、下鉆、切片和切塊，從而從各個不同的角度和粒度對數(shù)據(jù)進行全方位分析，使數(shù)據(jù)的價值達到最大化。

3 結束語

本文提出了級聯(lián)輸電線路在線監(jiān)測視頻監(jiān)控平臺的技術架構和部署方案，使得監(jiān)測人員能迅速發(fā)現(xiàn)輸電線路的故障隱患，提高了巡檢效率，保障輸電路線安全。本系統(tǒng)的基層主站在錦蘇線輸電線路在線監(jiān)測中得到應用和驗證，中心主站也正在建設之中。應用表明，本系統(tǒng)適應性強，整個在線監(jiān)測視頻管控平臺更具有適用性和魯棒性，廣泛適用于各種輸電線路的視頻在線監(jiān)測場合。

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