變電站同軸電纜高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

李瑞德　彭志榮　鐘艷珠　張?zhí)煲摇刂纠ぁ「邍A

摘要：實現(xiàn)舊有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站，找到低成本、快速部署、符合現(xiàn)有電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)情況的高清升級改造技術(shù)方案，實現(xiàn)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理。文章基于成熟化的同軸電纜傳輸高清視頻技術(shù)，利用系統(tǒng)原有線纜，只需更換前后端設(shè)備即可實現(xiàn)圖像視頻的高清化、系統(tǒng)智能化、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化。

關(guān)鍵詞：變電站；同軸電纜；高清化；視頻監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)使用率 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM72 文章編號：1009-2374（2017）11-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.016

1 背景技術(shù)

江門供電局變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站已經(jīng)建設(shè)完成6年，該主站按照南方電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，后續(xù)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)都需要按照南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，但是該局原有建設(shè)的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中大部分還不具備接入基于南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站能力。主要原因是原有的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)時間早，采用模擬視頻技術(shù)，同軸電纜傳輸（主要采用：SYV75-3或SYV75-5同軸電纜）；舊有的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備很多已經(jīng)出現(xiàn)故障，需要維修更換，安裝舊有設(shè)備的情況維修更換還是無法接入新的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，原有系統(tǒng)建設(shè)前端攝像機(jī)大部分采用CIF、D1清晰度建設(shè)，隨著視頻監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，高清化、智能化已經(jīng)成為趨勢，按照南網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)改造變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要的周期會很長，并且建設(shè)成本高。本發(fā)明是在基于同軸電纜傳輸?shù)母咔逡曨l技術(shù)上開發(fā)一個裝置，實現(xiàn)舊有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站，找到低成本、快速部署、符合現(xiàn)有電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)情況的高清升級改造技術(shù)方案，實現(xiàn)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一管理，為更好地服務(wù)于南方電網(wǎng)。本次發(fā)明基于成熟化的同軸電纜傳輸高清視頻技術(shù)，利用系統(tǒng)原有線纜，不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只需更換前后端設(shè)備即可實現(xiàn)圖像視頻的高清化、系統(tǒng)智能化、系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

通過接入同軸電纜傳輸高清視頻技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)用已有模擬系統(tǒng)同軸電纜的，在不改變原有同軸電纜線路以及監(jiān)控點位數(shù)量的情況下，可以將系統(tǒng)從標(biāo)清升級為高清，將原有系統(tǒng)中的攝像機(jī)的清晰度由原來的CIF、D1提升至1080P，具有“超距高清、便捷部署、低成本”等特點。前端攝像機(jī)更換為同軸高清攝像機(jī)，通過同軸電纜將視音頻信號和控制信號，匯聚到編碼存儲設(shè)備；舊有的編碼存儲設(shè)備，需要替換為同軸高清硬盤錄像機(jī)；距離大于500m的前端點位，一般會使用光纖進(jìn)行傳輸，因此線路上可以復(fù)用原有的光纖傳輸鏈路，只需將光端機(jī)替換為同軸高清光端機(jī)，即可實現(xiàn)監(jiān)控信號的傳輸；距離小于500m的監(jiān)控點位，使用原有的同軸電纜即可實現(xiàn)監(jiān)控信號的傳輸；由于同軸高清技術(shù)可以實現(xiàn)信號的復(fù)合傳輸，包括視頻信息、音頻信號、報警信號、控制信號，因此音頻、報警等信號可以直接接入到前端攝像機(jī)上而不需要單獨拉線纜進(jìn)行傳輸，降低了成本和施工復(fù)雜度。同軸高清技術(shù)具有視頻信號無損、信號傳輸無延時、多種信號共纜傳輸（包括視頻、音頻、報警、控制）等特點，利用以上特點可以在系統(tǒng)升級改造時實現(xiàn)對原有系統(tǒng)優(yōu)化，比如：原有系統(tǒng)中某個攝像機(jī)采用固定攝像機(jī)，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足使用需求，需要更換為云臺攝像機(jī)，現(xiàn)場還需增加報警設(shè)備、音頻數(shù)據(jù)，原有系統(tǒng)需要新敷設(shè)控制線、報警信號線、音頻線各一條，將原有固定攝像機(jī)更換為云臺攝像機(jī)，增加報警設(shè)備、音頻采集設(shè)備，同軸高清技術(shù)無需以上線纜，只需更換前端攝像機(jī)，增加報警設(shè)備、音頻采集設(shè)備，利用原有同軸電纜即可將所有信號上傳、攝像機(jī)控制等，并且攝像機(jī)可以升級成為高清1080P視頻。通過對后端同軸高清硬盤錄像機(jī)的上傳信號進(jìn)行重新編碼，使之信號符合南方電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控協(xié)議規(guī)定要求，使得原有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以上傳至主站，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一控制等，改變原有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)獨立運行的問題，提高系統(tǒng)使用率。系統(tǒng)連接圖如圖2所示：

3 項目采用的技術(shù)原理

第一，基于南方電網(wǎng)變電站及視頻監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)一個具有三種類型信號（模擬、同軸高清、網(wǎng)絡(luò)）前端攝像機(jī)接入的后端控制主機(jī)，使得該設(shè)備具有較好的通用性、擴(kuò)展性、延續(xù)性。

第二，高清同軸攝像機(jī)在調(diào)制方面采用基帶調(diào)制與正交調(diào)幅調(diào)制技術(shù)，將視頻調(diào)制為模擬電信號再進(jìn)行傳輸，即高清復(fù)合視頻接口。該技術(shù)避免CVBS的色度串?dāng)_現(xiàn)象，將亮度和色度信號進(jìn)行徹底分離，進(jìn)一步提升畫面品質(zhì)。

第三，高清同軸攝像機(jī)實現(xiàn)多信號共纜傳輸，在消隱區(qū)中同時嵌入了音頻信號與雙向數(shù)據(jù)通信信號。音頻信號復(fù)合于行消隱中，以增加與視頻信號的同步性，并通過自動補(bǔ)償技術(shù)，最高支持44.1kHz采樣率。正向和反向數(shù)據(jù)信道復(fù)合于幀消隱中，通過雙向傳輸控制信號，實現(xiàn)接收端和發(fā)送端之間傳輸信息，支持如相機(jī)變焦、云臺轉(zhuǎn)動、實時報警等控制命令。其中正向發(fā)送數(shù)據(jù)由于發(fā)送時刻和電信號波特率可預(yù)測，且接收端具備高性能的自動補(bǔ)償技術(shù)，可以支持較高的傳輸波特率。而反向發(fā)送數(shù)據(jù)由于存在阻抗匹配和信道傳輸不確定性的影響因素，信號頻率較低且每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量有限，因此支持的波特率較低。當(dāng)然，反向信道也采用了自動補(bǔ)償技術(shù)，對電信號的遠(yuǎn)距離傳輸信號進(jìn)行一定的恢復(fù)。

第四，圖像的品質(zhì)、記錄的保存、系統(tǒng)的安全性是數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)三大要素，在記錄保存方面使用了硬盤錄像技術(shù)，具有以下特點：（1）多路實時性：系統(tǒng)用實時并行處理技術(shù)，每路信號均可獨立操作互不干擾；（2）長時間錄像存儲：在保證圖像清晰度和實時性的前提出下，提高了錄像效率，支持長時錄像；（3）智能錄像管理：可按時間等設(shè)置參數(shù)對錄像進(jìn)行管理；（4）精細(xì)查詢、回放功能：用戶可根據(jù)攝像槍編號、時間段、事件等條件準(zhǔn)確快速查找到所需要的錄像文件并回放?；胤艜r可隨意快進(jìn)、慢放、逐幀、逐秒、重復(fù)等方式，圖像可以全屏放大；（5）高效成熟的壓縮算法：系統(tǒng)采用壓縮比大、實時性較強(qiáng)的壓縮方式，減少存貯的介質(zhì)。

4 改進(jìn)技術(shù)的效果

（1）線路復(fù)用。最大化地復(fù)用原有傳輸鏈路，包括同軸電纜、電源供給等；（2）超距傳輸。傳輸距離在500m以內(nèi)時，無需光端機(jī)等中繼設(shè)備；（3）架構(gòu)不變。盡量不改變現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)體系，利用原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；（4）信號復(fù)合傳輸。在同軸電纜上，可以傳輸視頻、音頻、控制信號，實現(xiàn)音視頻同步采集、終端控制、語音對講等功能，因此在施工時可以減少布線；（5）施工便捷。工程施工上，主要是替換前端攝像機(jī)和存儲設(shè)備，施工技術(shù)門檻低，符合傳統(tǒng)的施工方式；（6）經(jīng)驗復(fù)用。工程設(shè)計上，可以采用原有的設(shè)計方案；施工上，工人無需培訓(xùn)，直接復(fù)用模擬系統(tǒng)的建設(shè)施工經(jīng)驗；系統(tǒng)的使用上，原有業(yè)務(wù)人員日常工作無差異；系統(tǒng)維護(hù)上，業(yè)務(wù)經(jīng)驗和行政管理安排無需變更；（7）高性價比。充分考慮改造成本、運維成本等，投資收益最大化；（8）實現(xiàn)原有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)得以上傳至南方電網(wǎng)協(xié)議的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站，實現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一控制。

5 技術(shù)關(guān)鍵點及創(chuàng)新點

5.1 技術(shù)關(guān)鍵點

（1）三混合信號站端控制主機(jī)南網(wǎng)協(xié)議開發(fā)；（2）同軸電纜高清視頻遠(yuǎn)距離傳輸調(diào)制技術(shù)；（3）高清視頻信號補(bǔ)償技術(shù)；（4）多種信號共纜傳輸。

5.2 創(chuàng)新點

（1）即有模擬變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)具備接入南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主站；（2）利用同軸電纜實現(xiàn)變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的低成本高清升級改造，同時改造周期短，實現(xiàn)系統(tǒng)快速部署（3）模擬高清調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)高清視頻無損、無延時傳輸，即使是通過網(wǎng)線傳輸仍然能夠保證圖像質(zhì)量；（4）信號復(fù)合傳輸，在同軸電纜或者雙絞線上均可以傳輸視頻、音頻、控制信號，實現(xiàn)音視頻同步采集、終端控制、語音對講等功能；（5）線路復(fù)用，最大化地利用原有傳輸鏈路，包括同軸電纜、電源供給等；（6）利舊采用已敷設(shè)的同軸線纜，最小成本傳輸高清畫面，同時可傳輸音頻、控制、報警信號，并支持南網(wǎng)協(xié)議，兼容現(xiàn)有主站平臺。

6 結(jié)語

目前系統(tǒng)內(nèi)變電站還有很多既有的模擬信號傳輸?shù)淖冸娬疽曨l監(jiān)控系統(tǒng)，該部分系統(tǒng)很多變電站視頻監(jiān)控設(shè)備及敷設(shè)線纜還未到年限，現(xiàn)有的改造方案是需要將原有的所有設(shè)備及線纜都進(jìn)行更換，系統(tǒng)改造成本高、周期長；采用同軸電纜方式改造，利用原有的線纜，即有系統(tǒng)的攝像機(jī)無故障的部分還可以繼續(xù)使用，故障的部分采用更換同軸高清攝像機(jī)即可，無需更換重復(fù)敷設(shè)電纜，實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控。綜合以上考慮，同軸高清編碼南網(wǎng)協(xié)議具有廣闊的市場前景。

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作者簡介：李瑞德（1984-），男，廣東江門人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門供電局工程師，研究生，研究方向：電力通信運維管理。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）