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水電站遠程網絡視頻監控系統
摘 要：本文概述了水電站中遠程視頻監控系統的總體構成、功能及主要設備的選配，了遠程網絡視頻監控系統的特點，了先進的遠程視頻監控技術對水電站自動化監控系統的重要意義。關鍵詞：網絡視頻監控 遠程傳輸 網絡視頻服務器 圖像質量1引言在水利水電領域，水電廠是一種生產型的，電廠的一切設備都是服務于生產。視頻監控系統也一樣，其主要的目標也在于輔助安全生產，其目標是監視電廠各設備的運行狀態，以減輕現場人員的勞動量和勞動強度，及時發現各種危險狀況，制止事故的發生，且隨著我國許多水電站及變電站實現了“無人值班、少人值守”的運行管理模式，在較少運行人員的情況下，為有效地保障電站安全可靠的運行，運行管理人員借助機監控系統進行水利水電工程內設備監視控制的同時能夠觀看遠方穩定而且清晰的現場圖像信息的愿望更為迫切。但是，水利電力行業視頻監控系統一般運行在低溫、潮濕、風塵大、強電磁場干擾惡劣的環境條件下，且水電站具有地域分布較寬、運行設備較多等特點，從而對組建的視頻監控系統要求較高。建立一個能夠長期可靠穩定運行、能夠遠程轉送清晰的圖像且操作又十分便捷的視頻監控系統就顯得十分重要。根據水電站的實際情況，建立一個水電站視頻監控系統的總體功能要求如下：“無人值班、少人值守”的運行管理模式，要求設備能適應環境的變化，能高效、長期、可靠和穩定運行；能實現高質量、高穩定性視頻圖像的采集；可實現高質量視頻圖像遠距離傳輸；無須特殊軟件支持即可實現遠程瀏覽視頻信息；可實現遠程圖片存儲；具有遠程控制功能；可實現報警聯動；可隨意擴充監控終端；與安防系統及消防系統可實現聯動，從而提高值守人員和設備的安全性和便利性；系統的管理采用分級權限，不同的人員具有不同的使用權限。根據以上特點，選用遠程網絡視頻監控系統，它將系統中信息流（包括視頻、音頻、控制等）從模擬狀態轉為數字狀態，徹底打破“經典閉路電視系統是以攝像機成像技術為中心”的結構，從根本上改變視頻監控系統信息采集、數據處理、傳輸與轉儲、系統控制等過程的方式和結構形式。它是采用了以網絡為傳輸媒介，基于TCP/IP協議，以計算機技術為核心的數字視頻圖像監視系統。其特點是現場攝像機的模擬視頻信號及控制信號在現場即被轉換為數字信號發送、接收、控制、存儲與顯示，是“全數字且網絡化”的系統，其它安防系統或信息管理子系統間可以實現完全的無縫集成，在統一的操作平臺上管理和控制，從而使監控系統的概念在廣度和深度上得到極大的延伸。2 系統總體構成遠程網絡視頻監控系統主要是根據現場需要放置攝像機，監視環境、人員工作及設備運行情況，尤其對環境惡劣的工作區域、水閘區域設備和人員設置監視點提供24小時不間斷監視。系統主要由四部分組成，監控中心，通信線路，采集前端及防雷部分。2.1 監控中心監控中心硬件設備主要由矩陣控制主機、電腦監視器、控制鍵盤、電視墻、打印機及UPS電源構成，軟件采用專用軟件，進行整個系統的指揮、調度、授權、集中錄像、圖像查詢、檢索以及分控用戶授權分組、分區監控及圖像資料調看等系統管理方面的高級功能。2.2 通信線路通信線路主要由視頻線、雙絞線、光纖、通訊線、網線及視頻光端機構成。主要是對采集到的視頻圖像信息進行傳輸。2.3 采集前端采集前端主要由網絡攝像機、網絡高速球、網絡視頻服務器、攝像機、球形攝像機、高速球形攝像機構成。主要是采集現場的視頻圖像信息。2.4 防雷防雷部分主要由同軸防雷器、通訊防雷器、電源防雷器、隔離器及避雷針等構成。主要是保護人員及設備安全。主要的系統結構見圖1（略）： 3 系統總體功能3.1系統設置（1）計劃、即時錄像路徑設置，計劃、即時錄像設置；（2）報警錄像路徑設置，報警錄像設置；（3）登陸密碼更改；（4）錄像硬盤空間檢測；（5）報警聲響設置；（6）同時接收多個檢索放像請求；（7）選定監控點圖像進行錄像（錄像幀速率可調，為1～25幀/秒），可同時實現多路視頻的錄像功能；（8）可進行準確的放像，即可選擇任一路視頻放像，并可選擇放像的起始時間和結束時間；3.2 用戶設置（1）可加入、編輯和刪除用戶；（2）可進行權限分配，系統管理員級，可設置預置點，設置巡航點，設置自動掃描時左右邊界，對所看到的監控點進行控制。操作員級，可召回預置點，啟動巡航功能、自動掃描功能，能對所看到的監控點進行控制。瀏覽用戶級，可召回預置點，啟動巡航功能、自動掃描功能，但對所看到的監控點不能進行控制；3.3 地圖設置（1）可設置、編輯、刪除區域及系統地圖；（2）增加監控點的同時，在系統地圖上生成監控點圖標；（3）雙擊圖標可顯示相應的監控點，鼠標移到圖標上可顯示相應監控點的名稱；（4）可放大、縮小和移動電子地圖；3.4 電視墻顯示（1）選定的監控點在選定的監視器上顯示；（2）支持在一個監視器上輪巡多個監控點圖像，每一個監控點圖像停留時間任選（0～255）；（3）控制某個監控點時監視器作相應控制動作；3.5 瀏覽與控制（1）界面啟動，系統自動加載用戶所擁有的所有監控點，右端監控點名稱欄中即顯示所有監控點信息，選擇其中1路即可在視頻顯示窗體中取得其圖像信號，對所顯示的圖像可以通過界面控制按鈕進行控制，同樣可以通過鍵盤進行控制；（2）用戶選擇4、6、9、10、13、16六種顯示方式；（3）可將所有的圖像信息進行分組，可以組的方式顯示圖像信息，如選定組的圖像信息多于顯示的方式時，系統會自動彈出每一屏希望停留的時間，可設定分屏顯示；（4）在分屏顯示時，可放大任意一路圖像信號；（5）根據用戶的設置方式，“自動序列”屏幕提供輸入圖像尺寸的序列變化及自動變化；（6）通過設置報警，系統可在特定時間向注冊的電子郵件地址傳送圖像；（7）可方便地遠程控制“上下/左右/變焦/聚焦”；（8）自動終端電阻的功能可以自動消除視頻環路所連接的75Ω終端電阻；4 主要設備的選配水電站作為環境，環境因素比較復雜，在設備的選配和傳輸方面，都要充分考慮水電站的環境特點，從而保證整個系統的效果。4.1 前端采集設備監控前端設備通常放置在監控現場或鄰近現場的設備間，負責完成圖像的采集、編碼、傳輸以及云鏡控制等工作，監控前端擔負著視頻監控系統的數據采集和控制命令的執行部分，是整個系統重要的組成部分之一，這里主要是選用了網絡攝像機和特殊模擬攝像機。網絡攝像機主要包括網絡攝像槍、網絡高速球形機及網絡視頻服務器，特殊模擬攝像機主要包括低照度攝像槍、低照度球形機及高速球形機。網絡攝像槍和網絡高速球形機是傳統模擬攝像機與網絡技術相結合的新一代攝像機，區別于傳統攝像機，它是一種可直接接入網絡的數字化攝像機，集成了視頻壓縮、嵌入式系統、機及網絡等先進IT技術，它無需計算機的協助便可獨立工作，且擁有自己的IP地址，支持多種網絡通信協議，局域網以及Internet上的用戶使用標準網絡瀏覽器即可根據獨有的IP地址對網絡攝像機進行訪問，觀看通過網絡傳輸的實時圖像，還可對鏡頭、云臺進行控制，達到對目標進行全方位監控的目的。網絡攝像機在使用上要受到本身鏡頭與機身功能的限制，而網絡視頻服務器能彌補網絡攝像機的這些缺點，從某種角度上說，網絡視頻服務器可以看作是不帶鏡頭的網絡攝像機，它包括一個或多個模擬視頻輸入口、影像轉換和壓縮芯片，嵌入式的操作系統以及以太網口。它的功能就是把模擬視頻信號數字化，然后以數字信號模式直接傳輸，將數字影像資料在網絡上加以傳輸，從而成功將模擬攝像機轉化成網絡攝像機，使用戶無論在任何地方、任意聯網的計算機上，通過網絡瀏覽器即可實時地觀測影像資料。由于網絡視頻服務器將模擬攝像機成功地“轉化”為網絡攝像機，因此它也是網絡監控系統與當前CCTV模擬系統進行整合的最佳途徑。由此可見，視頻服務器在設置上比網絡攝像機更顯靈活，視頻服務器除可以和普通的傳統攝像機連接外，還可以和一些特速功能的攝像機相連，如低照度攝像機、高靈敏度的紅外攝像機等。對于新建系統，監控點的光線比較充足且無特殊要求的情況下可優先采用網絡攝像機，在光線較暗，且又無需配用相關照明的監控點，采用低照度攝像機，對于戶外攝像點，護罩要配置雨刮及散熱裝置，在寒冷地區，還要添加加熱裝置，在需要監視范圍較廣時，采用廣角鏡頭，在需要快速觀察大范圍目標時，采用高速球形攝像機。對于改造系統，可將模擬攝像機接入網絡視頻服務器，從而實現從模擬監控系統到數字監控系統的轉化。4.2 通信傳輸設備通常的信號傳輸部分是由同軸電纜、通訊電纜及電源電纜等線纜構成，但在水電站環境中的視頻監控系統需要注意以下幾點：（1）水電廠視頻監控系統的大部分線纜需要敷設在電纜溝或是電纜橋架中，與電站其它強電電纜、控制通訊電纜同時進入監控中心，故視頻信號傳輸容易收到大電流強磁場的干擾，即在這種環境下圖像會出現嚴重干擾條紋。（2）水電站一般為梯級結構，在視頻監控系統的實際中，一般是將調度中心與監控中心合二為一，設在某一個地理距離較為理想的水電站中作為控制中心部分，而在各級電站安裝前端視頻采集部分，并設置一個現場監控點對本電站進行監控，這樣視頻采集點的分布就會很廣，有時視頻采集點的單點距離可達到2～3Km。由于同軸電纜傳輸方式屬于非平衡電纜傳輸方式，交變磁場在同軸電纜上產生的電壓信號疊加在視頻信號上，會導致圖像出現嚴重干擾條紋，即使是采用屏蔽質量好的同軸電纜也難以徹底消除干擾，在這種情況下采用非屏蔽雙絞線進行傳輸，由于非屏蔽雙絞線是平衡傳輸方式，能完全抵消交變磁場的共模干擾，從而保證視頻圖像信號的傳輸質量。而光纖由于是采用光信號進行傳輸，不受強電強磁的干擾。這樣系統就采用光纖和非屏蔽雙絞線兩種介質構成信號傳輸部分。在1200米以內可采用雙絞線進行傳輸，超過1200米則采用光纖傳輸，當采用多模光纜時，傳輸距離可達5km，當采用單模光纜時，無中繼傳輸距離可達80km。在光纖傳輸系統中，有一個重要的設備，就是視頻光端機，它是將視頻和數據信號與光信號進行相互轉換的設備。視頻光端機可用一條光纖即可傳輸1至多路視頻信號和0至多路正反向數據信號。視頻部分采用先進的10位編碼技術，可使傳輸的圖像質量達到廣播甲級，視頻制式與PAL、NTSC及SECAM制式兼容。音頻采用24位編碼技術，傳輸質量可達CD級。數據方式靈活，可以是RS232、RS422、RS485或Manchester碼等數據格式，傳輸速率可達400kbps。4.3 中心控制設備矩陣控制主機是通過內置軟件訪問需監控的多路前端視頻信號，在電腦屏幕上顯示，也可經視頻轉換器顯示到電視墻上。5 系統主要特點采用遠程網絡視頻監控系統具有以下的特點：5.1 先進性采用MPEG-4壓縮算法的設備，數字圖像編碼壓縮是去除圖像的相關性，并利用人眼的視覺特性，使壓縮后數據量大大減少，同時盡量保持圖像的視覺效果。影像壓縮技術的優劣直接影像品質、儲存資料量和傳輸速度，因而尤為關鍵。由于采用MPEG-4壓縮技術的網絡型產品采集的文件占用空間小，傳輸帶寬效，可使用帶寬較低的網絡，如ADSL等，大大節省了網絡費用，MPEG-4的最高分辨率可達720×576，接近DVD畫面效果，因此對運動物體可保證良好的清晰度。5.2 靈活性支持基于Web方式的網絡瀏覽功能，可靈活進行系統軟件升級，避免對系統產生多大的影響。只須通過以太網即可直接實現遠程監控，不但可多人同時監控多個點，無距離限制及時傳輸圖像信息。可根據當前的應用環境，自行設定顯示畫面的大小、解析度、壓縮比等各項圖像參數。5.3 保密性獨有的IP地址，可設置不同等級的使用權限。如需使用，使用者必須通過權限及口令的設定，方可有使用權，不同的使用者可獲得的監控信息也不一樣。5.4 穩定性系統的主要設備網絡攝像機及網絡視頻服務器均為嵌入式系統，是在嵌入式實時操作系統基礎上構建Web服務器，同時通過內置的高效壓縮芯片對采集到的模擬視頻信號進行數字化壓縮，并打包成幀，通過內部總線傳送到Web服務器上，其穩定性大大高于DVR及同類的CCTV設備。5.5 完善性可實現聯動報警，包括周邊防護、數據采集、燈光控制等，可根據需要設定，當警報觸發前后時聯動錄像，便于事后檢索查看。5.6 擴展性靈活的組網方式，方便監控點數量的增加。5.7 低成本通過以太網便可直接將網絡攝像機接入系統，已有系統改造時的模擬攝像機通過網絡視頻服務器也可直接接入系統，實現了即插即用功能，無距離限制，免去了復雜的網絡配置和布線工作，大大減少了工程及安裝成本，特別適合于突發性事件。6 結束語遠程網絡視頻監控系統在水電站的應用，可輔助安全生產，降低生產管理成本，提高工作效率，并可納入電廠SIS、MIS信息管理平臺，成為集中管理必不可少的一部分。：[1] 孔俊寶．數字會議電視系統．電視技術，1998(6)：7～12。[2] John Enck
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