瞿萬軍，何 婷，張海龍，時小倩，文正國

（1.國能長源恩施水電開發(fā)有限公司，湖北 恩施 445000；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

國能長源恩施水電開發(fā)有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在運水電站40 座，于2022 年新建恩施集控中心，第一期計劃接入11 個下轄水電站，由集控中心統(tǒng)一管理。這11個水電站均是中小型水電站，地處偏僻，為了優(yōu)化人員配置，減少運維成本，降低電站的運行、管理、檢修難度，避免有經(jīng)驗的管理和技術人才被分散到這些電站中，集控中心開展了中小水電站群智能遠程集控系統(tǒng)關鍵技術研究，建立一個集監(jiān)控、水調(diào)自動化、梯級流域經(jīng)濟運行、大壩安全監(jiān)測等業(yè)務應用于一體的集控自動化系統(tǒng)。

集控中心與各廠站進行“四遙”信號（遙測、遙信、遙調(diào)、遙控）的交互[1]，在安全Ⅰ區(qū)完成實時狀態(tài)的監(jiān)視和控制功能，同時為了更直觀地對廠站的設備狀態(tài)和環(huán)境進行監(jiān)視，增加了遙視信號，即把各電站的視頻信號統(tǒng)一接入集控中心的安全Ⅲ區(qū)中。通常情況下，計算機監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)是兩套孤立的系統(tǒng)，且分布于不同的安全區(qū)，不能實現(xiàn)信號的互通和聯(lián)動。集控中心的業(yè)務要求值班員同時對多個廠站進行監(jiān)盤，若需要同時兼顧兩套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，則監(jiān)盤難度大，工作強度高，不利于安全生產(chǎn)和人性化管理。因此在恩施集控中心研究計算機監(jiān)控系統(tǒng)視頻聯(lián)動功能，實現(xiàn)安全Ⅰ區(qū)“四遙”信號與安全Ⅲ區(qū)視頻信號聯(lián)動，提高監(jiān)盤效率和事故處理的速度及準確度[2]。

1 監(jiān)控系統(tǒng)與視頻系統(tǒng)聯(lián)動的實現(xiàn)架構

恩施集控中心的自動化系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研發(fā)的iP9000 智能一體化平臺[3]，該平臺采用面向服務（SOA）的架構，低耦合的結(jié)構使得二次開發(fā)更為靈活方便，針對視頻聯(lián)動的需求，在軟件層面單獨開發(fā)了一個模塊來實現(xiàn)和視頻系統(tǒng)的交互。

1.1 一體化平臺的數(shù)據(jù)跨區(qū)交互

與廠站進行數(shù)據(jù)交互的功能一般位于集控中心的安全Ⅰ區(qū)，視頻系統(tǒng)一般位于集控中心的信息管理大區(qū)，即安全Ⅲ區(qū)。安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅲ區(qū)由正反向物理隔離裝置來進行安全區(qū)的分隔，以避免外部非法侵入，在沒有特殊配置和執(zhí)行程序的情況下，安全Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的系統(tǒng)是完全獨立，互不關聯(lián)的，如何快速地將Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)連通起來是首先需要解決的問題。iP9000 智能一體化平臺提供跨安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分區(qū)的信息自動同步機制，支持在滿足安全規(guī)范下的不同分區(qū)之間數(shù)據(jù)與信息的平臺級透明傳輸，簡化了不同系統(tǒng)和應用的跨區(qū)交互實現(xiàn)。安全Ⅰ區(qū)到安全Ⅲ區(qū)，iP9000 采用TCP 的連接方式，將安全Ⅰ區(qū)的系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、文件、命令等快速地同步到安全Ⅲ區(qū)；安全Ⅲ區(qū)將數(shù)據(jù)記錄到文件中，通過反向隔離的傳輸工具將文件傳輸?shù)桨踩駞^(qū)，再由一體化平臺解析為可使用的數(shù)據(jù)或文件。

1.2 視頻聯(lián)動功能

安全Ⅰ區(qū)采集的廠站側(cè)信號或下發(fā)場站的命令傳送到安全Ⅲ區(qū)后，再由Ⅲ區(qū)的視頻聯(lián)動軟件將這些需要觸發(fā)視頻聯(lián)動的信號發(fā)送到視頻系統(tǒng)，視頻系統(tǒng)解析該信號，通過服務接口轉(zhuǎn)動攝像頭聚焦至預設位置，并在其平臺上推出相關的視頻畫面。

視頻聯(lián)動軟件在啟動時會將數(shù)據(jù)集范圍內(nèi)的所有模擬量、開關量和電能量對象的當前實時值全送一次，以確保訂閱者可以獲取到最新的數(shù)據(jù)。在運行過程中，視頻聯(lián)動軟件不再周期全送數(shù)據(jù)，因為平臺數(shù)據(jù)采集本身已經(jīng)具有周期全送功能。這樣可以避免重復發(fā)送數(shù)據(jù)，降低網(wǎng)絡開銷和資源占用。

視頻聯(lián)動軟件在運行過程中會根據(jù)實時數(shù)據(jù)變化情況，只發(fā)送有變化的數(shù)據(jù)，以減少網(wǎng)絡傳輸開銷并提高數(shù)據(jù)傳輸效率，同時也支持根據(jù)訂閱者的需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時推送和歷史查詢等功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動軟件實現(xiàn)方式

恩施集控中心基于iP9000 一體化平臺視頻聯(lián)動軟件是一體化平臺的一個模塊，采用發(fā)布實時數(shù)據(jù)的方式，對外實時發(fā)布全部或部分實時數(shù)據(jù)，包括采集的模擬量、開關量、電度量、監(jiān)控系統(tǒng)下令的信息以及平臺內(nèi)部信息等，具體發(fā)布的對象范圍可通過配置確定。

視頻聯(lián)動軟件支持UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）和MQTT（消息隊列遙測傳輸）協(xié)議，使得該軟件具有更多的可適配性。除視頻聯(lián)動以外的其他應用場景，也可使用視頻聯(lián)動軟件的發(fā)布功能進行實時數(shù)據(jù)的發(fā)布。

UDP 是一個簡單的面向數(shù)據(jù)報的傳輸層協(xié)議，沒有超時重發(fā)的機制，因此傳輸速度極快，能快速地將采集的信號發(fā)布出去[4]。集控中心安全Ⅲ區(qū)的網(wǎng)絡環(huán)境是專用的局域網(wǎng)，因此網(wǎng)絡環(huán)境較為穩(wěn)定，帶寬高，采用UDP 的協(xié)議來進行視頻聯(lián)動功能的實現(xiàn)，配置簡單，只需配置發(fā)布的目的地址和端口，并且能夠支持單播、組播和廣播，能滿足實際應用場景需求。

MQTT 協(xié)議是一個即時通信協(xié)議，并且能在帶寬低、計算能力有限、不可靠的網(wǎng)絡環(huán)境下保障消息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性[5]，使消息“至少一次”到達視頻系統(tǒng)，但有可能發(fā)生消息重復的情況。

在恩施集控的應用場景中，因為具有較好的網(wǎng)絡環(huán)境，視頻系統(tǒng)需要更加靈敏地接收到監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?，因此這里選擇采用UDP 協(xié)議來完成視頻聯(lián)動功能的信號傳輸。在為期半年的測試中，基本沒有發(fā)生信號丟失的情況，在現(xiàn)場使用效果良好。

3 監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動規(guī)約定義

iP9000 一體化平臺與視頻系統(tǒng)進行聯(lián)動，除了協(xié)議的選擇外，還需要對發(fā)送的信息點的內(nèi)容和規(guī)約進行定義，雙方達成一致后即可進行消息的發(fā)送和解析。

這里采用JSON 格式表示消息內(nèi)容。格式分為實時數(shù)據(jù)和命令消息格式，兩種格式以不同的鍵名來區(qū)分，其值域均為數(shù)組類型，可以包含1 條或多條對象數(shù)據(jù)。一體化平臺和視頻系統(tǒng)之間的信號點，以一體化平臺的定義測點名稱為主，盡可能地減少系統(tǒng)內(nèi)部的轉(zhuǎn)換造成識別的錯誤。視頻系統(tǒng)只需要將測點和攝像頭的編號對應起來，當收到消息時匹配攝像頭，推出相應的視頻畫面，實時跟蹤展示監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵信息點或下令信息相關的設備狀態(tài)。

實時數(shù)據(jù)格式又分為模擬量、開關量、脈沖量、數(shù)字量和通用對象，消息傳輸時攜帶該點的值、數(shù)據(jù)質(zhì)量、發(fā)生的時間和數(shù)據(jù)的其他內(nèi)容（針對通用對象）。命令消息格式的消息攜帶命令產(chǎn)生的時間、命令類型、監(jiān)控系統(tǒng)的操作碼及調(diào)節(jié)操作的設置值。當視頻系統(tǒng)接收到這些消息的詳細信息時，不僅可以推出視頻畫面，還能在展示界面的說明位置處顯示其相關點的實時狀態(tài)、發(fā)生時間等信息，讓值班人員能夠清晰地判斷視頻聯(lián)動產(chǎn)生的原因，并能直觀地看到視頻聯(lián)動展現(xiàn)的結(jié)果。

4 結(jié)論

恩施集控，是跨流域、多個中小型水電站的集中控制系統(tǒng)，iP9000 一體化平臺助力集控中心完成多重智能化監(jiān)盤，視頻聯(lián)動模塊是其中一種。視頻聯(lián)動的應用讓操作、告警等重要信號更加直觀和及時地告知值班人員，降低值班人員的監(jiān)盤壓力，并能在可視化的監(jiān)盤中及時發(fā)現(xiàn)設備的異常情況，減少設備的損耗及查找問題的人工成本?；趇P9000 一體化的視頻聯(lián)動軟件充分考慮了多種場景的使用情況，預設了UDP 和MQTT 協(xié)議，更具有通用性，推進了智能化水電監(jiān)控的發(fā)展。