練筆戰(zhàn) 李躍華 袁修建 王世文 隋博 朱磊

（國網(wǎng)某電力公司信息通信公司河南鄭州450052）

1 引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等階段。為了承載IP化的多媒體實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，尤其是充分支持高質(zhì)量的視頻流媒體業(yè)務(wù)，通信網(wǎng)正在不斷朝著寬帶化和IP化方向發(fā)展。電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控智能化、網(wǎng)絡(luò)寬帶化、集成平臺(tái)化和視頻高清化是技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢[1]。

本文介紹的某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站高清視頻智能監(jiān)控平臺(tái)，將先進(jìn)的基于WPON和SIP協(xié)議的技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)，有效地解決了電網(wǎng)現(xiàn)有各變電站遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)接口協(xié)議不兼容、傳輸速率低和視頻圖像質(zhì)量不高等導(dǎo)致通道擁塞及嚴(yán)重影響系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的問題，對于視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新、品質(zhì)提升和規(guī)模應(yīng)用，具有重要意義。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面采用數(shù)字?jǐn)z像和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，隨著電網(wǎng)廣域?qū)拵畔⑼ㄐ啪W(wǎng)和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的全面覆蓋、帶寬提升和業(yè)務(wù)拓展，為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的應(yīng)用提供了技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)支撐。目前國家電網(wǎng)公司電視電話會(huì)議系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋各省、地及其直屬單位，并向高清電視技術(shù)發(fā)展，但尚未延伸到電廠和變電站；各地公司大樓、調(diào)度大樓、高壓變電站和發(fā)電企業(yè)按照安防要求，相繼建成本地安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但因接口不統(tǒng)一，未能滿足遠(yuǎn)程監(jiān)視的要求；隨著無人值守變電站管理模式的全面推廣，部分集控中心站在建或改造遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但未與上級單位的視頻監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)；電力營銷系統(tǒng)的各營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)也在建設(shè)營銷視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

上述各系統(tǒng)從屬于不同部門和專業(yè)，受不同工程投資的限制，在不同時(shí)期隨不同項(xiàng)目建設(shè)，采用多廠家、不同時(shí)期的產(chǎn)品和軟件，由于大部分已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)沒有統(tǒng)一規(guī)劃，導(dǎo)致技術(shù)、接口和協(xié)議不兼容，無法互聯(lián)互通。同時(shí)技術(shù)體制缺乏前瞻性，媒體流與控制信令共用一條HTTP通道，不能分別提取，容易形成瓶頸，在多用戶同時(shí)觀看的情況下，會(huì)重復(fù)占用帶寬，出現(xiàn)通信擁堵，且沒有擁塞控制機(jī)制，不適合組建大規(guī)模的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)質(zhì)量也得不到完全保證。這種狀況制約了電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)朝著網(wǎng)絡(luò)化、可管控和共享性方向發(fā)展，甚至還限制了采用先進(jìn)技術(shù)新建或?qū)⒔ㄏ到y(tǒng)豐富功能的充分發(fā)揮。

3 統(tǒng)一平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

電力在智能電網(wǎng)建設(shè)中為提高電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行和管理的可視化水平，全面解決視頻監(jiān)控系統(tǒng)前期建設(shè)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化、寬帶化、平臺(tái)化和高清化的總體目標(biāo)[2]，建設(shè)覆蓋220 kV、500 kV變電站寬帶網(wǎng)絡(luò)的智能化高清視頻圖像統(tǒng)一平臺(tái)，通過對相關(guān)先進(jìn)成熟技術(shù)的深入研究，前瞻性地采用了基于SIP協(xié)議的軟交換技術(shù)、基于WPON的光傳輸技術(shù)。

3.1 SIP協(xié)議

SIP （Session Initiation Protocol） 協(xié) 議 由 IETF（Internet Engineering Task Force）于1999年提出，是基于IP網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信應(yīng)用信令協(xié)議[3]，是下一代網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議之一，用以解決IP網(wǎng)絡(luò)上的信令控制，在應(yīng)用層建立、修改和終止有多方參與的多媒體會(huì)話進(jìn)程，為所有因特網(wǎng)應(yīng)用提供無所不在的接入，成為連接因特網(wǎng)與電信網(wǎng)及多媒體的媒介。

SIP協(xié)議采用文本格式，信令簡單且靈活，呼叫建立時(shí)間短，具備良好的兼容性，擴(kuò)展性強(qiáng)，很容易增加新業(yè)務(wù)；SIP協(xié)議采用分散控制模式，終端智能化程度高；SIP協(xié)議與IP網(wǎng)絡(luò)有與生俱來的關(guān)聯(lián)，具備同樣的固有優(yōu)勢，滿足NGN需求，具有很好的發(fā)展前景，適合大規(guī)模應(yīng)用。

3GPP和3GPP2是2個(gè)3G陣營的無線通信的標(biāo)準(zhǔn)化組織，都選擇了SIP協(xié)議作為其3G網(wǎng)絡(luò)的呼叫控制協(xié)議。SIP協(xié)議還被國際軟交換組織作為核心控制協(xié)議，已在VoIP和NGN網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了重要作用。電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 517.1-2010《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口第一部分：技術(shù)要求》[4]中也規(guī)定SIP協(xié)議為電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，實(shí)際應(yīng)用也驗(yàn)證了SIP協(xié)議在電網(wǎng)電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)先進(jìn)性和實(shí)施可行性[5]。

3.2 WPON技術(shù)

電力通信骨干傳輸網(wǎng)經(jīng)過多年建設(shè)，已極具規(guī)模，光通信技術(shù)體制也漸趨成熟。隨著智能電網(wǎng)對應(yīng)用端智能化和多樣性的要求，各種光通信技術(shù)在業(yè)務(wù)（包括數(shù)據(jù)、音頻、視頻業(yè)務(wù)）接入網(wǎng)中的應(yīng)用研究不斷深入，國內(nèi)外通信廠家和科研機(jī)構(gòu)結(jié)合市場的需求和應(yīng)用，不斷推出新的技術(shù)和產(chǎn)品，目前較流行的技術(shù)是EPON、GPON和MSTP，這3種技術(shù)都基于TDM，基本可以滿足目前業(yè)務(wù)的發(fā)展，但隨著高清視頻及大帶寬業(yè)務(wù)的需求增加，業(yè)務(wù)的安全性要求也越來越高，在光路上采用波分復(fù)用的WPON（WDM-PON）技術(shù)的應(yīng)用研究受到關(guān)注，WPON技術(shù)能很好地解決現(xiàn)有技術(shù)無法解決的光網(wǎng)絡(luò)寬帶、安全傳輸問題，隨著技術(shù)和產(chǎn)品功能的不斷完善，該產(chǎn)品市場應(yīng)用前景更為廣泛。

無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）可實(shí)現(xiàn)光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）的連接，共享OLT到遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（RN）之間的光纖媒質(zhì)，具有成本低、便于維護(hù)和對各種業(yè)務(wù)透明等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)PON能夠平滑地過渡到FTTH，具有很好的發(fā)展前景。采用波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDM-PON），通過引入WDM技術(shù)使用多波長信道增加系統(tǒng)容量，使得ONU接入能力巨幅提高，同時(shí)光路上的波分復(fù)用也大幅度提高了抗干擾作用，更加符合電網(wǎng)要求。隨著質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的WDM器件不斷出現(xiàn)，電力通信接入網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的逐年增加，帶寬和安全性要求的日益提高，WPON必將成為PON的主流技術(shù)，在電網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 統(tǒng)一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

4.1 平臺(tái)總體架構(gòu)

某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)的一期示范系統(tǒng)，包括省級和地區(qū)級2級平臺(tái)，系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 視頻監(jiān)控統(tǒng)一平臺(tái)總體架構(gòu)圖

變電站原有不同廠家的視頻前端設(shè)備通過電力WPON通道，通過服務(wù)器視頻協(xié)議轉(zhuǎn)換完成信令和媒體流的轉(zhuǎn)換處理，再通過WPON通道接入某公司電力視頻監(jiān)控中心服務(wù)平臺(tái)。中心平臺(tái)采用基于SIP協(xié)議的軟交換系統(tǒng)，適于大容量的設(shè)備接入和擴(kuò)展。地市一級通過構(gòu)建視頻監(jiān)控平臺(tái)，分期分批接入原有不同廠家的視頻前端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與省公司視頻監(jiān)控主站平臺(tái)的統(tǒng)一互聯(lián)。

某電力還同期構(gòu)建了一套輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)，在變電站一并接入統(tǒng)一平臺(tái)，通過監(jiān)測系統(tǒng)對變電站出線線路上的微氣象數(shù)據(jù)、導(dǎo)線溫度、線路覆冰和舞動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，進(jìn)行后臺(tái)系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)對異常情況預(yù)警，并通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)應(yīng)用。

基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)可以與多媒體調(diào)度通信系統(tǒng) [6]、IP視頻會(huì)議系統(tǒng)和廠內(nèi)/站內(nèi)呼叫系統(tǒng)互聯(lián)，可以與SIP話機(jī)、可視電話和WiFi/3G手機(jī)互通，還可以通過語音網(wǎng)關(guān)與傳統(tǒng)交換機(jī)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理的目的。

4.2 平臺(tái)組成

某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)主要由通信服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、管理服務(wù)器、WEB服務(wù)器、IP-SAN存儲(chǔ)設(shè)備、監(jiān)控客戶端和管理客戶端等主要設(shè)備組成，提供各種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控所需功能，實(shí)現(xiàn)了用戶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的統(tǒng)一服務(wù)。平臺(tái)可以通過客戶端工作站和大屏幕電視墻以1 280×720逐行掃描高清晰度同步實(shí)時(shí)顯示變電站視頻圖像信息。通過某級與地區(qū)級平臺(tái)互聯(lián)，驗(yàn)證了Q/GDW 517標(biāo)準(zhǔn)中A接口的性能要求，通過前端系統(tǒng)互聯(lián)驗(yàn)證了Q/GDW 517標(biāo)準(zhǔn)中B接口的性能要求，從而全面驗(yàn)證了Q/GDW 517系列標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施可行性。

4.3 平臺(tái)主要功能

基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)按照"總體設(shè)計(jì)、統(tǒng)一規(guī)劃、逐步建設(shè)"的思路進(jìn)行建設(shè)[7]，設(shè)計(jì)容量可滿足某電力各級視頻監(jiān)控中心逐步接入各廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)容需求，現(xiàn)有中心站和廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分批接入。最終，在某電力基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)基礎(chǔ)上，接入所有直接調(diào)度管轄的廠站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、重要路段輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)、重點(diǎn)場所安全防衛(wèi)系統(tǒng)、營銷營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)和各級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)遠(yuǎn)程視頻圖像的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)的主要功能：①系統(tǒng)管理功能包括：認(rèn)證功能、設(shè)備管理、配置管理、性能管理、故障管理、日志管理、安全管理、用戶權(quán)限管理、計(jì)劃管理、拓?fù)涔芾砗娃D(zhuǎn)發(fā)分發(fā)管理等；②系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能包括：通信功能、實(shí)時(shí)音視頻瀏覽、云臺(tái)控制、錄像功能、回放功能、抓圖功能、報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能、語音對講、電子地圖和與其他系統(tǒng)互聯(lián)等。

5 結(jié)束語

某電力公司通過構(gòu)建基于WPON和SIP協(xié)議的變電站智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)解決了某電力現(xiàn)有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在的一系列問題，為智能電網(wǎng)的建設(shè)、運(yùn)行和管理提供可視化的技術(shù)支撐，具有重要的實(shí)用意義和廣泛的應(yīng)用前景：①通過構(gòu)建視頻監(jiān)控統(tǒng)一平臺(tái)，解決了變電站不同時(shí)期、不同廠家和不同型號(hào)的視頻監(jiān)控設(shè)備的接入難題，實(shí)現(xiàn)了對變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理；②驗(yàn)證了將先進(jìn)的基于WPON和SIP協(xié)議的技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)可行性，通過構(gòu)建兩級平臺(tái)互聯(lián)和協(xié)議轉(zhuǎn)換接入多廠家的設(shè)備，驗(yàn)證了國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施可行性，為今后大規(guī)模的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行了有意義的嘗試，積累了寶貴的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；③通過智能化高清視頻監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用，解決了變電站視頻圖像質(zhì)量不高和傳輸速率低等問題。通過對變電站出線線路進(jìn)行監(jiān)測，并結(jié)合圖像對采集的微氣象、導(dǎo)線溫度和線路覆冰、舞動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，使平臺(tái)的實(shí)用化、網(wǎng)絡(luò)化、高清化和智能化水平得到充分發(fā)揮。

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