南歐江水電站集控視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)

唐立原 孫華

摘? 要：本文介紹了老撾南歐江發(fā)電公司梯級水電站集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)情況，從用戶需求、整體設(shè)計思路和建設(shè)方案對項目進(jìn)行了詳細(xì)介紹，涉及到了大容量光纖通道、多站點視頻監(jiān)控系統(tǒng)，模擬數(shù)字融合等較新的技術(shù)，項目已經(jīng)接入4個已建成電站和一個流域集控中心，未來還有完工的電站項目陸續(xù)接入。目前整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行良好，成為提高梯級電站運行管理水平的重要手段。

關(guān)鍵詞：水電站集控? 視頻監(jiān)控? 光纖網(wǎng)絡(luò)? 大屏幕? 高效管理? 數(shù)字?jǐn)z像機? 系統(tǒng)聯(lián)動

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（b）-0033-04

The Design and Construction of Video Monitoring for Nam Ou River Hydropower Stations

TANG Liyun? SUN Hua

（Kunming Engineering Co.， Ltd.， Power Construction Corporation of China， Kunming， Yunnan Province， 650051 China）

Abstract： This paper introduces the construction of the video monitoring system in Nam Ou river centralized control center， and introduces the whole project from the perspective of user demand， design idea and construction scheme， involves large capacity optical fiber channel， multiple fusion and other high and new technology， The video monitoring system project has access to the four power stations completed， the system runs well and become the important means of efficient management of the hydropower stations.

Key Words： Centralized control of hydropower station; Video surveillance; Optical fiber network; Large screen; Efficient management; Digital camera; System linkage

1? 項目概述

南歐江是湄公河在老撾境內(nèi)的最大支流，發(fā)源于中國云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶。南歐江梯級電站集控中心建在老撾瑯勃拉邦省，負(fù)責(zé)管理南歐江上的七個梯級電站。整體建設(shè)遵循“遠(yuǎn)方監(jiān)視、實時掌控、優(yōu)化調(diào)度、應(yīng)急指揮”的方針。

2? 用戶需求

隨著南歐江梯級電站的不斷建成，對流域發(fā)電公司的運營水平和管理手段提出了更高的要求。為了實現(xiàn)對下屬電站的“少人值守、集中管理”，需要建立一個現(xiàn)代化管理平臺，幫助中心調(diào)度值班人員對下屬電站進(jìn)行直觀的管理和操控。一套連接集控和各電站的視頻監(jiān)控平臺正是在這種需求下孕育而生。

3? 建設(shè)的目標(biāo)

現(xiàn)階段南歐江各流域電站都獨立運行，缺少統(tǒng)一的管理協(xié)調(diào)，流域發(fā)電公司計劃逐步對公司下屬所有電站實行“無人值班”（少人值守）要求以實現(xiàn)集控運行，即在集控中心的調(diào)度值班人員可以直接對電站主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、可進(jìn)行機組負(fù)荷調(diào)整、開停機等操作，并且可以很直觀地看到現(xiàn)場畫面，觀察操作結(jié)果。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行所需要占用大量的數(shù)據(jù)帶寬資源，為保證傳輸通暢，集控視頻監(jiān)控系統(tǒng)將運行在公司自建的2.5Gb/s高速光纖傳輸網(wǎng)上。系統(tǒng)將各電站現(xiàn)場的實時高清畫面通過光纖網(wǎng)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)浆槻畹募刂行?，集控中心的運行值班人員可通過本地的視頻監(jiān)控工作站全天候觀察和記錄各電站現(xiàn)場生產(chǎn)運行畫面，及時下達(dá)指令[1]。

4? 建設(shè)方案

集控視頻監(jiān)控系統(tǒng)由各電站本地視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和集控現(xiàn)地視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成，中間通過2.5Gb/s高速光纖通信網(wǎng)連接組網(wǎng)。電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用英國安訊士全數(shù)字視頻系統(tǒng)，由雙核心交換機組成基本網(wǎng)絡(luò)，兩臺網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器N16-Z MK2（硬盤錄像機）負(fù)責(zé)視頻網(wǎng)絡(luò)的視頻功能，一臺雙27寸屏視頻工作站和操作鍵盤組成人機接口。路由器AR220負(fù)責(zé)與外網(wǎng)的連接，由網(wǎng)線或光纖收發(fā)器將40多臺POE供電的P5635-E前端攝像頭接入核心交換網(wǎng)絡(luò)。

各電站都配備了32×4TB的存儲硬盤，高清視頻數(shù)據(jù)都在本地保存。而對于非常重要的數(shù)據(jù)，例如由其他聯(lián)動系統(tǒng)報警產(chǎn)生的即時視頻錄像不僅需要本地保存，還要上傳至集控中心進(jìn)行保存，記錄時間不少于60d，其他視頻數(shù)據(jù)集控可根據(jù)需要通過集控流媒體服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用[2]。

在集控中心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，需要顯示各個電站的高清視頻信號，設(shè)計每個電站可同時傳輸4路實時高清視頻信號至集控中心，這4路可在電站本地的40多個攝像機內(nèi)任意選擇，無選擇時，常設(shè)傳輸電站上游庫區(qū)、下游尾水、發(fā)電機廳和中控室的實時圖像。電站視頻信號經(jīng)光纖網(wǎng)送至集控。這些視頻信號可與計算機監(jiān)控在大屏幕上輪換顯示[3]。

集控中心的視頻管理服務(wù)器可連接前端電站的DVR、攝像機、任意選擇監(jiān)控點的音視頻流進(jìn)行實時監(jiān)視、錄像、錄像回放[4]。

集控視頻監(jiān)控平臺采用的是國內(nèi)知名品牌大華科技生產(chǎn)的大華EVS5016S系列視頻監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備主要有集控視頻管理服務(wù)器、視頻存儲服務(wù)器EVS5016S、流媒體服務(wù)器DSS4004-S2（含網(wǎng)關(guān)）、集控核心視頻交換機S5720-36C-EI、視頻工作站及本地攝像機SD6CE230U-HNI等。見圖1。

在系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮了開放性、擴展性，實現(xiàn)各子系統(tǒng)的管理和信息最大程度的共享，便于今后系統(tǒng)的擴充及增容等，預(yù)留未來的功能拓展。

5? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)為綜合視頻監(jiān)控管理平臺，采用WINDOWS操作系統(tǒng)安全等級要求高。最基本的功能是將南歐江1-7級水電站的機組、水位、油位、電氣設(shè)備等遠(yuǎn)程運行情況的實時圖像、報警信息傳輸?shù)郊刂行?。以便值班人員可以實時、清晰、地了解監(jiān)控區(qū)域的情況。

因此視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)以下功能：

集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠滿足各下屬流域水電站的本地監(jiān)控系統(tǒng)的接入。

系統(tǒng)具有各類報警器的輸入接口，便于各類安防、生產(chǎn)等設(shè)備的開關(guān)量接入，能夠控制現(xiàn)場的燈光、警笛的設(shè)備。

集控能對下屬電站所挑選的監(jiān)控點進(jìn)行24h不間斷錄像。

在中心可以多電站或單電站畫面輪循顯示和多畫面同屏顯示。

系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，能夠長時間在無人環(huán)境下正常工作，具有防死機、斷電來電后自動啟動等功能。

在控制中心、基地領(lǐng)導(dǎo)的辦公室和其他職能部門可設(shè)置分控點，通過在聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全部監(jiān)控功能。

具有前端視頻設(shè)備管理、多硬盤管理、大容量視頻存儲、電子地圖、視頻監(jiān)視和回放等多方面功能。

可支持多個攝像機的多角度實時視頻（簡稱多角度視頻）;

可根據(jù)風(fēng)、水、光等電站告警狀態(tài)直接查看相關(guān)視頻;

多臺監(jiān)控工作站及 Web 用戶可同時共享任一電站場所圖像， 但由最高級別的用戶控制;

具備視頻自動巡視功能，對系統(tǒng)的監(jiān)控點進(jìn)行視頻巡檢，參與輪巡的對象可以任意設(shè)定，輪巡間隔時間可設(shè)置，完成輪巡任務(wù)的攝像機可自動復(fù)位;

集控可對全網(wǎng)任意視頻進(jìn)行手動錄像，對任一幀實時視頻以 JPEG、JPG 或BMP 的圖片進(jìn)行抓拍和存放;

具備地圖導(dǎo)航功能：可多級電子地圖顯示報警，顯示監(jiān)控點位置。

實時圖像監(jiān)視，彩色圖像以不少于4通道、每通道以每秒25幀的速率實時傳送和播放。視頻圖像大小隨意可調(diào)。

遠(yuǎn)程控制電站現(xiàn)地視頻監(jiān)控設(shè)備，包括攝像機、云臺等的控制;

對遠(yuǎn)端攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深進(jìn)行調(diào)整及控制;

可在視頻畫面上利用鼠標(biāo)拖拽監(jiān)控視頻的方式控制攝像機的監(jiān)控方位、視角，實現(xiàn)快速拉近、推遠(yuǎn)、定焦某個景物;

對于有預(yù)置位的攝像機，能直接進(jìn)行預(yù)置和操作，可設(shè)置和查詢攝像機的預(yù)置位;

對攝像機的控制操作完成后，釋放控制權(quán)限的時間可設(shè)定;

控制按照用戶優(yōu)先級劃分，優(yōu)先級高的用戶可無條件獲得低優(yōu)先級用戶的控制權(quán)，同級別用戶根據(jù)時間優(yōu)先的原則獲得控制權(quán);

可對站端處理設(shè)備遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)站端處理設(shè)備的遠(yuǎn)程升級、重新啟動、參數(shù)配置等功能;

可遠(yuǎn)程設(shè)置錄像規(guī)則，實現(xiàn)站端系統(tǒng)的手動錄像、定時錄像、告警觸發(fā)錄像、畫面異動檢測錄像等;

以人機界面方式統(tǒng)一管理本地和各電站場所的歷史視頻和圖片，可按告警事件、時間段、攝像機、存儲位置等組合條件檢索;可從站端系統(tǒng)上傳任意一段歷史錄像，刪除本地和各站端系統(tǒng)的歷史視頻。

遠(yuǎn)程回放站端系統(tǒng)的任一攝像機的歷史視頻（時間可選）、告警錄像和本地錄像;回放方式有逐幀、慢放、常速、快速、進(jìn)度條拖放等方式，

平臺的軟、硬件設(shè)備及通信狀態(tài)異常告警均在告警窗實時顯示，顯示內(nèi)容包括日期時間、設(shè)備名稱、異常狀態(tài)描述等。

對具有電子脈沖周界告警的站點可實現(xiàn)告警信息的實時展現(xiàn)。

報警可根據(jù)需要進(jìn)行分級，報警信號、報警內(nèi)容可在任何畫面自動顯示。當(dāng)發(fā)生報警時，監(jiān)控主機硬盤或相應(yīng)錄像裝置能自動進(jìn)行存盤錄像，同時傳送報警信息和相關(guān)圖像。

平臺應(yīng)具備處理多事件多點報警的能力，多點報警時采用覆蓋方式，報警信息不得丟失和誤報。

應(yīng)具有完善的用戶管理，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理，系統(tǒng)設(shè)備管理，數(shù)據(jù)庫管理，權(quán)限管理，日志管理，安全管理，統(tǒng)計報表管理，接入大屏管理，與調(diào)度自動化系統(tǒng)聯(lián)動，與火災(zāi)聯(lián)動等功能[5-6]。

6? 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

系統(tǒng)平均無故障時間：大于60000h。

系統(tǒng)處理能力支持千兆網(wǎng)絡(luò)吞吐量，最小32碼流路數(shù)的分發(fā)。

并發(fā)請求處理能力根據(jù)實際業(yè)務(wù)量的需求，滿足每秒100～1000 個請求。

在保證網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況下，平臺信令的響應(yīng)時間小于0.5s，視頻的響應(yīng)時間小于2 s。

平臺的配置和數(shù)據(jù)庫應(yīng)具有自動備份和恢復(fù)能力。

系統(tǒng)應(yīng)具有電信級的可靠性，可靠性指標(biāo)達(dá)到99.999%。

視頻信號制式應(yīng)采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的視頻制式（PAL），視頻編解碼采用Mpeg-4和H.264標(biāo)準(zhǔn)。

年可用率≥99.99%;

運行壽命>10年。

設(shè)備MTBF>20000h;

99%以上實時視頻畫面調(diào)出響應(yīng)時間≤2s;

視頻控制切換響應(yīng)時間≤1s;

監(jiān)控視頻顯示與實際事件發(fā)生時間差≤2s;

冗余熱備用設(shè)備（一般指服務(wù)器）之間在自動和手動方式下均應(yīng)實現(xiàn)無擾動切換，熱備用服務(wù)器接替值班服務(wù)器的切換時間<1s;

系統(tǒng)從斷電后重啟至恢復(fù)正常運行的黑啟動時間<10min。

7? 主要設(shè)備性能指標(biāo)

7.1 視頻管理服務(wù)器

主處理器：64位 四核處理器;

雙電源冗余配置，電源/風(fēng)扇/存儲盤：支持熱插拔;

內(nèi)存：≥8GB;

顯示設(shè)備接口：≥2個高清視頻輸出接口;

網(wǎng)絡(luò)：≥2個千兆以太網(wǎng)口，支持多網(wǎng)段及內(nèi)外網(wǎng)接入;

工作環(huán)境溫度：0℃～40℃

7.2 圖像存儲服務(wù)器

接入性能：≥128路IPC接入，≥384Mbit/s;

雙電源冗余配置，電源/風(fēng)扇/存儲盤：支持熱插拔;

存儲：單硬盤容量支持最大支持8TB，支持RAID0、1、5、10等;

接口：≥4個千兆以太網(wǎng)接口，≥1個VGA接口，≥2個HDMI接口，≥4個報警輸出接口，≥1個電源輸入接口;

工作溫度：0℃至40℃。

7.3 核心交換機

≥2個主控引擎模塊，滿足1+1冗余;

≥6個業(yè)務(wù)槽位，單板支持熱插拔;

電源、風(fēng)扇模塊支持1+1冗余備份;

交換容量≧25Tbit/s，包轉(zhuǎn)發(fā)速率≧9600MPPS;

支持基于端口、協(xié)議、子網(wǎng)和MAC的VLAN劃分;

工作環(huán)境：溫度范圍：-10℃～50℃。

7.4 數(shù)字?jǐn)z像機

圖像傳感器：具有≥200W像素，≥1/2.8CMOS傳感器;

分辨率：視頻輸出支持1920×1080，分辨力不小于1100TVL;

照度：最低照度彩色≤0.005Lux，黑白≤0.0005Lux，0Lux（紅外燈開啟）;

光學(xué)變倍：≥26倍;

信噪比：≥55dB;

接口：≥1個RJ-45網(wǎng)絡(luò)接口，≥1個10M/100M 單纖接口，≥2個報警輸入接口，≥1個報警輸出接口，≥1路音頻輸出接口;

防護(hù)等級：IP67。

8? 結(jié)語

南歐江流域集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)已接入4個流域水電站， 監(jiān)控區(qū)域包括電站大壩、閘門、主副廠房等， 投運至今運行情況良好， 能夠滿足集控運行人員對電站機電設(shè)備運行監(jiān)視、機組負(fù)荷調(diào)整、開停機、開關(guān)操作等視頻監(jiān)控的需求，隨著視頻技術(shù)的發(fā)展， 電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性與日俱增，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在本項目的應(yīng)用， 為生產(chǎn)管理提供了有效的信息支撐， 也為安全生產(chǎn)提供了堅強的技術(shù)保障。

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