基于网络高清摄像机的无人值守变电站视频监控系统解决方案

随着国内经济的不断发展，电力行业的发展也从未停歇过脚步。变电站视频监控系统已成为保障变电站日常安全和生产管理的重要组成部分。目前主要通过“遥视”来配合变电站的四遥系统，实现变电站无人、少人值守。

近几年来，随着国内经济的不断发展，电力行业的发展也从未停歇过脚步。变电站视频监控系统已成为保障变电站日常安全和生产管理的重要组成部分。通过“遥视”来配合变电站的四遥系统，实现变电站的无人、少人值守，但传统的模拟监视设备已经越来越不能满足现代化无人值守变电站的建设需求，例如常出现回放的清晰度低、远距离的监控效果差、图像受电磁场干扰严重等现象。而本文介绍的方案就是通过选择网络高清摄像机替代模拟摄像机在变电站视频监控中的应用，来探讨变电站向全数字化、网络化、智能化的发展的技术过程。

系统作用

视频监控系统在无人值守变电站中发挥的主要作用是：

· 监视变电站内的变压器、断路器等设备的运行状态及外观;

· 监视变电站接地刀闸、隔离开关等设备的分合状态;

· 监视变电站内CT、PT、绝缘子等设备的外观状态;

· 监视变电站大门出入人员及车辆情况;

· 监视变电站内主要室内(主控室、继电器室、高压室、电缆层、电容器室、独立通信室等)场景情况;

· 监视变电站整个区域内的场景情况;

· 与站内报警系统形成图像联动(包括周界、室内及消防);

· 对变电站环境数据进行监控;

· 与变电站自动化系统的联动等。

系统方案设计

系统总体结构

如今无人值守变电站视频监控系统除了监视系统外，还集成了报警系统、环境监测系统、智能分析系统、对讲系统、门禁系统等多个子系统，并与变电站自动化系统形成联动。通过站端处理单元(RPU)接入视频信号、音频信号、报警信号、模拟量、语音对讲、网络摄像机等，然后通过一台设备完成上述各类系统的采集和接入(如图1)。

视频采集

该系统的主要功能是变电站的监视，包括报警系统的联动和与变电站自动化系统的联动，而监视的核心就是前端摄像机。所以说，摄像机的好坏，直接影响到变电站的监控效果。变电站采用的摄像机多为模拟摄像机，一般清晰度在480线、总像素约为40万，也有的摄像机标称600线其实际有效像素也不超过44万。在实际应用中，这种清晰度很难满足现代化变电站视频监控的需要。在网络摄像机飞速发展的今天，网络高清摄像机有效像素一般为100万像素，甚至可达300万像素，这将前端视频采集的图像质量提升了一个档次。

利用网络高清摄像机可实现对站内全景监控，让整个变电站尽收眼底，不会出现像普通摄像机那样的死角。高清晰的图像给操作人员带来便利，不会因为画面的模糊而带来辨别上的困扰。且清晰的画面还给图像智能分析系统提供一个很好的环境，可以更好的对采集的图像进行分析。

主控室、保护室通过安装360°超大视野范围的网络高清摄像机，一台即可替代多台模拟摄像机，在获得高清的图像的同时也减少了布线量和设备的预算。

圆形的监控画面如果不习惯还可以拆分成两个普通监控视角，这样开关室一览无遗，并且两个大门也在监控范围内。

网络高清摄像机采用的图像传感器件是CMOS，它具有体积小、速度快、功耗低的特点。通过十多年的发展，CMOS已普遍应用在网络高清摄像机当中。结合内嵌的处理芯片，可对图像进行处理，如白平衡调整、宽动态、图像畸形校正、数字降噪、PTZ等。网络高清摄像机还具备前端SD卡存储、语音对讲、温度采集等功能。

在变电站内可以通过安装网络高清球机，来对各个刀闸、开关、CT、PT到等站内设备做监视。球机关键预置点位的设定，可以在变电站自动化系统操作站内设备时，取得良好的视频联动效果。

图像传输

模拟摄像机在传输时，多半采用同轴线缆传输。同轴线缆虽然具有屏蔽层，但是由于接头部分的处理、长距离传输等问题，使图像总是出现网纹、变形等现象，虽然可以利用视频光端机减少传输过程中带来的干扰，但摄像机输出的毕竟是模拟信号，从摄像机输出口到光端机这段线路如果处理不好，仍会导致视频源出现干扰。

网络高清摄像机跟模拟摄像机相比传输较为简单。网络摄像机直接输出的就是数字信号，利用一根网线既可以传输视频、控制，还可以供电。数字信号传输比模拟信号传输效果更好，抗干扰能力更强。

室内安装的网络摄像机可以直接通过一根网线接入PoE交换机上，很大程度节省了室内的布线。而室外由于网络线传输距离的限制，可利用光纤传输来增加其传输的距离。当摄像机数量较多时，还可通过合理的划分区域，在多台摄像机的中心区域布置交换机，利用交换机做前端摄像机的接入，再由光纤传回控制室，以减少大量的点对点光传输设备。

网络要求

基于网络高清摄像机的变电站监控系统，一定要根据摄像机的数量选择适合本系统的交换机。一般百万像素高清网络摄像机占用带宽约为2M~6M之间，普通35千伏到110千伏的变电站配置16口或24口百兆交换机即可。如果摄像机数量较多还要考虑到整体的带宽需求，选择交换机背板带宽更高的交换机。

室外划分区域利用交换机接入网络摄像机时，要考虑交换机抗干扰能力，室外环境的稳定性。故推荐使用工业型交换机，它能在强电磁场、高温等多种恶劣的环境下正常稳定的工作。

该方案适用于不同的通讯网络，如以太网、E1、局域网、无线网络等，但是目前还是有一些变电站与主站之间的通讯为2M的E1通道。传输普通CIF(352×288)监控画面可以同时传4路视频，如果是高清画面可以传输1路视频，但是1路高清画面可以涵盖同场景的多个普通画面，这也是网络高清摄像机优势所在。2M的窄带传输毕竟不能满足现今变电站数据通信的需要，不少国内省份电力公司已经采用百兆网络作为变电站与中心之间传输通道，大大提高了网络传输速度和带宽，为网络高清摄像机在变电站的应用提供了保证。

报警系统

无人值守变电站报警系统一般分为周界报警和室内报警。

周界报警。在周界防范中采用的最多是红外对射报警器，利用多个红外光束在变电站的周围形成一面看不见的屏障，只要有人翻越围墙，遮断了光束即可产生报警。但在实际变电站应用中，入侵者往往翻入变电站针对现场堆放的线材、金属件进行盗窃。整个行窃过程短，当巡查人员赶到变电站时窃贼早已逃逸。如果不法分子意在破坏变电站内部设施的话，后果将不堪设想。再加红外对射在雨、雪、雾、大风等天气下，易产生误报影响到整个周界报警系统的稳定。

电子围栏是目前为止最适应变电站周界防范报警设备。它在围墙顶部利用多线制的布局，形成强有力的物理屏障。它不仅对入侵者产生报警，同时也能阻挡作用。入侵者在翻越中会遭到电击，但不会造成人生危害，使窃贼产生心理恐惧。

电子围栏与红外对射相比，前者克服了红外对射的技术缺陷，不受天气和动植物的影响，同时也能有效对入侵者起到阻挡的作用。配置时充分考虑围墙长短，划分好防区，配置相应数量的防区主机。而且电子围栏安装不受地形影响，可以通过增加线制，来增加围栏防范高度。

室内报警。采用红外三(双)鉴，主要安装在各个保护室、电缆层、交直流室等用于室内人员入侵的报警。尤其夜间在摄像机效果不是很好状态下，通过报警主机来联动灯光及时对现场做巡查。一般在面积不大的室内只需1~2个，但要注意安装位置一定要覆盖到出入口和主要通道，这样才能起到良好防范。

供电与防雷

变电站推荐采用集中控制方式供电，将室内外摄像机和其它设备如报警探测器、射灯、门禁等按区域和类别进行划分，采用集中控制方式有利于在监控屏柜里对前端各类设备的电源进行统一管理。网络摄像机既可以直接通过PoE方式也可以通过外接电源的方式供电，布线距离较远的网络摄像机建议采用外接电源方式供电。另配置一台UPS，既可以在电路出现问题的时候提供应急供电，还能消除供电线路上的电涌、瞬间高电压、瞬间低电压、频率偏移等情况，改善电源质量，为整个变电站监控系统提供高质量的电源。

由于变电站多处于郊区空旷地域，在雨天经常会遭受雷电侵袭，做好变电站监控系统防雷工作尤为重要。网络摄像机和主控室网络设备需要配置有防雷器。站内用于穿线的金属管、线缆的屏蔽层以及设备金属外壳、金属支架等均要可靠接地，才能保障系统稳定。

中心处理

该方案需在主控室监控屏柜中配置一台站端处理单元(RPU)。它可以接入16路模拟摄像机、32路网络摄像机;具有16路开关量输入，用于接入室内外报警、门禁联动等;8路开关量输出，可接声光报警、联动照明等;16路420mA接口可接入环境监测各类传感器，如温度、湿度、风向、风量等;预留语音对讲接口。

· 可对前端摄像机进行控制，如变倍调焦、云台旋转、预置点设置、巡视轨迹设定;

· 可对报警设备进行布撤防管理，联动多个摄像机或球机预置点;

· 支持区域遮蔽、画面移动侦测;

· 支持外接USB鼠标、键盘等控制设备，方便本地监控;

· 基于嵌入式Linux系统Intel Atom平台的站端处理单元几乎可把变电站内监控系统相关硬件设备都接入进来，同时还具备市面上DVR、DVS等视频处理设备一切功能。

外接显示器或大屏即可完成在现场对变电站的本地监控，也可通过网络上传至主站进行统一管理。用一台系统主机简化了站内中心处理设备，能有效的减少硬件故障发生的环节，嵌入式的主机也是系统稳定运行的保障。同时减少人员维护和巡检的次数，真正实现变电站无人值守目标。

数据存储

在变电站数据存储时间一般要求在15天到一个月之间，站端处理单元支持10块SATA硬盘，每块硬盘容量最大支持2TB。在D1格式下存储，16通道一个月所需硬盘的容量约为5TB。根据摄像头的数量及所需保存的时间来配置足量的硬盘，满足站内图像资料及数据信息的存储。

网络高清摄像机由于像素高，存储容量也是模拟摄像机的数倍。为了节省硬盘空间，延长存储时间，可对码流和帧率进行调整。在触发关键事件，如报警、手动录像、其它子系统联动保存为高清格式，其余可保存为D1或CIF画质的录像。

系统软件功能

无人值守变电站的实现不仅要利用前端的硬件，还要靠后端强大软件的功能做支撑。而流媒体监控软件，成功应用于全国多个省、市。它主要具有以下功能。

· 远程操作人员可利用软件对前端各个站端的图像任意浏览;

· 支持对各个站端摄像机进行控制，同时支持市面上众多主流摄像机控制协议;

· 支持站端巡检，利用建立巡检预案实现对前端监控画面浏览，减少人为操作;

· 具有强大的用户管理功能，可对不同等级的用户设定相应权限，并划分优先级;

· 客户端加密认证机制，保障数据安全;

· 采用流媒体转发技术，可以有效的缓解网络负荷;

· 与变电站自动化系统的联动。在操作员对变电站里的设备进行操作时，系统可以自动切换到相应现场来监视操作过程，第一时间反馈现场图像信息;

· 强大的电子地图功能。可以精确显示出摄像机、报警点等设备的位置和状态，可对电子地图上选择想要观看的监控点，同时实现报警的布撤防，还可对现场电子地图进行多层分级;

· 基于一次接线图监控模式，用户只需点击接线图上开关、刀闸、主变等设备，立刻以多画面显示该设备的监控画面，很大程度方便了操作人员;

· 智能图像分析。为了把操作人员从被动监看的疲劳中解脱出来，从而提高管理和生产效率。该软件附带了智能图像分析功能，可对监控图像进行处理并分析。此功能不同于普通的动态侦测功能，其通过分析它能对进出人员和车辆进行数量的统计并对车牌和人员进行抓拍高清图片;对未经允许闯入变电站的人员，系统会联动该区域内的摄像机进行全程跟踪拍摄并报警提示;对于站内突然出现的可疑物品也会预警提示，防止险情出现。