視頻監(jiān)控系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用

顧源　趙艷　蔣楷行　郭中奇　朱羽　居潼

【摘 要】本文介紹了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的市場需求、發(fā)展歷史、結(jié)構(gòu)以及功能等方面。特別是在應(yīng)用方面主要描述了變電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即在無人值守的變電站中引入遙視功能。文章最后對視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了探討，展望了相關(guān)的技術(shù)前景。

【關(guān)鍵詞】視頻監(jiān)控；智能；變電站；遙視；無人值守

中圖分類號： TM63；TM76 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0055-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.021

The Application of Video Surveillance System in Substation

GU Yuan ZHAO Yan JIANG Kai-xing GUO Zhong-qi ZHU Yu JU Tong

（School of Electric Power Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 211167，China）

【Abstract】This paper introduces the market requirement，development history，structure and functions of video surveillance system.Especially in terms of application，it mainly describes the video surveillance system of substations which means to introduce the function of clairvoyance in the unmanned substation.In the end，we discuss the further trends of video surveillance technology and provide an outlook of related technology landscape.

【Key words】Video Surveillance；Intelligence；Substation；Clairvoyance；Unattended

0 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增多，視頻監(jiān)控系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)相融合。整個視頻監(jiān)控設(shè)備市場處在上升周期，而監(jiān)控技術(shù)的升級和人們安防意識的提高成為了主導(dǎo)因素。視頻監(jiān)控行業(yè)作為安防行業(yè)中增速最快的行業(yè)，年均增長率達到了12.4%。

20世紀80年，我國視頻監(jiān)控行業(yè)首先在北上廣等經(jīng)濟發(fā)達城市興起，主要應(yīng)用在政府、金融、交通等重要領(lǐng)域。90年代中后期，由于智能建筑的興起，民用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始普及。進入21世紀后，中國視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)受到平安城市建設(shè)、北京奧運會、上海世博會等安保項目以及各行業(yè)對視頻監(jiān)控的需求等因素的刺激和拉動，建設(shè)規(guī)模迅速擴大，發(fā)展水平遠超世界平均水平。但與發(fā)達國家地區(qū)相比有很大差距，我國的視頻監(jiān)控系統(tǒng)仍然有很大的發(fā)展空間。政府、金融、交通、治安等行業(yè)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的最主要市場。在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的需求平穩(wěn)增長的同時，電力、電信、教育等行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣，并且不斷地向民用市場擴散。

在電力行業(yè)中，變電站的運行開始向無人值守化發(fā)展，世界各國特別是發(fā)達國家220kV及以下電壓等級的變電站都采取了無人化值班。目前，只有江蘇、廣東等發(fā)達省份的部分變電站實現(xiàn)了“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調(diào)）和無人值守。對變電站設(shè)備以及周邊環(huán)境的視頻監(jiān)控已變得十分重要，變電站的傳統(tǒng)“四遙”功能所涉及的數(shù)字式和簡單圖形化的監(jiān)控已不能滿足要求，需要引入第五遙“遙視”。遙視即遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)，主要由攝像機、云臺控制器、紅外熱像儀、煙感器、圖像識別系統(tǒng)和視頻傳輸系統(tǒng)組成，是變電站自動化系統(tǒng)中的一個重要組成部分。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與結(jié)構(gòu)

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史

2.1.1 模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)最早是全模擬的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，稱為閉合電路監(jiān)視系統(tǒng)。模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)以模擬磁帶錄像機為核心，使用模擬方式傳輸圖像，傳輸距離較短。該系統(tǒng)的缺陷表現(xiàn)為與信息系統(tǒng)無法交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的擴展性能差。監(jiān)控只限于監(jiān)控中心，傳輸距離短，錄像管理性差。

2.1.2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

上世紀末，借助于計算機進行的視頻信號的采集和處理，使得圖像的質(zhì)量得到了提高，視頻監(jiān)控系統(tǒng)開始由模擬視頻存儲轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字存儲。數(shù)字化存儲提高了用戶對錄像的處理能力，用戶能夠通過數(shù)字硬盤錄像機控制攝像頭開閉，整個系統(tǒng)擁有較強的功能。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般基于TCP/IP架構(gòu)，布控區(qū)域更大，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠程控制以及現(xiàn)場信號采集等功能。監(jiān)控系統(tǒng)的圖像傳輸不易受距離限制，圖像具有穩(wěn)定的質(zhì)量，視頻資料可以存儲在磁盤中，檢索非常便捷。

2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成包括：前端監(jiān)控場所設(shè)備、監(jiān)控中心、監(jiān)控客戶端。前端系統(tǒng)采集到視頻畫面，將信號進行壓縮處理，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控管理人員可通過電腦終端查看監(jiān)控畫面，也可以通過解碼器在手機客戶端和電視墻上顯示查看。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能需求有：

①實時瀏覽：可不受地限制訪問被監(jiān)控點，通過PC、手機客戶端以及Web等方式實時瀏覽。

②錄像和抓拍：支持多種錄像存儲觸發(fā)機制，自動抓拍異常圖像并存儲，便于查詢?nèi)∽C。

③海量數(shù)據(jù)存儲：視頻信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳至遠程服務(wù)器，具備存儲、檢索和備份功能。

④語音對講：被監(jiān)控點和監(jiān)控中心實現(xiàn)雙向語音對講，能夠?qū)崟r處理現(xiàn)場情況。

⑤電視墻：可以通過矩陣對電視墻監(jiān)控畫面進行控制，根據(jù)需求配置輸入輸出信號。

⑥報警聯(lián)動：報警信號能夠通過聲、光等方式觸發(fā)監(jiān)控中心的監(jiān)控畫面，展示報警點的實時畫面，啟動錄像功能。

⑦電子地圖：可在監(jiān)控客戶端中直觀地查看和選取監(jiān)控點。

⑧擴展性：系統(tǒng)可支持多類型的監(jiān)控設(shè)備，可以便捷地增減用戶數(shù)和監(jiān)控點數(shù)。

⑨權(quán)限管理：同一監(jiān)控點可被多用戶訪問，且用戶間可能無關(guān)系。

⑩智能識別：系統(tǒng)自動識別監(jiān)控畫面中的物體，以最佳最快方式發(fā)出有用信息。

3 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)需要

許多變電站的自動化調(diào)度系統(tǒng)只能實時監(jiān)測電氣數(shù)據(jù)，不能全面直觀地反應(yīng)變電站設(shè)備的現(xiàn)場運行狀況。電力人員仍需花費精力進行巡視工作。一旦事故發(fā)生，電網(wǎng)調(diào)度人員無法準確把握現(xiàn)場狀況，只能到達現(xiàn)場查明事故原因后再開始處理，極大耽誤了處理事故的時機。

例如，站內(nèi)一次設(shè)備中，例如隔離開關(guān)目前的開關(guān)成功率達不到100%，操作后必須現(xiàn)場確認成功才能合上斷路器。同樣的，站內(nèi)報警設(shè)備誤報信號，則會擾亂變電站的運行秩序。如果能夠采用遠程視頻監(jiān)控技術(shù)實時監(jiān)控變電站現(xiàn)場的畫面，則可以確認現(xiàn)場情況，排除信號干擾，減輕工作量，節(jié)約資源。

3.2 主要監(jiān)控對象

①站內(nèi)的場景情況以及大門的人員車輛出入情況。

②站內(nèi)常規(guī)敞開式隔離開關(guān)的分、合狀態(tài)。

③站內(nèi)工作室：主控室、高壓室等。

④站內(nèi)電氣設(shè)備：變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器和瓷絕緣子等。

3.3 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

視頻采集、傳輸以及處理構(gòu)成了變電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻信號采集系統(tǒng)包括變電站內(nèi)的攝像設(shè)備，能夠?qū)φ緝?nèi)圖像進行采集。采集到的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮后，通過線纜與光纖，傳輸至視頻信號處理系統(tǒng)。變電站端處理單元能夠?qū)D像信息進行集中管理，并通過地區(qū)電網(wǎng)的IP通信網(wǎng)傳輸?shù)降貐^(qū)級監(jiān)控中心。

3.4 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

圖像監(jiān)視：實時傳輸變電站內(nèi)的視頻圖像，使得調(diào)度中心能夠遠程掌握站內(nèi)的實時信息，及時發(fā)現(xiàn)和處理事故。系統(tǒng)采用MPEG-4/H.264技術(shù)壓縮視頻，保證音視頻信號同步穩(wěn)定運行。調(diào)度人員可以任意縮小、放大和移動圖像窗口，對視頻進行拖放和多畫面分割；可對畫面進行對比度、飽和度、亮度的設(shè)置；

圖像管理：在調(diào)度側(cè)能夠?qū)υ婆_進行遠程控制，切換巡視場景，控制遠景和近景的變化。系統(tǒng)具有包括定時錄像在內(nèi)的多種錄像模式，錄像資料的存儲進行集中管理，可檢索出待查找的錄像。調(diào)度中心可對變電站端拍攝的畫面進行遠程抓拍、錄像等等，監(jiān)控系統(tǒng)畫面中能準確給出被監(jiān)視設(shè)備的信息，并將提示信息在狀態(tài)欄上實時輸出。

報警功能：報警系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、GIS地理信息應(yīng)用系統(tǒng)和綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生警報時，觸發(fā)錄像，自動調(diào)用報警場景的視頻畫面和電子地圖，以實現(xiàn)全程可視化調(diào)度功能。系統(tǒng)自動記錄每條報警事件，調(diào)度人員可通過控制面板查看報警信息。監(jiān)控系統(tǒng)對捕捉的圖像進行分割識別對比，如果識別到電氣設(shè)備過熱或有害異物侵入等情況，立即發(fā)出報警信號并錄像，提供事后分析事故的影像資料。

4 技術(shù)展望

4.1 變電站監(jiān)控的智能化

在新興技術(shù)的發(fā)展下，變電站監(jiān)控系統(tǒng)有望通過各環(huán)節(jié)的智能化與集成化的實現(xiàn)，更好地與電力自動化系統(tǒng)融合，使得變電站更加可靠、經(jīng)濟、高效，從而保證電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)，提高整個電網(wǎng)的科學(xué)管理水平。

智能化主要表現(xiàn)在電氣事故錄像自動觸發(fā)、變電站現(xiàn)場圖像智能分析等方面。目前，變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)鼍爸械娜四槨幼鞯纫曨l信息進行智能分析，改進了變電站的監(jiān)控方式。變電站的圖像識別有望由傳統(tǒng)的人工監(jiān)視逐步過渡到智能型機器監(jiān)視。

4.2 視頻圖像的高清化

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高清化不只是前端攝像頭高清化，而是整個系統(tǒng)的高清化，包括圖像采集、編碼傳輸、存儲、解碼輸出、中心管理平臺的高清等。目前部分廠商已經(jīng)推出了500萬像素的網(wǎng)絡(luò)攝像機，如松下的WV-NP502、三星電子的SNC-M300等。但是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高清化目前面臨著照度要求、性價比、壓縮傳輸、應(yīng)用環(huán)境條件等多方面問題有待解決。

5 結(jié)語

在無人值守變電站中建設(shè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，有助于電網(wǎng)調(diào)度人員遠程監(jiān)控變電站內(nèi)的一次、二次設(shè)備，保障了變電站的穩(wěn)定運行，提高了電網(wǎng)的管理水平和安全、經(jīng)濟運行水平，是電力行業(yè)改革增效，提高勞動生產(chǎn)率的有效途徑。

從模擬視頻監(jiān)控到網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，從固定單一式監(jiān)控到多路協(xié)同式監(jiān)控，視頻監(jiān)控系統(tǒng)歷經(jīng)多個時代的發(fā)展走向成熟。新一代信息技術(shù)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不斷融合，正逐步向視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、顯示高清化的趨勢發(fā)展。雖然在視頻壓縮、模式識別等方面能存在許多技術(shù)難題，但毫無疑問視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有相當(dāng)廣闊的發(fā)展空間，會成為包括電力在內(nèi)的各行業(yè)應(yīng)用中的重要組成部分。

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