遙視系統(tǒng)在電力變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、遙視系統(tǒng)在電力變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用【摘要】表達(dá)了遙視系統(tǒng)在電力變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出了研制遙視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，分析了遙視系統(tǒng)的組成及其功能特點(diǎn)，對視頻圖像傳輸?shù)膸追N方案進(jìn)展了比照，并對遙視系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)展了展望。1引言隨著電力工業(yè)迅速開展，中國正在進(jìn)展“網(wǎng)廠分開、競價(jià)上網(wǎng)的改革，以便開放電力市場，引入競爭機(jī)制，降低發(fā)電本錢，合理利用資源，并最終使用戶獲利。而電力市場不斷完善后，將允許用戶參與電力市場的競爭，消費(fèi)調(diào)度與市場交易一體化，調(diào)度的作用和地位進(jìn)一步進(jìn)步。這就要求變電站實(shí)現(xiàn)無人/少人值守，裁員增效。根據(jù)我們的理解，目前國內(nèi)只有廣東、江蘇等興旺省份的局部變電站實(shí)現(xiàn)了“四

2、遙(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))和無人值班(其實(shí)是無人值班，有人值守形式)，調(diào)度值班人員在遠(yuǎn)方控制中心即可能對變電站的各類電氣參數(shù)進(jìn)展監(jiān)視，對斷路器與電動(dòng)刀閘進(jìn)展控制。遺憾的是，四遙不涉及變電站環(huán)境(如防盜、防火、防爆、防漬、防水汽泄漏等)的監(jiān)控內(nèi)容，人們對這種“無人值班心存疑慮。隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的不斷成熟，數(shù)字視頻技術(shù)的日臻完善，現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的開展，使得數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬不斷向上打破，為視頻監(jiān)控技術(shù)的研制提供了必需的基矗因此，遠(yuǎn)程圖像控制與信息管理即遙視系統(tǒng)的研究課題，列入了議事日程。2設(shè)計(jì)思想變電站遙視系統(tǒng)主要是把變電站現(xiàn)場的監(jiān)視圖像、聲音、報(bào)警信號和各種設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)展采集處

3、理，采用先進(jìn)的圖像編解碼壓縮技術(shù)和傳輸技術(shù)，集設(shè)備監(jiān)控、圖像采集、閉路監(jiān)視、圖像監(jiān)視預(yù)報(bào)聯(lián)動(dòng)和視頻圖像等功能于一體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。研制該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)充分考慮用戶的詳細(xì)要求和當(dāng)?shù)氐脑敿?xì)情況，建立在高起點(diǎn)的技術(shù)之上，按無人值班方案進(jìn)展設(shè)計(jì)。首先，系統(tǒng)應(yīng)能滿足無人值班變電站的要求，具有高度的可靠性和工作的連續(xù)性，可以24h連續(xù)監(jiān)控?cái)?shù)十個(gè)變電站。其次，系統(tǒng)應(yīng)具有多畫面視窗，116個(gè)畫面任意分割方式；圖像明晰，畫面流暢，徹底杜絕馬賽克、圖像邊沿鋸齒及拖動(dòng)現(xiàn)象；在保證高品質(zhì)畫面的同時(shí)，降低傳輸碼流，實(shí)現(xiàn)了真正的海量存儲。再者，系統(tǒng)應(yīng)提供透明通道，滿足多種高、低速通信通道。3系統(tǒng)組成遙視系統(tǒng)的根本配置如下圖

4、。遙視系統(tǒng)由多個(gè)遠(yuǎn)程現(xiàn)場和一個(gè)監(jiān)控中心組成，在遠(yuǎn)程現(xiàn)場和監(jiān)控中心之間有p2通訊線路連接。在每個(gè)現(xiàn)場均有假設(shè)干攝像機(jī)。攝像機(jī)的鏡頭、云臺可控，并可加假設(shè)干傳感器、警燈、警號等外圍設(shè)備。在監(jiān)控中心可以任意監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場，并搜集各現(xiàn)場的報(bào)警信息。監(jiān)控中心由中心機(jī)房內(nèi)部的多媒體監(jiān)控主機(jī)和機(jī)房以外的網(wǎng)絡(luò)分控計(jì)算機(jī)組成。系統(tǒng)可以隨時(shí)方便、即時(shí)地檢索、回收記錄存貯的圖像，如可按時(shí)間、地點(diǎn)(鏡頭)或圖像文件進(jìn)展檢索和回放?；胤艌D像穩(wěn)定、明晰，可反復(fù)讀寫，不存在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中所存在的錄像帶的信號衰減和磨損問題。3.1系統(tǒng)配置3.1.1廠站端包括攝像機(jī)單元、控制解碼器、視頻矩陣、報(bào)警控制設(shè)備、麥克風(fēng)和音箱、編解碼器

5、等，在有人值守的遠(yuǎn)程現(xiàn)場可以設(shè)置多媒體控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)置控制鍵盤，這些控制設(shè)備可以控制該現(xiàn)場的攝像機(jī)切換，鏡頭、云臺動(dòng)作，并且可以處理報(bào)警信息。對于無人值守的現(xiàn)場可以不放置計(jì)算機(jī)，建議放置控制鍵盤。廠站端在系統(tǒng)中的作用是采集現(xiàn)場的各種視頻、音頻、數(shù)據(jù)等信息，并通過編解碼器進(jìn)展處理，將模擬信號數(shù)字化并壓縮編碼，以便于在可利用的數(shù)字通訊線路上進(jìn)展傳輸。同時(shí)廠站端還具有把主站端傳輸過來的控制命令解碼后控制鏡頭、云臺等可控裝置。3.1.2通信層可用光纖、微波、ddn、isdn、通信衛(wèi)星、有線基帶調(diào)制解調(diào)器、無線擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器等，線路接口可以是g.703，v.35，rs449等。3.1.3主站端包括

6、編解碼器、視頻矩陣、音頻矩陣、麥克風(fēng)、音箱，多媒體電腦、監(jiān)視器、網(wǎng)絡(luò)視頻效勞器及監(jiān)控軟件等。主站端的作用是將通訊線路采集的數(shù)字信號通過編解碼器解碼轉(zhuǎn)化后的模擬信號經(jīng)視頻矩陣進(jìn)入多媒體電腦、監(jiān)視器和網(wǎng)絡(luò)視頻效勞器，用于監(jiān)視各個(gè)現(xiàn)場，并搜集現(xiàn)場的報(bào)警信息，同時(shí)供網(wǎng)絡(luò)層傳輸圖形等信號。3.1.4網(wǎng)絡(luò)層即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng))由局長分控計(jì)算機(jī)、變電站分控計(jì)算機(jī)等各級網(wǎng)絡(luò)分控計(jì)算機(jī)組成。其作用是將網(wǎng)絡(luò)視頻效勞器上的遠(yuǎn)程現(xiàn)場信號在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)展傳輸，以供局長分控計(jì)算機(jī)等各級網(wǎng)絡(luò)分控計(jì)算機(jī)共享資源。3.2系統(tǒng)三大領(lǐng)域3.2.1視頻技術(shù)在許多遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會遇到的問題是如何遠(yuǎn)間

7、隔 傳輸監(jiān)控現(xiàn)場的模擬視頻信號。使用同軸電纜傳輸模擬視頻信號，在間隔 上會受到限制，超過幾百米便需要放大中繼，因此，常規(guī)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)只合適在一座建筑物內(nèi)或一定區(qū)域范圍內(nèi)使用。此外，常規(guī)系統(tǒng)在一路同軸電纜上只能傳輸單一視頻信號，傳輸控制信號和話音需要單獨(dú)敷設(shè)電纜。遠(yuǎn)間隔 傳輸視頻的可行方法是將模擬視頻信號數(shù)字化并壓縮編碼，在可利用的數(shù)字通訊線路上傳輸。視頻數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮，視頻圖像的信息量是宏大的。例如，1幅640480中分辨度的彩色圖像(24bit/像素)，其數(shù)據(jù)量為0.92b，假如以每秒30幀的速度播放，那么視頻信號的數(shù)碼率高達(dá)27.6bps。顯然，視頻壓縮技術(shù)數(shù)字化是壓縮技術(shù)的關(guān)鍵。目

8、前，適用于遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)有h.261，peg1。h.261標(biāo)準(zhǔn)簡稱p64，由國際電報(bào) 咨詢委員會(itt)的一個(gè)專家組在1990年12月制定，peg1那么在1992年成為標(biāo)準(zhǔn)。兩者的核心技術(shù)都是離散余弦變換及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，它的主要思想是通過減少每幀圖像間時(shí)間上和空間上的冗余性和相關(guān)性信息來減少數(shù)據(jù)量。h.261合適在64384kbps的低帶寬下傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像，但圖像質(zhì)量不理想；peg1在800kbps2bps的傳輸速率下列圖像明晰度能到達(dá)較好的圖像效果。用戶可根據(jù)不同的場合和需求選用不同的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。由于視頻數(shù)據(jù)流宏大，采用的壓縮方法和格式將對視頻效勞器的性能產(chǎn)生重大影響。在選擇硬

9、件平臺時(shí)，還應(yīng)慎重考慮：系統(tǒng)帶寬、吞吐才能、通道數(shù)、在線存儲才能、編解碼器及碼率、聯(lián)網(wǎng)才能等。3.2.2網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)字化視頻可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)或廣域網(wǎng))上傳輸圖像數(shù)據(jù)，根本上不受間隔 限制，信號不易受干擾，可大幅度進(jìn)步圖像品質(zhì)和穩(wěn)定性；且數(shù)字視頻可利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)傳輸，網(wǎng)絡(luò)帶寬可復(fù)用，無須重復(fù)布線；另外，數(shù)字化存儲成為可能，經(jīng)過壓縮的視頻數(shù)據(jù)可存儲在磁盤陣列中或保存在光盤中，查詢非常簡便快捷。3.2.3通信技術(shù)數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信有以下特點(diǎn)：1實(shí)時(shí)性視頻數(shù)據(jù)屬于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，必須實(shí)時(shí)處理，例如：實(shí)時(shí)壓縮、解壓、傳輸、同步。2分布性現(xiàn)場圖像采集和發(fā)送主機(jī)與圖像接收顯示主機(jī)位于不同地點(diǎn)

10、，通過計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)連接。3同步性盡管視頻信息具有分布性，但在用戶終端顯示時(shí)必須保持同步，另外，聲音與視頻也必須保持同步。目前，tp/ip網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是一種即成事實(shí)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為可在各種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造中運(yùn)行，也必須采用tp/ip協(xié)議。然而，tp/ip協(xié)議用于可靠傳輸，作為結(jié)果，假如你在internet上向另外一臺計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，你可以確信它將準(zhǔn)確無誤地到達(dá)目的地，但你決不可能得到數(shù)據(jù)將在特定時(shí)間內(nèi)到達(dá)的保證。事實(shí)上，數(shù)據(jù)包在到達(dá)目的地前延時(shí)數(shù)小時(shí)或數(shù)天，在理論上都是站得住腳的。作為視頻傳輸這樣的特例，對時(shí)間卻非常敏感，因此必須確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性。國際通信結(jié)合會(it

11、u)和國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(iete)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議rtp來解決傳輸實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的難題。rtp一般運(yùn)行在不可靠性協(xié)議層上如udp(事實(shí)上經(jīng)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)udp包的可靠性在99以上)。每個(gè)經(jīng)過rtp傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中有時(shí)間信息和一個(gè)相關(guān)的序列號，這個(gè)信息使應(yīng)用程序混合音頻和視頻信息相對容易。由于應(yīng)用程序可以很容易地決定當(dāng)視頻幀需要略過時(shí)將跳到的正確數(shù)據(jù)包號，因此同每個(gè)包相關(guān)的時(shí)間信息可以平滑同步過程。在監(jiān)控領(lǐng)域中，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化是一種趨勢，可廣泛應(yīng)用在電信、電力、交通、銀行、水利、智能大廈等領(lǐng)域。在電信局無人值守機(jī)房、電力無人值守變電站、水文站、銀行營業(yè)所等場所，通常具有以下特點(diǎn)：有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，平

12、安防范要求高，在地理位置上分布較廣或位置較偏僻。利用數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)可在本系統(tǒng)內(nèi)建立監(jiān)控調(diào)度中心，對遠(yuǎn)端現(xiàn)場的圖像聲音及其他敏感數(shù)據(jù)進(jìn)展實(shí)時(shí)監(jiān)控以便對敏感事件進(jìn)展快速反響。詳細(xì)實(shí)現(xiàn)的方式是：利用各種數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)如ddn、isdn、e1、xdsl,把經(jīng)過數(shù)字化壓縮、編碼的視頻、音頻、報(bào)警感應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，中心的計(jì)算機(jī)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)展解壓縮、解編碼，同時(shí)回放視頻、音頻，對報(bào)警事件進(jìn)展告警處理。4系統(tǒng)通訊方案通訊傳輸局部是整個(gè)遠(yuǎn)程遙視系統(tǒng)的關(guān)鍵組成局部，其作用如同人的脊髓一樣，負(fù)責(zé)各種信號和指令的上傳下達(dá)。遙視系統(tǒng)可以借助數(shù)字光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星、無線擴(kuò)頻、isdn、ddn等多種通訊媒介，將

13、圖像、聲音、數(shù)據(jù)信號進(jìn)展壓縮編碼并通過2bpse1數(shù)據(jù)信號從幾十公里以外的遠(yuǎn)端傳送到中心控制室，同時(shí)將控制室的音頻和控制信號傳回基站。這里主要簡要表達(dá)幾種主要的通訊方案。4.1同軸電纜方案在遙視系統(tǒng)中，同軸電纜是傳輸視頻圖像最常用的媒介。這種方式可采用75的純銅芯電纜。用同軸電纜方式傳輸時(shí)，由于衰減大，用它組成的傳輸網(wǎng)最長只能傳輸10k左右。同軸電纜可靠、速率快、投資少，但架設(shè)方式費(fèi)事、間隔 短，同時(shí)存在不平衡電源線負(fù)載等因素會導(dǎo)致各點(diǎn)之間存在地電位差，需接入被動(dòng)式接地隔離變壓器進(jìn)展補(bǔ)償。4.2光纖通訊方案光纖是能使光以最小的衰減從一端傳到另一端的透明玻璃或塑料纖維，它的最大特性是抗電子噪聲干

14、擾，通訊間隔 遠(yuǎn)。光纖有多模光纖和單模光纖之分。單模光纖只有單一的傳播途徑，一般用于長間隔 傳輸；多模光纖有多種傳播途徑，多模光纖的帶寬為50500hz/k，單模光纖的帶寬為2000hz/k。光纖波長有850n、1310n和1550n等。850n波長區(qū)為多模光纖通信方式；1550n波長區(qū)為單模光纖通信方式；1310n波長區(qū)有多模光纖和單模兩種。目前，單模光纖在波長1.31u或1.55u時(shí)，光速的低損耗窗口每公里衰減可做到0.20.4db以下，是同軸電纜每公里損耗的1，因此光纖通訊方式可實(shí)現(xiàn)20k無中斷傳輸。用光纜作干線傳輸系統(tǒng)容量大、能雙向傳輸、保密性好、平安可靠性高。光端機(jī)技術(shù)越來越成熟，本

15、錢費(fèi)用也大幅度下降。光纖通訊的造價(jià)稍高，施工技術(shù)難度大。4.3無線通訊方案傳統(tǒng)的無線通訊系統(tǒng)包括以下幾種：(1)調(diào)幅(a)播送。(2)調(diào)頻(f)播送。(3)無線尋呼網(wǎng)。(4)甚高頻通訊。(5)特高頻通訊。(6)微波通信。(7)衛(wèi)星通訊。電力系統(tǒng)中，微波通信是一種較常用的無線通訊方式。這種方式覆蓋面廣，頻帶很寬，不需要傳輸線，而且可以構(gòu)成雙向通訊系統(tǒng)。目前已使用的頻段為300hz3000ghz，通訊容量大，僅一個(gè)波道便可傳送數(shù)以百計(jì)路以上的 ，多波道運(yùn)行時(shí)可傳送的容量那么更可觀。微波通信傳送的信息，幾乎不受電力系統(tǒng)本身干擾的影響，故傳輸?shù)馁|(zhì)量較高。同時(shí)，微波通信還具有同時(shí)傳送 、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等多種形式的功能，在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。微波通信方式的傳輸量大，質(zhì)量高，配置靈敏，可以省去建立有線傳輸線的費(fèi)用，并且具有很快的傳輸速率，缺點(diǎn)是微波通信一般是點(diǎn)對點(diǎn)的通訊方式，對于為數(shù)眾多的測控單元，每個(gè)點(diǎn)都要建立一對微波通信設(shè)備。4.4 線通訊方