郭鵬慧

（黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，青海 西寧 810008）

黃河公司集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設及應用

郭鵬慧

（黃河上游水電開發(fā)有限責任公司，青海 西寧 810008）

摘要：介紹了黃河上游水電開發(fā)有限責任公司集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的項目情況，從建設目標、設計思路開始，著重對建設方案進行了介紹，并對系統(tǒng)的后期規(guī)劃提出了建議。系統(tǒng)一期項目已接入7個水電站，運行情況良好，能夠滿足可視化生產(chǎn)管理、遙控操作視頻復核的需求。

關鍵詞：集控中心；視頻監(jiān)控；改造接入；中心平臺；關鍵技術

0　引言

黃河上游水電開發(fā)有限責任公司（以下簡稱：黃河公司）成立以來，積極遵循“流域、梯級、滾動、綜合”的開發(fā)原則，致力于黃河上游水電資源和新能源開發(fā)。目前，黃河公司下屬水電與新能源電站共計35座（包括水電站14座、光伏電站17座、風電站4座），總裝機容量為1 222.63萬kW，其中水電站1 098.2萬kW，新能源電站124.43萬kW，并實現(xiàn)了水、新能源發(fā)電有效互補運行。

為實現(xiàn)黃河公司所屬水電、新能源電站的無人值班、集中控制管理，需要建立一個統(tǒng)一的管理平臺，對各電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行實時監(jiān)控及統(tǒng)一管理。從2013年起，黃河公司就啟動了集控中心一期項目建設，陸續(xù)接入了班多、拉西瓦、龍羊峽、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽7個水電站，并充分考慮系統(tǒng)擴展性，為接入剩余的投運電站（包括水電、風電、光伏等電站）和規(guī)劃建設的電站預留接口。

本文將介紹黃河公司集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設方案及應用情況，并對后期規(guī)劃提出了建議。

1　建設目標

黃河公司為提升管理水平，計劃逐步對公司所有電站實現(xiàn)無人值班、集控運行。公司實現(xiàn)集控運行后，集控運行人員主要負責電站機電設備運行監(jiān)視、機組負荷調(diào)整、開停機、開關操作等。為提高無人值班電站的運行可靠性，保證電站的安全生產(chǎn)，需通過公司VPN廣域網(wǎng)或2M網(wǎng)絡專線方式，將電站生產(chǎn)現(xiàn)場的視頻圖像遠距離傳輸?shù)轿鲗幖刂行模辜刂行牡倪\行值班、管理人員可以24 h全天候監(jiān)視并記錄電站的現(xiàn)場安全以及設備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)、處理事故，從而提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性，并為相關部門提供事后分析事故的有關資料，各個電站錄像、監(jiān)控數(shù)據(jù)都保存在本地，而對于各個電站非常重要的數(shù)據(jù)，不僅需要本地保存，還需要在集控中心進行保存，對于傳輸至集控中心的視頻圖像存儲不少于30 d。

2　設計思路

本期項目的建設目標是在公司集控中心建設視頻監(jiān)控中心，接入前端各電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對于各電站設備及系統(tǒng)，最大程度上保證不變動，如需變動則盡量保證少變動，保持原有視頻系統(tǒng)模式及操作習慣，但對于個別電站系統(tǒng)建設時間已久，設備老化較為嚴重，可在保證系統(tǒng)功能的基礎上對原有系統(tǒng)及設備進行少量維護以保證系統(tǒng)可用。因此設計思路如下：

各電站的視頻系統(tǒng)監(jiān)控中心負責將本地現(xiàn)場的視頻圖像、控制設備進行集中處理，統(tǒng)一標準數(shù)字化后通過網(wǎng)絡傳輸?shù)郊刂行牡谋O(jiān)控中心；

各電站監(jiān)控中心負責管理、監(jiān)控本電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，保存前端設備的配置信息、報警記錄、本地用戶帳戶、操作記錄、存儲等，同時將所有視頻進行轉(zhuǎn)發(fā)，提供給各監(jiān)控終端，提供WEB監(jiān)控功能和專業(yè)監(jiān)控軟件；

集控中心作為全公司各電站視頻的集中監(jiān)控中心，是一個功能完善、能夠單獨工作的基本單元，通過VPN廣域網(wǎng)或2M專線網(wǎng)絡連接著所有電站的視頻監(jiān)控中心，系統(tǒng)中的所有網(wǎng)絡設備（前端視頻處理單元、各類服務器、監(jiān)控工作站）利用公司集控中心和各電站局域網(wǎng)現(xiàn)有設備，如網(wǎng)絡端口不夠根據(jù)現(xiàn)場情況進行擴充；

集控中心統(tǒng)一管理平臺系統(tǒng)能兼容公司現(xiàn)有的電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)各攝像點，并實現(xiàn)平滑過渡，還需考慮黃河上游已建和在建電站及大通河流域及光伏等電站接入預留接口，最少可管理前端編解碼服務器100個，監(jiān)控點位1 300個，并能進行完善擴容；

系統(tǒng)采用模塊化設計，各部分都是系統(tǒng)中的獨立模塊，整個系統(tǒng)沒有瓶頸，媒體轉(zhuǎn)發(fā)平面和設備控制平面相分離并且相互不影響，可以方便的進行擴充，任何一個模塊均可以單獨增減，而不影響系統(tǒng)的正常運行。

3　建設方案

3.1系統(tǒng)架構

黃河公司集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由前端各電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡傳輸以及集控中心監(jiān)控管理平臺三個相互銜接、缺一不可的部分組成。前端系統(tǒng)主要負責對水電站內(nèi)的視頻進行采集、編碼、存儲及上傳。視頻監(jiān)控系統(tǒng)利用公司現(xiàn)有的廣域網(wǎng)進行圖像傳輸和實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能。集控中心配置服務器管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡磁盤陣列、客戶端等。服務器管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對各電站視頻設備的認證接入、管理、實時預覽、云臺控制、錄像檢索、錄像回放等功能。

系統(tǒng)架構圖如圖1所示：

圖1系統(tǒng)架構

3.2前端系統(tǒng)接入

黃河公司建成投運的電站都已部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但存在建設年代、建設廠家、采用技術、使用設備各不相同等一系列問題，不便于總部對各單位視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接入管理。

黃河公司已建視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要可分為以下兩種模式：

模式一：系統(tǒng)由模擬攝像機、視頻分配器、模擬矩陣、顯示器、控制鍵盤、控制碼分配器、數(shù)字硬盤錄像機、客戶端電腦等組成，模擬矩陣主要負責實時視頻切換顯示和云臺控制，數(shù)字硬盤錄像機主要負責視頻的采集、編碼、存儲及上傳，客戶端電腦主要負責視頻實時預覽、錄像檢索、錄像回放等功能（見圖2）。

圖2監(jiān)控系統(tǒng)模式一結構

模式二：系統(tǒng)由模擬攝像機、數(shù)字硬盤錄像機、監(jiān)視器、客戶端電腦等組成，數(shù)字硬盤錄像機主要負責視頻的采集、編碼、存儲及上傳，客戶端電腦主要負責視頻實時預覽、錄像檢索、錄像回放等功能（見圖3）。

圖3監(jiān)控系統(tǒng)模式二結構

由于前端數(shù)字硬盤錄像機投運時間不同、廠家不同，大多無法滿足國標（GB/T28181）要求。對于該類數(shù)字硬盤錄像機的接入，目前主流接入方式都是通過定制中心平臺軟件來實現(xiàn)接入，但該方式無法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

無論模式一還是模式二，都可通過部署監(jiān)控中心接入服務器來實現(xiàn)系統(tǒng)接入。監(jiān)控中心接入服務器的作用相當于中心平臺的協(xié)議及碼流轉(zhuǎn)換服務器，完全拋棄各個監(jiān)控現(xiàn)場的個體化差異，由軟件調(diào)用大型關系數(shù)據(jù)庫，通過預先對各個廠家、各種不同編碼方式SDK開發(fā)包的調(diào)用，在前端系統(tǒng)上傳視頻時，即可輸出標準協(xié)議及碼流。在集控中心通過同一客戶端，即可瀏覽不同監(jiān)控現(xiàn)場、不同廠家、不同編碼方式的視頻信息，真正做到無區(qū)域，無差異，純網(wǎng)絡的網(wǎng)絡監(jiān)控。在接入改造過程中，對于已無法提供SDK開發(fā)包或超過使用年限的設備，我們將進行更新替換。

3.3中心平臺建設

中心平臺作為黃河公司所有電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的匯聚點，管理下屬電站的所有設備，接收所轄電站上傳的視頻和設備信息，滿足集控中心管理人員及相關職能部門用戶視頻查看、云臺控制的需求。中心平臺主要由服務器管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡磁盤陣列、客戶端等組成。

平臺服務器采用分布式部署、獨立運行，各服務器都可以支持應用集群的方式冗余進行配置和在線擴充，具備彼此的應用服務器接管能力。集控中心平臺采用?？低暜a(chǎn)品，主要是系統(tǒng)管理服務器、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器、流媒體存儲服務器、視頻矩陣服務器等。其他軟件模塊可安裝在這些服務器實現(xiàn)功能。

系統(tǒng)管理及數(shù)據(jù)庫服務器能夠連接前端各不同地區(qū)單位內(nèi)的DVR、DVS、IP攝像機、報警設備等的接入，支持任意選擇監(jiān)控點的音視頻流進行實時監(jiān)視、錄像、錄像回放，支持前端報警信號的接入。同時具備設備管理、用戶管理、權限管理、視頻資料保存策略管理、應急預案管理、系統(tǒng)運行日志管理、存儲資源管理、前端設備狀態(tài)管理等管理功能。為確保視頻監(jiān)控系統(tǒng)中心平臺的可靠性，集控中心系統(tǒng)管理及數(shù)據(jù)庫服務器采用雙機熱備運行方式，流媒體服務器可接收媒體終端發(fā)送的組播實時視音頻數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)換成單播流轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)給多個視頻客戶端；可接收單播實時視音頻數(shù)據(jù)流，轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)給多個視頻客戶端；基于標準的RTSP、RTP協(xié)議為視頻客戶端提供媒體點播服務，支持用戶在線數(shù)和視頻流轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)在100路以上。流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務器側(cè)重于視頻實時預覽的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)，流媒體存儲服務器側(cè)重于前端重要視頻備份到中心網(wǎng)絡磁盤陣列的流媒體轉(zhuǎn)發(fā)。

視頻矩陣服務器提供大屏管理、輪巡計劃執(zhí)行及視頻解碼等功能。支持高清圖像上墻，支持監(jiān)視屏計劃輪巡視頻，支持手動配置監(jiān)視屏顯示視頻，支持監(jiān)視屏圖像云臺控制，支持鍵盤控制監(jiān)視屏圖像播放、云臺控制、報警輸出窗口切換，支持監(jiān)視屏及客戶端圖像同步顯示，支持監(jiān)視屏解碼音頻控制。同時通過服務器內(nèi)置的解碼擴展卡可實現(xiàn)前端電站的網(wǎng)絡視頻信號硬解碼上大屏幕顯示設備。集控中心部署網(wǎng)絡磁盤陣列對前端重要區(qū)域及重要視頻圖像進行備份錄像集中存儲，前端系統(tǒng)采用視頻處理單元實現(xiàn)分布式存儲，分布式存儲與集中備份存儲的有效結合，可大大提高錄像資料保存的安全性與可靠性，減少由于錄像視頻資源丟失帶來的風險。

4　應用功能

4.1實時監(jiān)控

實時獲得監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，各種型號系統(tǒng)的攝像機可以滿足不同區(qū)域監(jiān)控點的監(jiān)控需求，實現(xiàn)24 h不間斷監(jiān)控。并且可以對帶云臺設備的進行云臺操作，對視角、方位、焦距的調(diào)整，實現(xiàn)全方位、多視角、無盲區(qū)、全天候式監(jiān)控。

4.2錄像存儲

本系統(tǒng)支持前端存儲和中心存儲兩種模式，前端的視音頻信號接入數(shù)字硬盤錄像機存儲數(shù)據(jù)，達到前端存儲的需要，以供事后調(diào)查取證；也可部署網(wǎng)絡磁盤陣列，適合中心備份存儲需求。

4.3語音功能

通過廣播功能，工作人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場工作進行指導，對違章操作進行警告；通過語音對講，上級管理部門能夠和電站現(xiàn)場人員進行溝通。

4.4報警預案

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)和其他安全防范系統(tǒng)的關聯(lián)，能夠提供豐富的視頻預案：客戶端聯(lián)動、電視墻聯(lián)動、報警錄像等。有助于相關部門第一時間發(fā)現(xiàn)事故點，迅速做出反應，把事故損失控制到最小范圍。

4.5巡檢預案

系統(tǒng)支持可視化巡檢預案，按人工巡檢的路線，把沿途多個監(jiān)控點的多個預置位添加進預案，一旦發(fā)現(xiàn)問題可截圖并標注問題，及時通知相關部門。相較于人工巡檢、手工紙質(zhì)記錄的傳統(tǒng)巡檢方式，該預案可大大提高巡檢質(zhì)量及到位率。

4.6業(yè)務聯(lián)動

通過電力行業(yè)標準協(xié)議與生產(chǎn)系統(tǒng)對接后，當遙控操作或發(fā)生故障時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)將收到生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)送的遙控、遙信信號，聯(lián)動相關監(jiān)控點的預置點，實現(xiàn)可視化運行管理。

4.7遠程維護

通過平臺軟件能夠?qū)η岸嗽O備進行校時、重新啟動、修改參數(shù)、軟件升級、遠程維護等高的設備維護效率。

4.8系統(tǒng)管理

通過平臺軟件能夠進行全方位管理，提供中心管理、Web服務、認證授權、日志管理、資產(chǎn)管理、地圖管理、流媒體服務、云臺代理、存儲管理、文件備份、設備代理、移動服務、報警管理、顯示系統(tǒng)代理、網(wǎng)管服務等系統(tǒng)服務，提高整套系統(tǒng)的工作效率。

5　關鍵技術

5.1零通道編碼技術

零通道編碼是指網(wǎng)傳時可以將多畫面（如16畫面）糅合成一個通道傳輸?shù)墓δ?，此時雖然可看到16個畫面，但不是傳輸16個通道分開的數(shù)據(jù)，而是將16畫面整合成一個畫面在傳，數(shù)據(jù)量只相當于傳一個通道的數(shù)據(jù)。圖像的多畫面分割由主CVBS設置決定，傳輸數(shù)據(jù)量（帶寬）由碼率上限決定。該方式將充分獲取監(jiān)控圖像信息，節(jié)省網(wǎng)絡傳輸帶寬。

5.2 3G/4G視頻監(jiān)控技術

現(xiàn)階段運營商移動網(wǎng)絡的覆蓋普及，3G/4G應用已非常普及，各大視頻監(jiān)控廠家也紛紛推出移動監(jiān)控模式，利用移動網(wǎng)絡和手持管理終端（手機、平板）進行遠程視頻監(jiān)控已成了趨勢。3G/4G網(wǎng)絡的覆蓋，使領導、專家能夠通過手持管理終端隨時隨地掌握現(xiàn)場狀況，為日常管理、應急指揮帶來了便利。

5.3與電調(diào)自動化系統(tǒng)的聯(lián)動

中心平臺具備與集控中心電調(diào)自動化系統(tǒng)通信接口，實現(xiàn)視頻聯(lián)動功能，通過與集控電調(diào)自動化系統(tǒng)通訊，實現(xiàn)集控電站現(xiàn)場出現(xiàn)事故及故障時，同步切換監(jiān)控視頻至事故及故障位置視頻監(jiān)控點。實現(xiàn)集控對電站遠程實時操作，同步切換監(jiān)控視頻至操作動作位置視頻監(jiān)控點。

6　后期規(guī)劃

本期項目的主要目標是在公司集控中心建設視頻監(jiān)控中心，盡量少改或不改前端監(jiān)控點。但在設計之初我們就考慮了系統(tǒng)的后續(xù)升級，因此中心平臺具備高清、智能設備的接入能力。同時，為了便于系統(tǒng)的后續(xù)運行維護，考慮采用視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)，來實現(xiàn)對前端設備的視頻質(zhì)量診斷。

6.1高清監(jiān)控

高清監(jiān)控在電力行業(yè)的應用越來越廣，帶來了一系列好處，圖像清晰度更高。在電站的一些重要監(jiān)控點（重要儀表、設備運行狀態(tài)、位置節(jié)點的監(jiān)視），應采用高清攝像機可以獲取高清晰度的監(jiān)控畫面，能更清楚地呈現(xiàn)。高清監(jiān)控技術的采用，使場景覆蓋范圍更廣，減少單位面積監(jiān)控點的數(shù)量，可以提高監(jiān)控效能，減少設備投資。使細節(jié)更清晰，大大提高智能視頻分析的精度，有利于圖像識別和智能視頻分析的應用。

高清監(jiān)控帶來了眾多好處，但對于網(wǎng)絡帶寬及存儲空間提出了更高的要求，因此我們后期將選擇低碼率高清攝像機。采用H.264High Profile編碼方式的攝像機，同等情況下720 P高清圖像所占的最大網(wǎng)絡帶寬為2Mb/s，只有原來的一半。同時采用ROI感興趣區(qū)域編碼技術的攝像機，可對重點區(qū)域進行編碼優(yōu)化，也能有效的節(jié)省帶寬占用。

6.2智能分析

隨著視頻智能分析技術的成熟，在電力視頻監(jiān)控及業(yè)務實戰(zhàn)上的應用越來越廣。越界檢測、區(qū)域入侵檢測、物體拿取檢測被應用于日常的安全防范，可以有效保障電力系統(tǒng)的運行環(huán)境；區(qū)域入侵檢測、智能視頻跟蹤同樣可應用于日常的人員管控，預防工作人員誤跑帶電間隔，造成人員傷亡、設備故障；智能開關分析、智能表計讀數(shù)可應用于日常的運行管理，對集控中心的遙控結果進行可視化復核，確保操作命令能夠正確執(zhí)行。

6.3視頻質(zhì)量診斷

視頻質(zhì)量診斷系統(tǒng)是一套智能化視頻故障分析與預警系統(tǒng)，其通過對前端設備傳回的碼流進行解碼以及圖像質(zhì)量評估，對視頻圖像中存在的質(zhì)量問題進行智能分析、判斷和預警。系統(tǒng)采用輪巡的方式，在短時間內(nèi)對大量的前端設備進行檢測；檢測內(nèi)容包括多種視頻故障，如清晰度異常（圖像模糊），亮度異常（過亮、過暗），偏色，噪聲干擾（雪花、條狀、滾屏），畫面凍結，以及信號丟失；同時支持模擬和數(shù)字視頻接入，對于第三方私有碼流，需要提供其SDK。

7　結語

黃河公司視頻監(jiān)控系統(tǒng)一期項目已接入7個水電站，監(jiān)控區(qū)域包括大壩、閘門、廠房、生活區(qū)等，投運至今運行情況良好，能夠滿足集控運行人員電站機電設備運行監(jiān)視、機組負荷調(diào)整、開停機、開關操作等視頻監(jiān)控需求。隨著視頻監(jiān)控技術的發(fā)展，電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要性與日俱增，可視化管理需求將越來越緊迫，無論是規(guī)模大、規(guī)模小的電站，都會迎來新一輪的改革浪潮。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在本項目的應用，為生產(chǎn)管理系統(tǒng)提供了有效的信息支撐，也為安全生產(chǎn)提供了堅強的技術保障。

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0029-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.008

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：郭鵬慧（1964-），女，工程師，從事水電廠自動化的技術工作。