無人值守變電站安全監(jiān)控解決方案

無人值守變電站平安監(jiān)控解決方案自無人值守變電站概念提出以來，不同專業(yè)的人們從不同的角度為“無人值守”這一概念努力著，平安監(jiān)控行業(yè)也不例外，很多廠家在變電站“四遙”的根底上提出了“遙視”這一個(gè)概念。但“遙視”這一個(gè)概念不能完全覆蓋平安監(jiān)控，變電站平安監(jiān)控的內(nèi)涵應(yīng)該更廣，它不僅僅涵蓋視頻監(jiān)控還應(yīng)包含環(huán)境量的檢測以及對視頻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)所表達(dá)內(nèi)容的分析。然而這些努力的目的只有一個(gè)：讓我們的“無人值守”變電站運(yùn)行的更加平安，這也是平安監(jiān)控的初衷?，F(xiàn)在，智能變電站的建設(shè)中也更加突出對變電站的平安監(jiān)控，這也是建設(shè)“智能堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)”和有關(guān)能源平安的一個(gè)組成局部。系統(tǒng)特點(diǎn)監(jiān)控對象類型復(fù)雜多樣在變電站中為了平安目的需要監(jiān)控的對象類型較多，包括人、物和環(huán)境。設(shè)備和建筑物就其監(jiān)控而言最大的特點(diǎn)是“它們是固定的”，人大局部時(shí)間內(nèi)是活動(dòng)的，工具有時(shí)候是動(dòng)的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)在視頻上處理會(huì)采用不同的技術(shù)。1、對人的監(jiān)控雖然變電站是“無人值守”的，但總要有工作人員去巡檢、安檢、維修或施工等正常的工作，另外還有不請自來盜賊和恐怖分子，這都需要對“人”這個(gè)活動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。對工作人員的監(jiān)控主要是防止誤操作、誤入?yún)^(qū)域和其他不標(biāo)準(zhǔn)的行為。對盜賊主要是防盜、防人為破壞。2、對物的監(jiān)控被監(jiān)控的物主要包括站內(nèi)設(shè)備、建筑物、工具等，設(shè)備的監(jiān)控主要是從平安運(yùn)行和其表觀方面進(jìn)行，比方運(yùn)行是否正常，外觀是否完好、有無破損等;對建筑物的監(jiān)控主要用于防盜，門窗圍墻是否有平安漏洞，是否有翻越非法入侵等。3、對環(huán)境的監(jiān)控與環(huán)境有關(guān)的監(jiān)控主要包括自然環(huán)境中的風(fēng)、霜、雪、雨、雷電以及建筑物內(nèi)的氣體。有關(guān)的量包括環(huán)境溫度、濕度，風(fēng)向風(fēng)速等。這局部監(jiān)控主要起到預(yù)防作用，監(jiān)控如雷雨大風(fēng)、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰雹等惡劣天氣給室外設(shè)備可能造成的危害。建筑物內(nèi)的氣體顏色變化、是否有害、溫濕度是否正常等。監(jiān)控環(huán)境相對惡劣由于變電站的選址要求，變電站多數(shù)建在荒郊野外，所處的雷擊、電暈、噪音、電磁場干擾等復(fù)雜環(huán)境，對監(jiān)控設(shè)施要求較高，尤其是高壓場地，對攝像機(jī)等核心設(shè)備的電磁兼容性要求很高，有的設(shè)備EMC指標(biāo)要滿足《遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備》GB/T13729-2002規(guī)定中4級(jí)的要求?？臻g范圍大且分散變電站的分布相對分散，距離監(jiān)控中心遠(yuǎn)，從幾公里到幾百公里不等。整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍很大，必須分層級(jí)、分塊進(jìn)行監(jiān)控管理。帶寬限制技術(shù)要求高本錢、距離、環(huán)境和所承載業(yè)務(wù)較多因素，分配給監(jiān)控系統(tǒng)的帶寬有限，一般只有2M。所以應(yīng)用時(shí)對壓縮技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的要求較高，諸如H.264編解碼標(biāo)準(zhǔn)、IP組播、RTP/RTCP、SIP等已經(jīng)成了根本要求。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常，在變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機(jī)不再是幾百幾千了，而是幾萬甚至幾十萬個(gè)，完全的集中管理平臺(tái)不具有可行性，必須采用多層級(jí)分布式架構(gòu)的視頻環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以下以某系統(tǒng)為原型介紹變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。視頻環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)有兩個(gè)類型：一個(gè)是主站系統(tǒng)，一個(gè)是站端系統(tǒng)。站端系統(tǒng)部署在變電站或集控站，主站系統(tǒng)部署在地市級(jí)供電局或省級(jí)供電局。部署在地市級(jí)供電局的主站系統(tǒng)也可稱為地市級(jí)監(jiān)控中心，部署在省局的可稱為省級(jí)監(jiān)控中心。在全網(wǎng)范圍內(nèi)能夠監(jiān)控所有站端的中心可稱為總控中心，其他監(jiān)控中心為分控中心(圖1)。站端系統(tǒng)由站端處理單元RPU、視頻監(jiān)控設(shè)備、通信電源信息采集設(shè)備、環(huán)境量采集設(shè)備、報(bào)警控制設(shè)備、門禁管理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等組成，實(shí)現(xiàn)對變電站現(xiàn)場視頻、通信電源信息及各種環(huán)境及門禁信息采集、處理、監(jiān)控等功能。站端設(shè)備通過三層交換機(jī)組網(wǎng)，滿足站端對光口接入和電口的接入要求。通過三層轉(zhuǎn)發(fā)功能接入到電力專網(wǎng)。站端處理單元RPU由一組設(shè)備組成，包括：站端通信控制器、站端存儲(chǔ)單元、站端動(dòng)力環(huán)境處理單元。1、站端通信控制器：負(fù)責(zé)集中管理站端視頻監(jiān)控、環(huán)境告警、門禁等子系統(tǒng)，雙向轉(zhuǎn)發(fā)地區(qū)級(jí)主站與站端其他子系統(tǒng)設(shè)備的通信命令。通信控制器支持主備方式，支持堆疊方式，負(fù)責(zé)與地區(qū)級(jí)主站、站端設(shè)備的通信、控制，當(dāng)主通信控制器發(fā)生故障時(shí)，備設(shè)備可以自動(dòng)接管;2、站端存儲(chǔ)單元：負(fù)責(zé)對前端攝像機(jī)視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、點(diǎn)播回放等，支持網(wǎng)絡(luò)方式疊加擴(kuò)充存儲(chǔ)容量。3、站端動(dòng)力環(huán)境處理單元：負(fù)責(zé)集中采集環(huán)境、告警、門禁等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對所采集數(shù)據(jù)按照配置進(jìn)行存儲(chǔ)，并轉(zhuǎn)發(fā)至地區(qū)級(jí)主站。站端系統(tǒng)構(gòu)成最低層級(jí)，各地市供電局監(jiān)控中心構(gòu)成第二層級(jí)，省電網(wǎng)監(jiān)控中心構(gòu)成第三層級(jí)，監(jiān)控范圍逐步放大(圖2)。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信由電力綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)作為支撐，所有接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備都支持了IP網(wǎng)絡(luò)，包括前端的攝像機(jī)、傳感器和收斂采集設(shè)備，便于設(shè)備管理。冗余設(shè)計(jì)由于電力用戶對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，系統(tǒng)采用冗余架構(gòu)，以保證不間斷運(yùn)行，這里主要采用的技術(shù)有效勞器冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)。效勞器冗余采用基于“心跳”和“數(shù)據(jù)庫共享”的雙機(jī)熱備方式，在Cluster系統(tǒng)根底上由兩臺(tái)效勞器組成，對客戶端來講他們是一個(gè)整體(圖3)。存儲(chǔ)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)總體上有以下可選的兩種設(shè)計(jì)方案：1、分布式存儲(chǔ)站端處理單元RPU能以系統(tǒng)定時(shí)錄像、報(bào)警啟動(dòng)錄像、用戶手動(dòng)錄像等多種方式啟動(dòng)錄像功能，對所有攝像點(diǎn)的長時(shí)間循環(huán)錄像。在錄像存儲(chǔ)容量需求比擬大時(shí)，可以通過配置多個(gè)模塊來滿足視頻監(jiān)控和錄像需求。該存儲(chǔ)方案可滿足對錄像功能及性能無特殊要求的常規(guī)變電站的錄像要求。當(dāng)某個(gè)監(jiān)控點(diǎn)圖像需要進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，IPC與站端存儲(chǔ)設(shè)備建立TCP連接，然后將視頻流按照錄像協(xié)議封裝，采用磁盤預(yù)分配技術(shù)。2、集中式存儲(chǔ)可在站端或主站配置IPSAN存儲(chǔ)設(shè)備。對前端設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)方案管理，可以根據(jù)存儲(chǔ)方案動(dòng)態(tài)調(diào)整存儲(chǔ)空間?？芍С侄囗?xiàng)RAID策略，為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供冗余保護(hù)。并可作為VOD點(diǎn)播效勞器為歷史圖像回放提供支持，可進(jìn)行快進(jìn)、快退等各項(xiàng)RTSP播放控制。該存儲(chǔ)方案能夠滿足對錄像功能、性能及平安級(jí)別要求較高的應(yīng)用需求。當(dāng)某個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的圖像需要進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，IPC與IPSAN設(shè)備建立iSCSI連接，然后將存儲(chǔ)視頻流進(jìn)行iSCSI協(xié)議封裝，直接采用數(shù)據(jù)塊的方式將視頻數(shù)據(jù)寫入IPSAN存儲(chǔ)設(shè)備中。通過這種方式，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)不需要轉(zhuǎn)換為視頻文件，也不需要流媒體效勞器。從而有效的躲避了文件系統(tǒng)問題和流媒體效勞器性能瓶頸問題，具備良好的可擴(kuò)展性。基于ISCSI編解碼器直接寫入IP存儲(chǔ)系統(tǒng)的集中監(jiān)控模式下，需要專門的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，管理軟件，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)的集中管理、檢索與調(diào)閱(圖4)。系統(tǒng)功能變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)可用“監(jiān)”、“控”、“查”、“管”、“報(bào)”五個(gè)字來概括。具體如下：1、“監(jiān)”包括監(jiān)視和監(jiān)聽，即視頻與語音功能。·實(shí)時(shí)視頻瀏覽：對監(jiān)控范圍內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控;在可設(shè)定的間隔時(shí)間內(nèi)對站內(nèi)攝像機(jī)進(jìn)行視頻巡檢，參與巡檢的對象可以任意設(shè)定，包括同一站端的不同攝像機(jī)、同一攝像機(jī)的不同預(yù)置位等，巡檢間隔時(shí)間可設(shè)置;具備視頻自動(dòng)跟蹤、移動(dòng)檢測等功能?！ふZ音功能：變電站端場景錄音、傳輸和播放;實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與省級(jí)主站和地區(qū)級(jí)主站的雙向語音對講及語音播送;實(shí)現(xiàn)雙向語音錄音功能，播放、保存、回放語音。2、“控”即控制功能，包括PZT,預(yù)置位操作，云臺(tái)鎖定，支持云臺(tái)看守位?！ぶС謱φ緝?nèi)精密空調(diào)進(jìn)行狀態(tài)讀取、開啟、關(guān)閉、升溫、降溫、調(diào)整出風(fēng)等操作。·支持對站內(nèi)門禁系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取、開關(guān)控制及權(quán)限配置操作。3、“查”即查詢功能，包括：各類信息的檢索和查詢，諸如告警信息查詢、錄像查詢及點(diǎn)播、查詢地圖、人員的登入登出、操作信息、事件調(diào)查和用戶審計(jì)、設(shè)備在線信息、用戶在線信息等，主要就是對數(shù)據(jù)的查詢操作。4、“管”即管理功能，包括：設(shè)備管理、報(bào)警管理、用戶權(quán)限管理。·設(shè)備管理主要表達(dá)在“系統(tǒng)配置”和“參數(shù)調(diào)整”上。系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)對所有前端設(shè)備(RPU、IPC)、與流媒體效勞、存儲(chǔ)效勞、數(shù)據(jù)庫效勞、web效勞的邏輯關(guān)系建立。參數(shù)調(diào)節(jié)主要起到對系統(tǒng)性能和適應(yīng)性進(jìn)行調(diào)節(jié)，諸如分辨率、幀率、碼流、圖像參數(shù)、聯(lián)動(dòng)關(guān)系、報(bào)警參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的調(diào)整?！?bào)警管理表達(dá)在報(bào)警參數(shù)預(yù)設(shè)、隊(duì)列和通知處理上。將報(bào)警分為站端系統(tǒng)軟硬件異常告警和監(jiān)測告警，其中監(jiān)測告警包括環(huán)境信息異常告警、消防告警、非法闖入告警、視頻異動(dòng)告警(變化率的設(shè)置);告警可設(shè)置為嚴(yán)重告警、一般告警級(jí)別?！び脩魴?quán)限的管理通常分為“用戶操作權(quán)限的分配”和“用戶有限控制權(quán)限的分配”。設(shè)備操作權(quán)限是根據(jù)用戶職能劃分的，以確定特定用的操作范圍。優(yōu)先權(quán)是對同一設(shè)備而言不同用戶的有限控制權(quán)。權(quán)限管理主要表達(dá)密碼保護(hù)、同級(jí)別先來先控、高級(jí)別高優(yōu)先、功能性權(quán)限和是提醒權(quán)限分開的原那么。5、“報(bào)”即報(bào)表分析及報(bào)表定制開發(fā)功能，包括：操作報(bào)表、運(yùn)行日志報(bào)表、環(huán)境信息報(bào)表、告警信息報(bào)表等功能。通過報(bào)表可迅速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，以輔助領(lǐng)導(dǎo)決策。同時(shí)，結(jié)合用戶實(shí)際應(yīng)用要求可進(jìn)行報(bào)表的定制開發(fā)。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)產(chǎn)業(yè)的開展標(biāo)準(zhǔn)的制定非常重要。變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)從上世紀(jì)末期開始實(shí)際應(yīng)用以來，先后發(fā)布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有廣東電網(wǎng)2002年發(fā)布的《廣東省廣電集團(tuán)電力遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》Q/001-123.01-2002、鐵越公司2006年發(fā)布的《電力數(shù)字圖像遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)》Q/TWE001-2006和廣東電網(wǎng)2009年發(fā)布的《廣東電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》S.00.00.05/Q106-0001-0909-6098。文中所提到的站端處理單元RPU、視頻處理單元RVU、主站、站端、前端等術(shù)語在標(biāo)準(zhǔn)中均有定義，標(biāo)準(zhǔn)還對視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)、通信控制協(xié)議、級(jí)聯(lián)協(xié)議提出了具體要求，便于系統(tǒng)的互聯(lián)互通，標(biāo)準(zhǔn)了企業(yè)競爭行為，有力的促進(jìn)了行業(yè)的健康開展。開展方向變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)十一五期間隨著電網(wǎng)建設(shè)的提速得到了快速開展，其開展方向主要是智能化、高清化、平臺(tái)的集中統(tǒng)一和聯(lián)動(dòng)。1、智能化隨著視頻智能分析技術(shù)的開展和智能電網(wǎng)概念的提出，變電站平安監(jiān)控系統(tǒng)越來越向智能化的方向開展。智能化就是讓系統(tǒng)具有人類的思維，有判斷能力，利用模式識(shí)別和智能分析技術(shù)，將值班員長期盯屏幕的監(jiān)控狀態(tài)解脫出來，為監(jiān)控系統(tǒng)增加智能識(shí)別、預(yù)告警及智能檢索功能。具體分析模式有入侵探測、滯留、違規(guī)動(dòng)作識(shí)別、危險(xiǎn)行為識(shí)別等·技術(shù)難點(diǎn)：區(qū)域不規(guī)那么、應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜，特別是場地設(shè)備都是長條桿狀成三維立體網(wǎng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)作方向也各不相同，動(dòng)作時(shí)間沒有規(guī)律性。·應(yīng)用模式：采用對景深預(yù)先設(shè)置、勾畫區(qū)域絆線和定義行為來完成實(shí)際應(yīng)用。·構(gòu)架方式：目前多采用集中后端效勞器方式，但隨著智能分析技術(shù)大量應(yīng)用越來越多的人傾向于前端DSP方式，即分布式智能分析。2、高清化系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出來的圖像如果不清楚，它能提供的有效信息就會(huì)大打折扣。高清化是視頻監(jiān)控永恒的主題，高清化就是要看得清(輪廓)、看得準(zhǔn)(色彩不失真)。目前市面上能支持高清(1080P)攝像機(jī)，變電站中都有應(yīng)用，只是囿于帶寬等條件的限制還沒有普遍高清華，隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展普遍高清應(yīng)用是必然的趨勢。3、平臺(tái)的集中統(tǒng)一因?yàn)殡娏?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)繁多，各個(gè)系統(tǒng)管理起來不方便，需要集中統(tǒng)一管理平臺(tái)，用統(tǒng)一的人機(jī)界面呈現(xiàn)給工作人員。特別是業(yè)務(wù)相近的系統(tǒng)諸如消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、機(jī)房動(dòng)力環(huán)境、桿塔監(jiān)控和應(yīng)急指揮等不管是以那個(gè)平臺(tái)為根底進(jìn)行整合，目的都是通過平臺(tái)的集中統(tǒng)一，方便用戶管