变电站远程视频监控系统设计方案探讨_图文

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变 电 站 远 程 视 频 监 控 系 统 设 计 方 案 探 讨
西 南 交 通 大 学 电 气 化 自动 化 研 究 所 ( 四川 成 都 6 0 3 ) 唐 蕾 陈 维 荣 姜 志 玲 1 0 1
【 要 】 针对 电气化铁 路变 电站的特 点 , 摘 本文 描述 了一个 比较 典 型的 远程 视频 监控 系统 . 系统 由多个 远 程 现场 , 本 个 监 控 中心 和 通 信 信 道 组 成 , 于 实 现 监 视 变 电 站 内各 系 统 设 备 运 行 情 况 的 功 能 , 道 结 构 采 用 以 光 纤 为 通 信 介 质 的 用 通 星 型 结 构 或 总 线 结 构 . 视 频 信 息 的 压 缩 方 法 上 选 用 自适 应 能 力 强 的 H.6 标 准 , 适 应 电 气 化 铁 路 系 统 恶 劣 的 通 信 环 在 23 以 境.


【 键 词 】 变 电站 关


远 程 视频 监 控

通 信 网 络
端 , 装在 监 控现 场 , 端设 备 主要 由摄像 机 , 制 解码 安 前 控 器 , 能 控 制 矩 阵 ( 报 警 输 入 ) 多媒 体 前 端 监 控 主 机 , 智 带 , 可控 镜头 , 控 云 台 , 种 报 警 探 头 , 画 面分 割 器 , 可 各 多 报 警音 响 , 像 机 , 护 罩等 组成 . 摄 防 远 程 现 场 的 核 心 设 备 是 视 频 矩 阵 和 视 频 传 输 编 解 码 器 ( T 0 A 和 T 0 A)利 用 分 控 键 盘 控 制 切 换 和 云 如 50 40 , 台镜 头 . 有 摄 像 机 输 出 的 视 频 信 号 都 连 接 到 视 频 矩 所 阵 , 由 矩 阵 分 别 输 出 给 主 控 计 算 机 , 控 键 盘 对 应 的 再 分 监视 器 以及视 频传 输编解 码 器 . 监控 现 场 , 频矩 阵, 在 视 报 警 控 制 器 , 作 输 出 控 制 器 , 控 键 盘 , 频 传 输 编 解 动 分 视 码 器 都 由 一 条 R -8 控 制 总 线 连 接 . S4 5 线 是 一 条 S4 5 R -8 总

,

引 言

随 着 电 力 系 统 自动 化 程 度 的 提 高 , 人 值 班 变 电 站 无 也逐 渐建立 起 来 , 了及 时 了 解 变 电 站 现场 的情 况 , 为 需 要 一 套 视 频 监 视 系 统 , 够 为 中 心 站 值 班 人 员 提 供 变 电 能 站 现 场 图像 , 对 关 键 部 位 进 行 报 警 检 查 . 在 传 统 的 并 即 变 电 站 自动 化 系 统 实 现 的 " 四遥 " 能 基 础 上 , 变 电 站 功 为 配 置一套 完整 的视频 监 控 系统 , 现 " 五 遥" 能—— 实 第 功
" 视 " 遥 .

对 于 铁 路 供 电 系 统 来 说 , 气 化 铁 路 牵 引 供 电 的 一 电 个 S A A 系 统 绵 延 几 百 公 里 , 频 信 息 的处 理 , 其 是 CD 视 尤

传 输 技 术 与 其 它 监 控 系 统 有 本 质 的 区 别 : 于 铁 路 变 电 由
所 是 沿 铁 路 沿 线 分 布 的 , 其 相 关 的 通 讯 信 道 也 是 沿 线 与 分布 的 , 道受 电气 化干扰 比较严 重 ; 外 , 道 相 对 比 通 另 信 较 紧 张 . 样 , 系 统 设 计 必 须 能 够 适 应 铁 路 不 同 的 通 这 本 道结 构… . 采 用 远 程 视 频 处 理 技 术 和 现 代 网 络 通 信 技 术 , 结 并

2 电 缆 , 面 传 输 双 向 控 制 信 号 , 有 的 信 息 传 递 都 可 芯 上 所
以 由它 来 实 现 . 于 音 频 监 听 , 入 音 频 矩 阵 , 视 频 矩 对 加 与 阵 并 列 放 置 , 制 接 口是 R -8 . 控 S4 5 由视频 矩 阵输 出 的一 路视 频 信 号 , 频 信 号 和 R - 音 S 45 制信号 分 别 连 接 到传 输 解 码 器 的 相 应 接 口上 , 8控 经 它 压 缩 处 理 后 通 过 线 路 如 P M2 传 送 到 监 控 中 心 , C M 同 时 监 控 中 心 的 R -8 控 制 命 令 ( 语 音 信 号 ) 送 回 来 , S4 5 和 传
实现远 程监 控 .

合变 电站综 合 自动化 系统 , 实现 变 电站 的智 能 监 控 , 可
并 最 终 为 无 人 值 班 打 下 良好 的 基 础 .

二 , 统 组 成 系
本 系 统 由多 个 远 程 现 场 ( 电站 端 ) 一 个 监 控 中 变 和 心 以及 通信信 道组成 . l 出了其基 本组成 结 构 : 图 示 在 远 程 现 场 和 监 控 中 心 之 间 由 通 讯 线 路 连 接 , 输 传
网络 采 用 E 通 道 ( 纤 , S l 光 IDN, DN 等 ) P T 以 及 专 D ,S N
用 通道 .

在每个 远程 现场 均 有 若 干 摄 像 机 , 像 机 的镜 头 , 摄 云 台 可 控 , 可 加 装 传 感 器 , 灯 , 号 等 外 围设 备 . 并 警 警 在 有 人 值 守 的 远 程 现 场 可 以 设 置 多 媒 体 控 制 计 算 机 , 可 以 设 置 控 制 键 盘 , 些 控 制 设 备 可 以 控 制 该 现 也 这 场 的摄像 机进 行 切 换 , 头 和 云 台动 作 , 处 理 报警 信 镜 并
息.

远 程 现 场 分 为 有 人 值 守 和 无 人 值 守 两 类 , 控 前 监

监 控 中 心 可 以 任 意 监 视 各 个 现 场 ( 电 变 所 端 ) 并 接 收 各 现 场 的 报 警 信 息 , 控 中 心 , 监 由监 控 主 机 , 控 计 算 机 以 及 网 络 分 控 计 算 分
机 组成 .

通 道 主 要 由通 信 接 口设 备 , 路 由 器 , 如 网 桥 , dm,S N, DN 适 配 器 等 , 及 通 信 Moe ID D 以
信 道组成 .

控制 中心 主要 由多 媒体 中 心监 控 主 机 ,
领 导分 控等 组成 .

通 过 视 频 服 务 器 , 系 统 可 上 Itre, 该 nent
图 l 系 统 结 构 框 图

3 · 算机 网络与通信 · 4 计

《 气 自动 ~ > o 2年 第 5期 电 > o 2

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实现监 控的 随时 , 地 工作 与维 护 . 随

域 , 将 现 场 图 像 存 盘 , 立 即 与 监 控 中 心 建 立 通 信 联 并 并
系 , 行远 程 图像报 警 . 进 ( ) 视 连 动 功 能 . 发 生 报 警 时 , 控 主 机 上 的 图 5警 在 监 像 应 能 自 动 切 换 到 相 应 的摄 像 机 , 预 置 功 能 的 摄 像 机 有
还 能 自动 转 到 预 置 点 , 自 动 调 整 好 镜 头 的 变 焦 和 图 像 并

三 , 统 功 能 系
变 电 站 远 程 视 频 图 像 监 控 系 统 主 要 用 于 监 视 设 备 的运 行 情 况 , 时 满 足 防 火 , 盗 的 要 求 . 于 电 力 系 统 同 防 由 设 备 过 热 是 一 个 不 容 忽 视 的 现 象 , 此 图 像 监 控 系 统 还 因

应 具 有 设 备 过 热 检 测 等 功 能 一 .
远 程视频 监控 系统 由一个监 控 中心 , 控 站 以及通 被 信 信 道 组 成 , 被 控 站 将 采 集 的 信 号 通 过 通 讯 信 道 发 送 各 到 监 控 中 心 . 监 测 的 信 号 主 要 包 括 摄 像 机 输 出 的 视 频 所 信号 , 统状 态信 号 , 境 信号 以及各 种报 警信号 等 . 系 环
为 了 对 变 电站 进 行 有 效 的 视 频 监 控 , 程 视 频 监 控 远 系统 具有 以下 功能 :

清晰度 .
() 防 和消 防报警 功 能. 能防 盗 , 火 , 烟 , 6安 并 防 防 防
潮.

( ) 与 一 些 电 力 控 制 设 备 互 联 , 录 和 上 报 这 些 7能 记 设 备 的运行 情况 . ( ) 路 分 屏 实 时 监 视 . 统 能 在 一 台 监 视 器 屏 幕 8多 系 上 同 时 实 时显 示 多 路 来 自不 同 变 电 站 的 图 像 . 种 控 制 多 报 警 布 防 图 , 画 面 / 画 面 分 割 图像 , 时 显 示 顺 序 切 单 多 同 换 的 报 警 状 态 , 鼠标 操 作 设 置 切 换 时 间 , 序 , 警 布 用 顺 报 防 , 防 , 警 输 出, 台 , 头 为置 预值 . 撤 报 云 镜
( ) 置 视 频 服 务 器 后 , 通 过 Itr e 9配 可 nen t网 , 任 意 在

( ) 像 监 视 监 听 功 能 . 控 中 心 可 同 时 监 视 多 个 1图 监 监 控 前 端 , 监 能 视 不 同 变 电 所 的 现 场 图 像 , 对 并 其 云 台 和 镜 头 进
行 控 制 , 能 对 还

时间 , 何 地点 调看现 场 画面 , 进行 系 统 的远 程维 护 , 任 或 远 程 参 数 设 定 以及 远 程 软 件 升 级 等 . (0 为 了 确 保 变 电站 火 灾 报 警 的 可 靠 性 , 雾 报 警 1) 烟 应 能与 R U 互为 备用 . T

现场 进行 监听 .
( ) 统 能 2 系
mm Ey e

够 满 足 各 种 不 同
的通 道结构 .

( 1 视 频 智 能 报 警 : 效 地 判 别 图 像 的 变 化 , 变 1) 有 对
电所 开 关 设 备 的 异 常 动 作 以 及 人 员 的 非 法 入 侵 产 生 自 动报警 , 自动 摄 录 现 场 情 况 , 设 备 故 障 的 分 析 和 变 电 为 站 的安 全运 营提供 了保 障 . 目前 , 多 数 监 控 系 统 是 专 用 系 统 , 就 是 说 只 有 大 也 在 中 央 监 控 室 内才 能 看 到 所 需 要 的 图 像 . 果 采 用 基 于 如 ID L N,P的 视 频 监 控 系 统 , 么 就 可 以 做 到不 论 你 S N, A I 那 身 处 何 处 , 要 能 够 上 网 并 且 能 通 过 认 证 和 鉴 权 , 都 只 你 可 以 查 看 到 你 所 需 的 监 控 图 像 . 控 系 统 总 体 上 来 说 经 监 历 了 三 个 阶 段 : 于 数 据 通 信 网 络 的 视 频 远 程 监 控 系 基 统 ; 过 计 算 机 局 域 网 的 远 程 监 控 系 统 ; 过 It nt网 通 通 ne e r 的智 能 远 程 监 控 系 统 . 程 监 控 系 统 与 Itre 络 结 远 ne t网 n
合 , 经成 为 一种发展 趋势 . 已


图 2 小 型 多媒 体 视 频 服 务 器

( ) 光 控 3 灯 制功 能 .

P 帧 B

( ) 字 4 数
录像 功能. 当 有 任 一 报 警 探 头 检 测 到 报 警 时 , 控 监

前 端 将 摄 像
机 主 动 切 换
图 3 H. 6 中 的 " P 帧 模 式 23 B "

到 该 报 警 区









种 典 型 视 频 服 务 器 如 上 图 所 示 , 视 频 监 控 系 统 本

中的视频 服务 器 即是为 实现此 功 能而设 计的 .

四, 键 技 术及 其 实 现 关
变 电站 1变 电站 2
图 4

变 电站 N

变 电站 l变 电站 2

变 电站 N

1 视 频 压 缩 传 输 对 于 远 程 视 频 监 控 , 关 键 的 技 术 是 视 频 信 号 的 压 最 缩 传 输 以 及 信 号 的 实 时 传 输 , 而 本 设 计 因 中视频 传输编 解码 器十 分重要 . 由于 远 动 数 据 传 输 所 占带 宽 很 小 , 一 般 采 用 综 合 电 缆 中 的 音 频 实 回 线 , 可 满 即 足 多 路 远 动 数 据 同 时 传 输 的 要 求 . 是 视 但

链 式 和 双 T 结 构 的 物 理 分 布 模 式

图 5 星 型 (I型 ) 构 和 总 线 结 构 结

《 气 自动 ~ } o 2年 第 5期 电 2o

·

计 算机 网络 与 通 信 · 5 3

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频 图像 与 远 动 数 据 在 传 输 上 最 大 区 别 是 要 求 的 带 宽 不
同 . 一 幅 静 止 图像 来 说 , 是 一 个 平 面 能 量 分 布 图 , 对 它 所 形 成 的 数 据 量 是 惊 人 的 . 如 , 帧 未 经 压 缩 的 3 2× 例 一 5 2 8 辨 率 的 彩 色 图 像 , 个 像 素 点 2 b s 化 , 成 的 2分 每 4i 量 t 形
数 据 量 约 为 :5 3 2×2 8×2 / 8 4 8=3 4 1 8 B t / ) 若 以 0 ,2 ( ye s . s

室 与 变 电 所 之 间 一 般 有 几 百 米 到 1 2 m 的 距 离 , 段 — K 这 距 离最 易受 电气 化干扰 , 荐采 用光 缆 . 推 与 电 力 系 统 S A A 的 辐 射 分 散 结 构 中 典 型 的 点 对 C D 点 星形通 信不 同 , 引 变 电所 沿 电气 化 铁 路 沿 线 分 布 , 牵
物 理 布 局 多 采 用 链 式 环 或 双 T 结 构 _ , 求 通 信 网 络 拓 3 要 J

2帧 / t 速 度传 送 , 速 率 高 达 76 5 g- 的 则 . MB/. 如 通 过 速 s假 率 为 3 .k p 3 6 bs的 Moe 传 送 , 需 3 m n才 能 传 送 一 帧 dm 则 0i 图像 , 同时 , 不 进 行 压 缩 就 直 接 录 像 存 盘 , 张 3 G 的 若 一 0 硬 盘 也 只 能 存 储 6 mi 图 像 , 然 , 须 对 数 字 图 像 采 5 n的 显 必 取 高 效 率 的 压 缩 方 法 , 减 少 数 据 存 贮 空 间 和 传 输 时 以 间 , 低成 本 . 降 电 气 化 铁 路 通 信 线 路 一 般 靠 近 铁 路 沿 线 , 到 的 随 受 机干扰 非常 大 , 信 环境也 非 常恶 劣 , 虑 到其 特 殊性 , 通 考
传 统 的 压 缩 方 法 如 Moi P G, 2 1 MP G 1 都 t n J E H. 6 和 o E -等 有一 定 的 缺 陷 , 系 统 选 用 自 适 应 能 力 强 的 H. 6 标 本 23
准 .

扑 也 采 用 类 似 结 构 , 时 考 虑 到 带 宽 限 制 , 变 电 站 与 同 各 监 控 中 心 的 通 信 需 分 时 共 享 信 道 , 解 决 多 个 变 电 站 的 以
数据竞 争 通道 问题 .

通 道 拓 扑 结 构 根 据 其 物 理 布 局 不 同 可 分 为 星 型 结
构 (型 和 Ⅱ ) 总 线 结 构 和 链 式 结 构 几 种 , 总 线 型 结 I 型 , 以

构 为 例 , 通 道 结 构 优 点 是 各 个 变 电 所 到 监 控 中 心 共 用 该


条 通 道 , 现 了 资 源 共 享 , 省 了 通 道 资 源 , 别 适 合 实 节 特

铁 路 现 场 情 况 . 个 变 电 所 都 可 以 同 时 收 到 监 控 中 心 下 每

发 的 信 息 , 过 站 地 址 来 判 别 是 否 为 本 站 信 息 . 种 结 通 这
构 的 缺 点 是 由 于 各 个 变 电 所 共 用 一 条 通 道 , 不 采 用 合 如

适 的通信 协议 , 易造 成 通 道 竞 争 而发 生通 信 冲突 . 容 另 外 , 果 通 讯 干 线 某 处 故 障 , 整 个 系 统 的 通 信 都 可 能 如 则 受 到 影 响 , 此 这 种 通 道 结 构 对 通 道 的 可 靠 性 要 求 比较 因 高 . 对 于 图 中 的 星 型 结 构 , 优 点 是 各 个 变 电 所 到 监 而 其 控 中 心 都 有 一 条 独 立 的 通 道 , 存 在 通 道 共 享 而 带 来 的 不
通 道 竞 争 问题 , 个 变 电 站 可 以 同 时 与 监 控 中 心 通 信 . 多

H.6 是 以 H.6 为 基 础 的 进 一 步 扩 展 , 混 合 编 23 21 以
码 为 核 心 , 以 保 证 在 极 低 码 流 下 取 得 比 H. 6 编 码 器 可 21

好 得 多 的 图 像 质 量 . 了 支 持 C F和 Q l 除 I C F外 , 还 增 加 它

了 S I ,C F和 1 C F格 式 的 原 始 图 像 分 辨 率 , 其 QC F 4 I 6I 使
解 码 可 以 同 诸 如 MP G 等 高 比 特 率 视 频 标 准 竞 争 . E 另
外 , 2 3 吸 收 了 MP G 等 其 它 一 些 国 际 标 准 中 的 合 H. 6 也 E

因 此 , 实 时 性 是 所 有 通 道 结 构 中 最 好 的 一 种 , 中 任 其 其 何 一条 通道故 障 , 不 影 响其 它 通 道 的 通 信 ; 点 是 占 都 缺 用 通 道 资 源 太 多 , 信 道 资 源 紧 缺 的 情 况 下 , 种 方 法 在 这
不太适 用 .

理 成 分 , 用 P 帧 预 测 和 半 像 素 精 度 的 运 动 估 计 , 高 采 B 提 了 图 像 质 量 . 6 对 信 道 带 宽 的 要 求 很 低 ( 低 到 Mo H 23 可 — dm 传 输 级 的 1 k i 0 bt , 且 无 论 在 低 于 还 是 高 于 e 5 b -2 k i 并 t ) 6 k i s 宽 的 信 道 上 , 能 产 生 分 辨 率 比 H.6 更 高 4 bt 带 / 均 21 的 图像 ; 时 它 在 线 路 干 扰 较 大 时 , 能 保 证 得 到 较 好 同 也
质量 的图像 . 2 通 信 网 络 方 案 设 计

各 种 通 道 结 构 各 有 其 优 , 点 , 虑 到 视 频 监 控 的 缺 考 特 点 , 保 证 图 像 的 质 量 和 实 时 性 , 荐 采 用 以 光 纤 为 为 推 通 信 介 质 的I 星 型 结 构 或 总 线 结 构 . 型

五, 结



要 对 信 号 进 行 控 制 , 需 要 首 先 解 决 的 问 题 是 视 频 则 信 号 怎 样 进 人 计 算 机 , 即 通 信 网 络 的 配 置 问 题 . 信 也 通
信 道 网 络 是 本 系 统 的 关 键 , 道 的 传 输 介 质 可 为 电 缆 或 通

远 程 视 频 监 控 系 统 对 电 力 系 统 安 全 生 产 有 重 要 的

意 义 , 变 电 所 综 合 自动 化 系 统 的 重 要 补 充 , 别 是 对 是 特 无 人值 班变 电站 的安全 运营 提供 了重要 保 障. 文讨论 本 了 在 变 电 站 远 程 视 频 监 控 系 统 中 采 用 的 网 络 通 信 技 术 以 及 通 道 结 构 , 出 的 系 统 结 构 简 单 , 活 , 有 结 构 合 给 灵 具 理 , 道 适 应 性 强 等 优 点 , 合 用 于 铁 路 变 电 站 的 视 频 通 适
监控 .
参 考 文 献
[ ]钱 清 泉 . 气 化 铁 道 微 机 监 控 技 术 . 京 : 国 铁 道 出 版 1 电 北 中
社 , 0 0 20.

光 纤 , 为 了 提 高 图 像 传 输 速 率 以 及 有 效 抗 电 气 化 干 但
扰 , 荐 采 用 光 纤 通 道 ; 个 变 电 站 与 调 度 中 心 采 用 推 多

D N方 式组 网通信 . D 针对铁路 通 信 系 统 对专 网 的要 求 , 宽 带 信 道 ( 在 如
光 纤 ) , 用 D N( i tl aan t ok ) 术 组 网 较 好 . 下 选 D dg a d t ew rs 技 i

D DN是 一 个 纯 粹 的 数 据 传 输 网 , 支 持 任 何 高 层 协 议 , 可 支 持 数 据 , 像 , 音 的 传 输 业 务 , 传 输 对 用 户 是 全 透 图 声 其

[ 2]唐 慧 明 , 健 . 电 站 远 程 图 像 监 控 系 统 设 计 张 变

电力系统 自

明 的 . 有 高 带 宽 , 延 时 的 特 点 , 通 信 子 网 的 高 层 协 具 低 其
议 均提 交用户 端设 备实现 , 理和 监控 十分简 单 . 管 监 控 中 心 通 过 以 太 网 接 口 规 范 与 网 桥 / 由 器 连 路 接 , 桥/ 由器 通 过 E 接 口规 范 与 通 信 中心 相 接 . 网 路 1 通
讯 机 械 室 可 通 过 光 纤 或 双 绞 线 连 接 到 变 电 所 . 讯 机 械 通

动 化 ,0 1 7 2 0 () [ ]黄 慧 汇 , 三 波 , 维 荣 , 学 光 . 引 变 电 站 多 媒 体 远 程 3 何 陈 陈 牵 监 控 系 统 设 计 及 开 发 . 力 系 统 自动 化 , 0 1 1 : 5~ 电 2 0 ( 2) 4
47.

[ ]梁 春 燕 , 剑 英 智 能 大 厦 的 视 频 监 控 系 统 设 计 . 控 技 4 谢 测
术 , 9 9 1 ): 8 1 9 ( 0 2 ~3 . 0

3 计 算 机 网络 与 通 信 · 6·

《 气 自动 4.2 0 电 e 0 2年 第 5期 }


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