高壓視頻監(jiān)控方案簡介

高壓視頻監(jiān)控解決方案北京意科通信技術有限責任公司2009年3月word完美格式BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、項目背景 2\o"CurrentDocument"二、系統(tǒng)設計概述 2\o"CurrentDocument"三、方案的關鍵技術 4\o"CurrentDocument"傳輸部分 4\o"CurrentDocument"單芯雙向保護 4\o"CurrentDocument"雙芯以太環(huán)網保護 5\o"CurrentDocument"雙切環(huán)網鏈路保護 5\o"CurrentDocument"單雙芯混合組網 6\o"CurrentDocument"3.2視頻采集部分 6\o"CurrentDocument"3.3供電部分 7\o"CurrentDocument"監(jiān)控中心 9\o"CurrentDocument"四、系統(tǒng)方案特點 9BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD一、項目背景高壓輸電線路在某些地區(qū)經常發(fā)生由于冬季氣候寒冷，造成電纜凝結冰凌后超過鐵塔承重能力，或在某些強風地段由于大風的吹動造成電纜晃動程度過大而起鐵塔發(fā)生晃動，而造成電纜斷裂、鐵塔倒塌的事故。鑒于對整個線路運行狀況監(jiān)控的需求，以及及時發(fā)現線路的各種安全隱患、避免重大損失，特制定針對高壓輸電線路的視頻監(jiān)控方案。本方案針對電力高壓沿線網絡特性以及惡劣氣候環(huán)境，綜合考慮電力系統(tǒng)地面數據專網定制了，電力高壓線路視頻監(jiān)控的解決方案。本方案主要針對如何利用高壓線路上電力復合光纜(OPGW)進行塔上信息組網傳輸，長間距無中繼視頻信號傳輸、塔上太陽能供電以及非常規(guī)野外環(huán)境作業(yè)等特殊問題，制訂了相應的解決方案。實際應用中，在跨度幾百公里地域的高壓塔沿線，環(huán)境復雜、氣候惡劣、交通不便，人員定期對線路進行巡視檢查具有巨大困難的問題。因此本方案整體系統(tǒng)設計以及傳輸、圖像采集、太陽能供電等關鍵設備選型時，在可靠性、穩(wěn)定性、免維護性、環(huán)境適應性、遠程集中控制與管理等方面做了大量定制化的設計和改造，使方案更加適用于電力系統(tǒng)高壓線路視頻監(jiān)控的使用環(huán)境，使項目可實施性更強，更具實用價值、和推廣價值。二、系統(tǒng)設計概述整體系統(tǒng)的關鍵技術涉及三大部分，組網傳輸、塔上設備的供電以及圖像采集系統(tǒng)。其中傳輸部分如下圖所示，我們將整個網絡的傳輸分為三部分，一部分是塔上OPGW傳輸部分，一部分是電力系統(tǒng)地面數據專網，最后是監(jiān)控中心本地局域網。本方案所涉及的核心問題是將前端圖像采集系統(tǒng)將視頻信號，通過OPGW光纜線路傳輸到中繼站或相應的信息落地點，在信息落地點，經由電力系統(tǒng)地面數據專網的相關路由方式，傳輸至監(jiān)控中心及各遠程接入點。

BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO?,LTD電視壇電力專網電力專網圖例r.中繼站遠程點播丿拆I遠程接師亠WEB訪問研盤陣列^rCP/IP^ETHERNET電視壇電力專網電力專網圖例r.中繼站遠程點播丿拆I遠程接師亠WEB訪問研盤陣列^rCP/IP^ETHERNET觀頻眼務器網管服務器網■平臺以太網地面光塑|iOPGW圖像經電力系統(tǒng)地面數據專網傳送至視頻監(jiān)控中心后，由監(jiān)控中心相關設備接管信號處理及控制權。如下圖所示，圖像傳送至至監(jiān)控中心后，經本地100M/1000M局域網，傳至視頻服務器進行處理，再經過相應設備的解碼、存儲處理之后，分配至各個部分的應用。調度大廳大屏幕'監(jiān)視與調度監(jiān)控工作站存儲陣列視頻解碼矩陣材揮品"大屏IT電力專網監(jiān)控工作站房交換-*3監(jiān)控工作站曲控點一 監(jiān)控點二監(jiān)控點調度大廳大屏幕'監(jiān)視與調度監(jiān)控工作站存儲陣列視頻解碼矩陣材揮品"大屏IT電力專網監(jiān)控工作站房交換-*3監(jiān)控工作站曲控點一 監(jiān)控點二監(jiān)控點N圖例佔|円以太網地面光4(監(jiān)控系統(tǒng)中心服務器TV控工作站針對高壓鐵塔的特殊安裝環(huán)境，傳統(tǒng)的供電方式無法滿足塔上傳輸和圖像采集設備的安BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD裝環(huán)境要求，本方案設計采用太陽能供電方式對塔上設備進行供電，因此供電方案和核心在于必須統(tǒng)一塔上所有設備的電壓等級，同時盡量降低每個塔上設備的功耗，以降低供電系統(tǒng)的設計復雜性，同時對于控制器的設計、蓄電池的選擇以及安裝支架的設計也十分關鍵。圖像采集部分的主要問題是普通攝像機在低溫環(huán)境下作業(yè)時十分脆弱，因此在攝像機的抗低溫存儲以及保護措施是影響圖像采集工作壽命的關鍵因素。三、方案的關鍵技術傳輸部分考慮到電力系統(tǒng)高壓沿線跨度大，單點站距大，惡劣環(huán)境下單點無中繼傳輸距離達到80至100公里，OPGW光纖資源使用情況復雜，同時信息落地后，地面網絡接入環(huán)境多樣。因此為了適應復雜的網絡環(huán)境，本系統(tǒng)采用光以太網交換機組建千兆光傳輸網絡，結合電力地面光通訊站或變電站作為信息落地節(jié)點建立單雙芯混用、環(huán)鏈混網的組網方式，為系統(tǒng)的傳輸提供完善鏈路保護。單芯雙向保護在光纖資源相對緊張的網絡段，傳輸鏈路只能提供單芯進行組網傳輸，方案可以采用單芯雙向傳輸的機制進行組網。該機制在一條光芯上串接多臺交換設備，實現單芯單點最大60公里傳輸，以及多臺設備進行接力式自中繼交換傳輸，完成單芯長距離組網傳輸的任務為了實現長距離鏈狀光傳輸的鏈路保護，根據實際情況，建議在允許的條件下，將傳輸鏈上的一個或多個設備借助地面網絡把信息落地，將上百公里的光傳輸鏈分段回傳，以保證鏈上設備或某段線路發(fā)生故障時，不會影響正常工作設備點的圖像回傳。即當單點或者多點設備發(fā)生故障時，除故障設備外，其它設備的圖像信息均可自動尋找最近的地面網絡，將圖像信息傳送到監(jiān)控中心。相反，如果某段線路發(fā)生故障，并且在這段線路的設備中沒有可以連接

BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD地面網絡的鏈路，此時這些圖像點的信息則無法回傳。雙芯以太環(huán)網保護在光纖資源相對充裕的網絡段，可以提供2芯進行傳輸的情況下，我們推薦使用雙芯以太環(huán)網保護機制進行環(huán)狀組網傳輸，從而減少接入地面網絡的設備點及成本，降低網絡的管理維護成本，增加網絡的穩(wěn)定性。該傳輸方式采用兩條光芯對設備進行串接，首尾相連形成環(huán)路保護。根據實際情況，可在以太環(huán)網中采用一個或多個設備連接地面網絡。遵循以太環(huán)網傳輸協(xié)議，將圖像數據傳送到監(jiān)控點。同時該方式支持兩臺設備間最大傳輸距離為60km。采用這種傳輸方式時由于采用了以太環(huán)網的保護，當單點或者多點設備發(fā)生故障時，除故障設備外，其它設備的圖像信息通過在環(huán)上的自動路由尋找最近的地面網絡，將圖像信息傳送到監(jiān)控點。由于采用以太環(huán)網保護機制，即使遇到光纜斷裂的災難情況，環(huán)上的每個設備節(jié)點任然可以通過快速倒切的方式，尋找地面網絡連接點，并將數據傳送到監(jiān)控中心。雙切環(huán)網鏈路保護BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD在雙芯環(huán)網方式中可以實現50ms的倒切鏈路自愈保障，但是如果單環(huán)上的設備超過100臺設備時，自愈時間將無法得到保障。因此在雙芯情況下，單環(huán)設備超過100臺時，建議采用切環(huán)方式，將一個大環(huán)變換為多個獨立的小環(huán)進行組網傳輸。每個小環(huán)可獨立實現50ms的倒切鏈路自愈保障。但是由于連接兩個獨立環(huán)切點設備為多方向的光傳輸設備，功耗和體積要求相對較高，因此無法在塔上進行安裝，建議可以在信息落地點進行部署。單雙芯混合組網考慮到最復雜的組網情況，在一段高壓線路上，可能存在單芯鏈狀網、雙芯環(huán)網，兩臺設備間距超過60公里時，還會采用雙芯鏈狀網的多方式混合應用情況，我們可以采用不同的光模塊解決這種復雜的組網應用，而不會犧牲網絡整體的穩(wěn)定性和鏈路保護機能。大幅度增加方案的適用性和可實施性。同時，如果考慮到監(jiān)控圖像傳輸的信息量對光纜帶寬的使用率不是很大，為了增加光纜的利用率，可以通過增加CWDM（稀疏波分復用）設備對光纜進行深度復用，將單芯分為18個信道，可以同時承載18個獨立的業(yè)務，大大提高了使用效率。3.2視頻采集部分視頻采集系統(tǒng)的設計主要針對監(jiān)控范圍和野外抗低溫兩個方面進行考慮。低溫惡劣環(huán)境對攝像機靈敏部件的壽命影響非常大，部分地區(qū)晚上最低溫度到達零下40度，我們選擇的攝像機可以在零下50度的環(huán)境中進行存儲，在-30度到60度的范圍保證正常工作，同時定制的加熱保護措施可以對保護罩腔體內的溫度進行智能控制，使攝像機在適宜的溫度下工作。為了降低加熱設備的功耗，對攝像機及保護罩進行了定制化改造，使室外環(huán)境溫度在-30度的條件下，護罩腔體內無需加熱設備工作，依靠攝像機及輔助電路的自身熱量即可工作。視頻采集系統(tǒng)針對全程線路進行實時監(jiān)控，考慮到范圍廣、跨度大，環(huán)境條件惡劣等特點，監(jiān)控終端采用高低端的兩種配置，其中高端配置主要用于一些要求較高的特殊地點，絕大多數監(jiān)控點使用低端配置方案即可滿足需求。低端配置監(jiān)視距離為1?2公里，采用球形云臺與高變倍一體攝像機相結合的配置；高端配置監(jiān)視距離為2?4公里，采用帶云臺槍式攝像機加長焦距大變倍鏡頭相結合的配置。兩種配置均在最后將視頻轉換輸出為IP網絡信BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD號進行傳輸。為了確保監(jiān)控點有效性，一臺攝像機可對鐵塔兩邊半徑為1?4公里范圍內的特高壓線路進行監(jiān)控，由于監(jiān)控對象主要是為了應對輸電線路的自然災害、人為破壞等情況，故沒有必要進行日夜全天候實時監(jiān)視，攝像機采用日用型。3.3供電部分電力系統(tǒng)高壓線路基本上位于偏遠無人地區(qū)，基本沒有條件就近取電供設備運行使用，建議采用太陽能獨立供電系統(tǒng)。太陽能供電系統(tǒng)是一套通過非常嚴謹科學的方法進行設計的獨立系統(tǒng)，一般分為四部分：太陽能電池子陣、匯流盒、蓄電池組和控制器，其均采用模塊化設計，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。意科公司在太陽能獨立供電系統(tǒng)和混合供電系統(tǒng)方面擁有近10年的設計、研發(fā)、生產和集成的經驗，其中核心部件控制器部分是自主研發(fā)，擁有自主知識產權的產品，在電力、電信、石油等領域有大量的成功案例和系統(tǒng)運行經驗。為了降低供電系統(tǒng)設計的復雜性和成本，我們將塔上設備電壓等級全部統(tǒng)一為12VDC,減少電壓逆變設備的故障點。考慮到高壓塔的承重要求，為了盡量減少太陽能系統(tǒng)的重量，必須將將塔上設備的功耗降到最低，每個監(jiān)控點的塔上設備功耗約為40W。另外該系統(tǒng)并不需要全天候24小時向上傳送監(jiān)控視頻，所以本著經濟實用的原則，圖像采集系統(tǒng)供電按照每天工作12小時進行計算，此部分功耗約為30W;光傳輸系統(tǒng)以及溫濕度監(jiān)控等附加功能全天工作24小時進行計算，此部分功耗約為5W;室外機柜供電5W，通過太陽能控制器供電單元采用定時的方式對視頻采集系統(tǒng)及光傳輸系統(tǒng)進行控制。同時與傳統(tǒng)太陽能供電系統(tǒng)相比，本項目將采用完全相反的“大組件，小電池”的設計原則進行設計，通過增加太陽能極板的面積提高系統(tǒng)白天直接為負載的供電能力，同時加快蓄電池的充電時間。同時，通過減BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD小蓄電池的容量來降低系統(tǒng)的總重量。根據多年太陽能供電系統(tǒng)的設計經驗，本項目最大的考驗是惡劣高低溫環(huán)境對太陽能蓄電池壽命的影響，因此我們建議在極冷或極熱的環(huán)境，采用特殊的纖維鎳鎘蓄電池。此類蓄電池可以在-50至60的范圍進行運行，同時在不影響壽命的情況下可以進行深度放電和快速充電。在核心控制器方面，意科將自主研發(fā)的太陽能控制器，針對高壓線路視頻監(jiān)控的特點進行了定制化的改造，使其具有全備份模塊化設計，給予系統(tǒng)更高穩(wěn)定性、提供蓄電池深放電保護、實現自然冷卻，自身功耗更低、支持2級LVD負載保護、配備通信端口，具備遠程網管功能，以及野外工作溫度可達到-30至60度等特點。為了方便塔上安裝，意科公司還真對不同的高壓鐵塔定制開發(fā)了角度可調式的塔上安裝支架，以及設備的野外部署機柜。BEIJINGECOMCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYCO.,LTD監(jiān)控中心視頻監(jiān)控中心控制設備主要由：視頻數據管理服務器、功能服務器、解碼器陣列、大屏幕、存儲設備等組成。通過這些設備組成一個一體化的企業(yè)級監(jiān)控體系，主要管理控制設備采用嵌入式操作系統(tǒng)，可將模擬視頻和數字視頻通過網絡完美的結合，支持多客戶端查看、監(jiān)控，具有良好的兼容性。主要系統(tǒng)功能分級部署分級管理A實時視頻圖像存儲點播錄像檢索及回放報警聯動A圖像智能分析四、系統(tǒng)方案特點適用性：方案中組建的網絡，能夠適應現階段電力系統(tǒng)通信的業(yè)務需求，并且能夠適應高壓鐵塔沿線復雜的線路環(huán)境，周全的實施方案方便項目的工程實施。先進性：通信系統(tǒng)采用千兆光以太網解決長距離光網絡傳輸問題，專業(yè)安全的供電設計保證塔上設備的穩(wěn)定運行，定制化高質量的圖像采集系統(tǒng)保證穩(wěn)定清晰的圖像采集?？蓴U展性：系統(tǒng)具備適當的冗余，便于后期增加監(jiān)視點或其他業(yè)務需求，目前已經將監(jiān)控點的溫度、濕度、風速、防盜報警、塔體傾覆度檢測