包芳 李少輝

（許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）

隨著網(wǎng)絡(luò)寬帶、信息傳輸能力、計(jì)算機(jī)以及圖像處理等技術(shù)飛速發(fā)展，推動(dòng)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步。在社會(huì)現(xiàn)代化建設(shè)中電力行業(yè)占據(jù)重要的位置，電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)與高效運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生直接影響。傳統(tǒng)電力行業(yè)中電力系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況依靠人工監(jiān)視設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是隨著電力系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，設(shè)備不斷更新、自動(dòng)化程度加深，傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理方式無(wú)法滿(mǎn)足電力行業(yè)監(jiān)控的需要。尤其是很多變電站，因?yàn)榻ㄔO(shè)位置偏遠(yuǎn)，很少有人去值守或者沒(méi)有人值守狀態(tài)，容易招引不法之徒引起各種形式的犯罪活動(dòng)，影響電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定?？梢?jiàn)傳統(tǒng)監(jiān)控手段與實(shí)際監(jiān)控需要的矛盾越來(lái)越突出，為此電力行業(yè)監(jiān)控智能化發(fā)展是極為必要的，也與變電站實(shí)際監(jiān)控需求相適應(yīng)。為此通過(guò)對(duì)變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)分析，突破傳統(tǒng)布控區(qū)域的限制，對(duì)逐步優(yōu)化變電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、實(shí)時(shí)監(jiān)控效果，維護(hù)變電站安全具有深遠(yuǎn)意義。

1 變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)突出功能點(diǎn)

1.1 信息匯聚與動(dòng)態(tài)顯示功能

變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)各個(gè)電力生產(chǎn)設(shè)備與電力系統(tǒng)工作，實(shí)施全天候在線(xiàn)監(jiān)控，確保各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息匯聚一起。在監(jiān)控過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)分析處理，達(dá)到監(jiān)視器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)顯示。值班人員和管理人員可以實(shí)時(shí)觀(guān)看與監(jiān)控。而且借助系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控圖片的放大、縮小、多窗口顯示等，迅速查找某一電氣設(shè)備的周邊情況、運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

1.2 視頻監(jiān)控與控制功能

變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的中心視頻監(jiān)視可以隨時(shí)點(diǎn)擊任意監(jiān)控視頻設(shè)備的圖像，且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)這些監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、回放、檢索實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站視頻的二級(jí)監(jiān)控。同時(shí)當(dāng)變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，可以對(duì)其實(shí)施重點(diǎn)關(guān)注、協(xié)調(diào)控制確保實(shí)時(shí)監(jiān)督。

1.3 移動(dòng)功能

變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控中采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖像終端處理，任意移動(dòng)位置，并且及時(shí)對(duì)已經(jīng)采集的圖像進(jìn)行處理、傳送、定位。

1.4 事故管理功能

變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置報(bào)警繼電器跟隨器，一旦出現(xiàn)事故立刻以聲、光等方式發(fā)出警告，提醒值班人員。而且系統(tǒng)會(huì)結(jié)合報(bào)警事件的性質(zhì)、地點(diǎn)等進(jìn)行自動(dòng)處理，并且將本系統(tǒng)事件錄入、存儲(chǔ)豐富監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)警事件信息，為以后報(bào)警和自動(dòng)化處理提供參考。

1.5 系統(tǒng)安全功能

通過(guò)設(shè)備變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)權(quán)限維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行安全，防止出現(xiàn)越權(quán)修改、存取，以此保障監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的完整性。也能記錄值班人員的實(shí)際操作行為。無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)安全是通過(guò)不同權(quán)限人員設(shè)置不同的操作口令實(shí)現(xiàn)。

1.6 雙向語(yǔ)音對(duì)講

通過(guò)無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的麥克風(fēng)、音響等設(shè)備，控制中心可以直接與具體環(huán)節(jié)語(yǔ)言通話(huà)，隨時(shí)向?qū)嶋H執(zhí)行人員下達(dá)操作口令、詢(xún)問(wèn)情況等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程工作指導(dǎo)與調(diào)節(jié)。

2 變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理

變電站的無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅要確保傳統(tǒng)的圖像監(jiān)控功能，也要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控。即監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的圖像既能在本地監(jiān)控中心看到，也能讓授權(quán)用戶(hù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地監(jiān)控[1]。同時(shí)錄像也可以通過(guò)硬盤(pán)數(shù)字錄像，易于保存，有更大的容量空間。變電站的監(jiān)控系統(tǒng)主要包含視頻采集部分、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心、監(jiān)控客戶(hù)端四個(gè)方面。

2.1 視頻采集設(shè)備

變電站的無(wú)線(xiàn)終端安裝在現(xiàn)場(chǎng)，作為整個(gè)系統(tǒng)的視頻收集單元，作為系統(tǒng)前端設(shè)備，需要設(shè)置圖像采集的攝像設(shè)備、視頻處理設(shè)備。并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需求的差異合理、周密地布局，設(shè)高清設(shè)備，確保變電站監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行的同時(shí)有高清圖像。監(jiān)控系統(tǒng)的攝像部分是將現(xiàn)場(chǎng)圖像以電信號(hào)的形式傳遞到監(jiān)控系統(tǒng)。視頻技術(shù)監(jiān)控則是包含數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)兩個(gè)類(lèi)型[2]。嵌入型無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控終端是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)的最優(yōu)結(jié)合，也是變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，具有全實(shí)時(shí)錄像、云臺(tái)鏡頭控制、全實(shí)時(shí)監(jiān)視的等功能。在視頻監(jiān)控中心設(shè)置固定外網(wǎng)IP或者域名計(jì)算機(jī)、安裝服務(wù)器軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)控的需要。

2.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸環(huán)節(jié)的主要作用是將采集到的各類(lèi)信號(hào)傳送到監(jiān)控室或者其他監(jiān)控點(diǎn)，這些信號(hào)包含攝像機(jī)輸出視頻信號(hào)、紅外探測(cè)器輸出報(bào)警信號(hào)等。變電站的監(jiān)控傳輸系統(tǒng)一般是傳統(tǒng)模擬傳輸方式、數(shù)字無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式兩種，因?yàn)樽冸娬揪嚯x遠(yuǎn)、布線(xiàn)復(fù)雜等因素影響無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)更為便利實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)視頻監(jiān)控。其中控制信號(hào)的傳輸，由GPRS/CDMA/4G 等網(wǎng)絡(luò)控制無(wú)線(xiàn)視頻終端。視頻文件的寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)也是采用以上網(wǎng)絡(luò)形式實(shí)現(xiàn)傳輸，將壓縮后的視頻信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到聯(lián)網(wǎng)功能的TCP/IP 計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)管理員的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

2.3 監(jiān)控中心

變電站監(jiān)控中心包含中心管理服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器，并且安裝中心服務(wù)器軟件、管理器軟件、存儲(chǔ)服務(wù)器軟件專(zhuān)用電腦設(shè)備。所有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控工作站的用戶(hù)均實(shí)施授權(quán)管理，所有用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)登錄到中心管理服務(wù)器系統(tǒng)，不同的用戶(hù)可以在各自權(quán)限內(nèi)對(duì)圖像實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、云控制、錄像、查詢(xún)、回訪(fǎng)等

2.4 監(jiān)控客戶(hù)端

計(jì)算機(jī)用戶(hù)通過(guò)IE 瀏覽器，由變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中權(quán)限準(zhǔn)許的管理員，通過(guò)合法身份、密碼、使用權(quán)限登錄服務(wù)器。授權(quán)的用戶(hù)可以隨時(shí)隨地地登錄，實(shí)時(shí)監(jiān)控瀏覽。

3 變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 客戶(hù)端功能設(shè)計(jì)

變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的客戶(hù)端包含視頻界面、云臺(tái)控制、GPS 定位、報(bào)警日志等功能，如圖1所示。

圖1：變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)客戶(hù)端功能圖

視頻界面：包含所有前端設(shè)備以及當(dāng)前狀態(tài)，用戶(hù)在點(diǎn)擊設(shè)備之后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備視頻圖像瀏覽，系統(tǒng)在同一個(gè)界面中可以瀏覽多個(gè)視頻。且在視頻界面可以截圖、錄像等功能。

云臺(tái)控制：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)具體設(shè)備的焦距、方向控制，用戶(hù)可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的按鈕向視頻端發(fā)送調(diào)節(jié)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)前端的控制。

GPS 定位：引入地圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體位置的衛(wèi)星定位，但是設(shè)備工作的時(shí)候會(huì)自動(dòng)將坐標(biāo)發(fā)送到服務(wù)器，用戶(hù)端可以查考到具體的行動(dòng)軌跡。

報(bào)警日志：變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的報(bào)警日志包含：報(bào)警名稱(chēng)、名字、區(qū)域ID 等信息，且可以在地圖中顯示出來(lái)。若是發(fā)現(xiàn)異常情況系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示音，用戶(hù)可以通過(guò)客戶(hù)端及時(shí)查看。

視頻下載：變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)按照時(shí)間存儲(chǔ)錄像資料，用戶(hù)可以通過(guò)時(shí)間、地點(diǎn)、攝像機(jī)、報(bào)警事件等關(guān)鍵信息檢索，實(shí)現(xiàn)智能化快速檢索，保障對(duì)變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中信息的收集更加便利，提升變電站監(jiān)控效率。同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的逐幀播放、慢放、快放等。

3.2 服務(wù)端功能設(shè)計(jì)

在客戶(hù)端發(fā)送請(qǐng)求后，基于IP/TCP 協(xié)議，保持客戶(hù)端與服務(wù)器的連接，達(dá)到控制命令、轉(zhuǎn)發(fā)視頻的效果。變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的服務(wù)端功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2：變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)端功能圖

控制命令端：確保變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的客戶(hù)可以登錄系統(tǒng)、設(shè)備對(duì)控制命令做出響應(yīng)。

設(shè)備在線(xiàn)管理：客戶(hù)端登錄之后，服務(wù)器會(huì)顯示當(dāng)前設(shè)備上線(xiàn)時(shí)間、在線(xiàn)狀態(tài)，且可以保持與前端設(shè)備的長(zhǎng)連接。同時(shí)當(dāng)設(shè)備在上下線(xiàn)不同狀態(tài)的時(shí)候，服務(wù)器會(huì)主動(dòng)通知已有連接的客戶(hù)端，改變對(duì)應(yīng)設(shè)備的顯示狀態(tài)。

視頻轉(zhuǎn)發(fā)：客戶(hù)端想要調(diào)整指定設(shè)備圖像，服務(wù)器啟動(dòng)視頻、調(diào)用視頻、轉(zhuǎn)發(fā)視頻的形式如圖3所示。

圖3：視頻調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)示意圖

系統(tǒng)功能：變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能齊全，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)系統(tǒng)的管理，包含用戶(hù)管理、設(shè)備管理、權(quán)限管理等。其中用戶(hù)管理功能包含用戶(hù)、修改、刪除用戶(hù)賬號(hào)等，借助權(quán)限登錄之后可以瀏覽視頻、錄像等。設(shè)備功能則是可以對(duì)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)施添加、刪除、修改等維護(hù)操作。權(quán)限管理則是結(jié)合變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中會(huì)結(jié)合不同的角色設(shè)置不同的權(quán)限，且特定功能僅有特定權(quán)限可見(jiàn)。

3.3 加密控制功能

因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)性、自由性、連通性特征，保障變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的信息安全性十分重要。為保證系統(tǒng)的保密性、可用性、完整性與可控性[3]。本次對(duì)變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的加密機(jī)制設(shè)置目的是防止入侵者、破壞數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)信息安全。加密技術(shù)的應(yīng)用效果與密鑰算法、長(zhǎng)度直接相關(guān)，密鑰加密機(jī)制的主要優(yōu)勢(shì)是速度快、處理簡(jiǎn)單，但是管理較為復(fù)雜。數(shù)據(jù)加密時(shí)候使用與數(shù)據(jù)解密相同的密鑰，發(fā)送與接收方均采用同樣的密鑰。

變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置安全認(rèn)證機(jī)制，主要是保障各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)參與者的可靠性，進(jìn)而防止非系統(tǒng)權(quán)限用戶(hù)進(jìn)入變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，非法竊取信息，確保變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定、安全性。系統(tǒng)的安全認(rèn)證機(jī)制與安全管理、加密處理、PKI 及認(rèn)證管理相關(guān)。

訪(fǎng)問(wèn)控制策略也可以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全，確保變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)資源不會(huì)被非法訪(fǎng)問(wèn)。例如：設(shè)置訪(fǎng)問(wèn)控制，為變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中用戶(hù)設(shè)置權(quán)限，要求用戶(hù)名、登錄口令、登錄密碼等與系統(tǒng)設(shè)定權(quán)限相符才能登錄成功，也保障了系統(tǒng)的安全性。

4 變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)

4.1 視頻數(shù)據(jù)收集技術(shù)

變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)收集技術(shù)提升數(shù)據(jù)收集的完整性。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和接口將數(shù)據(jù)傳輸給其他的部門(mén)，保障傳輸數(shù)據(jù)的安全。將視頻裝置收集的信息和圖像通過(guò)軟件處理，讓變電站工作人員及時(shí)了解各項(xiàng)情況。而且分布式網(wǎng)絡(luò)視頻管理系統(tǒng)，最大的作用是自動(dòng)管理所屬的各項(xiàng)信息、資源，用戶(hù)在登錄中心管理服務(wù)器后可以配置所管理的各項(xiàng)資源。這一集中管理方式比分布式管理更為便利、更加科學(xué)，而且不需要用戶(hù)每個(gè)資源分別登錄，操作簡(jiǎn)單。

4.2 編碼技術(shù)

將系統(tǒng)收集的各項(xiàng)信息經(jīng)過(guò)分析處理再傳送給監(jiān)督部門(mén)。而各種形式文件和圖片也具有獨(dú)立的編碼，會(huì)采用編碼技術(shù)轉(zhuǎn)化文件的格式，再傳送給其他部門(mén)[4]。經(jīng)過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息解碼后及時(shí)查看信息。變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用編碼技術(shù)可以保障監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的完整性，且視頻系統(tǒng)支持各種形式的文件，在接收和傳送地過(guò)車(chē)中經(jīng)過(guò)編碼、解碼工作保證用戶(hù)查看信息清晰、穩(wěn)定、安全。

4.3 無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)

變電站無(wú)線(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析處理視頻問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。而且若是其他部門(mén)想要查看各項(xiàng)監(jiān)控情況、數(shù)據(jù)信息，也可以直接傳送。無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)傳送中數(shù)據(jù)丟失情況，無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)確保變電站監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾郧也粫?huì)失真。再有無(wú)線(xiàn)技術(shù)可以實(shí)時(shí)傳送，以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議保障數(shù)據(jù)安全，提升數(shù)據(jù)傳遞的穩(wěn)定性和效率。

4.4 顯示技術(shù)

視頻顯示技術(shù)也是變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中重要一環(huán)，良好視頻顯示技術(shù)可以將監(jiān)控畫(huà)面直接給用戶(hù)?？缙脚_(tái)多媒體開(kāi)發(fā)庫(kù)可以借助視頻播放設(shè)備，運(yùn)用的范圍較廣，并且操作便利，不僅可以控制軟件接口，其他設(shè)備也可以通過(guò)顯示技術(shù)直接將圖像顯示出來(lái)[5]。將視頻設(shè)備安裝到監(jiān)控系統(tǒng)中配合其他設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控。同時(shí)采用多路傳送技術(shù)，可以達(dá)到較高的傳送速度，如表1 可見(jiàn)不同時(shí)間幀率情況是不同的，但是各個(gè)系統(tǒng)的干擾作用很小，幀率變化不大保障變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控質(zhì)量。

表1：監(jiān)控系統(tǒng)在不同時(shí)間幀率情況

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)日益成熟。變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)具有的視頻信息收集、動(dòng)態(tài)顯示、視頻監(jiān)控與控制功能等解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控的弊端。本次變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)主要從客戶(hù)端功能、服務(wù)端功能以及控制功能三方面展開(kāi)，借助視頻數(shù)據(jù)收集技術(shù)、編碼技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)以及顯示技術(shù)，確保變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的用戶(hù)可以跨區(qū)域操作、遠(yuǎn)程操作、實(shí)時(shí)查看監(jiān)控視頻，發(fā)現(xiàn)變電站出現(xiàn)運(yùn)行問(wèn)題后，及時(shí)報(bào)警，以此保證變電站無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全。