淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用

1、    淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用    田長(zhǎng)波靳雷摘要：簡(jiǎn)要介紹電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，五遙的技術(shù)特點(diǎn)和五遙在電力系統(tǒng)起到的作用。對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的詳細(xì)分析，簡(jiǎn)述了視頻編碼、視頻解碼的原理，闡述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及解碼技術(shù)的未來(lái)進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；編碼；遙視；原理abstract abstract: this paper describes the development trend of the power system, five away from the technical characteris

2、tics and the role played by the five remote power systems. detailed analysis of the structure of the video surveillance system, video encoding, video decoding principle, described the status of the video surveillance system and video surveillance systems and decoding technology, the future outlook.k

3、eywords: video surveillance system; coding; clairvoyance; principle中圖分類(lèi)號(hào): tm612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：一、引言從十二五電力規(guī)劃內(nèi)容可以看出，電力行業(yè)正在向高科技、低能耗、綠色、環(huán)保等可持續(xù)方向發(fā)展。水力發(fā)電作為國(guó)家能源組成的一部分，更加符合了規(guī)劃的發(fā)展要求。根據(jù)第五次全國(guó)水能資源普查的結(jié)果來(lái)看，我國(guó)的水資源開(kāi)發(fā)量約為6.76億kw，未開(kāi)發(fā)的水能資源約為3.14億kw。近年來(lái)，水力發(fā)電行業(yè)正在向少人值守水電站和無(wú)人值守變電站的形勢(shì)發(fā)展。目前已有相當(dāng)多的水電站及變電站實(shí)現(xiàn)了“五遙”，即遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視功能

4、。綜合的提升了水電站和變電站的自動(dòng)化程度，提高了水電站和變電站運(yùn)行管理的效率。在四遙的基礎(chǔ)上增加了遙視功能。使運(yùn)行管理部門(mén)可以遠(yuǎn)程監(jiān)視水電站及變電站的設(shè)備運(yùn)行情況，出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)可以及時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)情況以便及時(shí)指揮調(diào)度，把危險(xiǎn)損失降到最低。二、應(yīng)用背景水電站和變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。對(duì)水電站和變電站進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)施少人值班和無(wú)人值班是一項(xiàng)涉及電網(wǎng)電氣設(shè)備、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、通信方式、防火、防盜和運(yùn)行管理等方面的系統(tǒng)工程。少人值守水電站和無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控技術(shù)是20世紀(jì)90 年代后期在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)綜合性技術(shù)。水電站和變電站現(xiàn)有的遙測(cè)、

5、遙調(diào)、遙信、遙控系統(tǒng)雖然能提高變電站的自動(dòng)化水平，但由于管理和技術(shù)等方面的原因，還難以真正實(shí)現(xiàn)水電站和變電站無(wú)人值班。在變電站中安裝上遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng),增加在線(xiàn)遙視功能后，不但就能監(jiān)視、記錄變電站的安全及設(shè)備運(yùn)行情況, 為事后分析事故提供有關(guān)圖像資料, 而且能起防火、防盜等作用。如主變，斷路器，隔離刀閘等運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)圖像。防火防盜等智能設(shè)備報(bào)警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員可通過(guò)實(shí)時(shí)圖像和運(yùn)動(dòng)信息，對(duì)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行綜合監(jiān)控分析，這樣可提高變電站運(yùn)行和維護(hù)的安全性及可靠性，并可逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度，使電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行更為安全可靠。由于過(guò)去技術(shù)及成本的限制，“五遙”技術(shù)僅應(yīng)用于我國(guó)的高

6、壓輸配電系統(tǒng)及其相關(guān)行業(yè)，系統(tǒng)組成復(fù)雜、成本高、精度低、體積龐大，主要由各種電量變送器、數(shù)目可觀的連接電纜、現(xiàn)場(chǎng)管理機(jī)柜、總站管理系統(tǒng)組成，其形式在現(xiàn)在建設(shè)的一些配電監(jiān)控系統(tǒng)中仍可見(jiàn)到，作為中壓系統(tǒng)回路較少的系統(tǒng)中應(yīng)用尚可，但如果應(yīng)用到配電回路較多0.4kv系統(tǒng)，則有些力不從心捉襟見(jiàn)肘，不僅系統(tǒng)成本巨大，實(shí)時(shí)維護(hù)、故障處理復(fù)雜，體積龐大，并且對(duì)管理人員的技術(shù)素質(zhì)要求很高，這也是長(zhǎng)期以來(lái)僅在高中壓輸變電系統(tǒng)應(yīng)用的主要原因。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，國(guó)家的基本設(shè)施建設(shè)如雨后春筍，重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)、高層智能建筑、大型公共設(shè)施、大面積多變電所用戶(hù)的急劇增加，要求與之配套的電氣控制設(shè)備的監(jiān)控技術(shù)已非昔日所成，

7、不僅高壓回路需要自動(dòng)化控制，0.4kv低壓回路也需要監(jiān)控保護(hù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化集中管理，并且對(duì)電力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。我們知道在用戶(hù)10/0.4kv變配電系統(tǒng)中，10kv側(cè)的過(guò)流、過(guò)負(fù)荷等故障在0.4kv側(cè)的回路已先有反應(yīng)，而等到10kv側(cè)保護(hù)動(dòng)作后，受到停電影響的不僅僅是0.4kv側(cè)的故障回路。因此要想減少故障回路對(duì)區(qū)域供電的影響，則需要利用“五遙”監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)0.4kv側(cè)進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)。三、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段。3.1 模擬監(jiān)控系統(tǒng)（cctv）在九十年代初以前，主要是以模擬設(shè)備為主的閉路電視監(jiān)控

8、系統(tǒng)，稱(chēng)為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：1、有限監(jiān)控能力只支持本地監(jiān)控，受到模擬視頻纜傳輸長(zhǎng)度和纜放大器限制；2、有限可擴(kuò)展性系統(tǒng)通常受到視頻畫(huà)面分割器、矩陣和切換器輸入容量限制；3、錄像負(fù)載重用戶(hù)必須從錄像機(jī)中取出或更換新錄像帶保存，且錄像帶易于丟失、被盜或無(wú)意中被擦除；4、錄像質(zhì)量不高錄像是主要限制因素。錄像質(zhì)量隨拷貝數(shù)量增加而降低。3.2 模擬+數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)（dvr）九十年代中期，隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高和視頻技術(shù)的發(fā)展，人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實(shí)現(xiàn)圖像的多畫(huà)面顯示，從而大大提高了圖像質(zhì)量，這種基于pc機(jī)的多媒體主控臺(tái)系統(tǒng)稱(chēng)為第二代數(shù)字化

9、本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其特點(diǎn)是：1、布線(xiàn)復(fù)雜，每臺(tái)前端攝像機(jī)到后端控制都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸；2、受硬盤(pán)錄像機(jī)的限制，擴(kuò)展性差；3、只能通過(guò)硬盤(pán)錄像機(jī)間接訪(fǎng)問(wèn)攝像機(jī)；4、存在磁盤(pán)故障風(fēng)險(xiǎn)。3.3 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)（ipvs）九十年代末，隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算機(jī)處理能力和存儲(chǔ)容量的快速提高，以及各種實(shí)用視頻處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，稱(chēng)為第三代遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和播放為核心，以智能實(shí)用的圖像分析為特色，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命，受到了學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和使用部門(mén)的高度重視。其特點(diǎn)是：1、基于網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號(hào)；2、可擴(kuò)展性強(qiáng)，堅(jiān)固冗余

10、存儲(chǔ)器-可同時(shí)利用scsi、raid以及磁帶備份存儲(chǔ)技術(shù)永久保護(hù)監(jiān)視圖像不受硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器故障影響；3、經(jīng)受權(quán)可遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)任意攝像機(jī)；4、存在網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)。四、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成及原理4.1 系統(tǒng)組成視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為：前端部分（設(shè)備），傳輸部分，后端設(shè)備三大部分。前端主要包括攝像機(jī)、編碼器、報(bào)警色設(shè)備、照明設(shè)備及其他輔助設(shè)備。傳輸可按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為，模擬結(jié)構(gòu)和模數(shù)混合結(jié)構(gòu)采用視頻線(xiàn)纜、控制線(xiàn)纜、電源線(xiàn)纜、光纜；數(shù)字結(jié)構(gòu)采用雙絞線(xiàn)、光纜、isdn。后端設(shè)備主要包括視頻分配器、硬盤(pán)錄像機(jī)、磁盤(pán)整列、視頻解碼器、視頻矩陣、電視墻、視頻服務(wù)器等?，F(xiàn)今常采用的系統(tǒng)模型是模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展的今天

11、有擴(kuò)展出基于網(wǎng)絡(luò)的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)網(wǎng)絡(luò)的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程調(diào)用和訪(fǎng)問(wèn)方面有著一定的優(yōu)越性。圖1 基于網(wǎng)絡(luò)的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)在基于網(wǎng)絡(luò)的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)孕育而生。他從前端到后端都是采用數(shù)字化設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)的成本還太高。但可以說(shuō)他是未來(lái)幾年里視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。圖2 網(wǎng)絡(luò)全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)4.2基本原理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，特別是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。圖像存儲(chǔ)及壓縮技術(shù)的好壞直接影響到系統(tǒng)的可靠性。圖3 模擬、模擬-數(shù)字及數(shù)字系統(tǒng)的基本原理五、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)視頻編碼和解碼視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字視頻應(yīng)用發(fā)

12、展的推進(jìn)器。目前采用的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的主要是由itu-t和iso/iec制定的。如h.261、h.262、h.263、h.264;或是iso/iec的mpeg-1、mpeg-2和mpeg-4等。圖4 混合編碼框架視頻編碼是指通過(guò)特定的壓縮技術(shù)，將視頻文件保存成一種高質(zhì)量和高效存儲(chǔ)利用的方法。視頻信號(hào)的傳輸由于信息量大，傳輸網(wǎng)絡(luò)寬帶要求高，如果直接對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸，以現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)寬帶來(lái)看很難達(dá)到，所以就要求我們?cè)谝曨l信號(hào)傳輸前先進(jìn)行壓縮編碼，即進(jìn)行視頻源壓縮編碼，然后再傳送以節(jié)省帶寬和存儲(chǔ)空間。對(duì)于視頻壓縮有兩個(gè)最基本的要求：1.必須壓縮在一定的帶寬內(nèi)，即視頻編碼器應(yīng)具有足夠壓縮比的功能。2.視頻信號(hào)壓縮之后，經(jīng)恢復(fù)應(yīng)保持一定的視頻質(zhì)量。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，我們常常需要兩份碼流，一份為了本地存儲(chǔ)，需要高分辨率高質(zhì)量的視頻，另一份是為了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心實(shí)時(shí)查看，需要低分辨