工业电视系统在深溪沟电站的应用

毛保勇，高玉冰

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

工业电视系统在深溪沟电站的应用

毛保勇，高玉冰

（国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 汉源 625304）

主要从深溪沟工业电视的监控对象、网络结构、系统功能三个方面对深溪沟工业电视系统作了简单的介绍。

深溪沟水电站；工业电视；服务器；网络结构；系统功能

0 概述

深溪沟水电站位于四川省大渡河中游汉源县和甘洛县接壤部，为大渡河干流规划的第18级电站，其上一梯级为正在建设的瀑布沟电站，下一级为规划的枕头坝电站。电站接瀑布沟水电站尾水，装机规模为4×165 MW，主要任务是发电；配合瀑布沟水电站的运行方式，深溪沟水电站相应将承担腰荷和调峰运行任务。电站枢纽由河床式厂房、窑洞式安装间、泄洪闸、冲沙闸、挡水坝等水工建筑物组成，坝顶高程662.50 m，电站装设4台轴流转桨式水轮发电机组，单机容量为165 MW，额定水头30 m，最大水头40 m，最小水头20.1 m。电站以500 kV电压等级接入电力系统。电站发电机与主变压器组成两组扩大单元接线，发电机额定电压为15.75 kV。发电机通过离相封闭母线引出与主变压器低压侧连接。主变压器高压侧直接与500 kV SF6管道母线（GIS管道母线）连接。主变压器中性点直接接地。

1 深溪沟工业电视的监控对象

对深溪沟主、副厂房各部位主要电气设备、进厂大门、坝区闸门、泄洪洞出口以及消防通道集水井等重要部位加强防护力度，及时了解现场情况。

具备与计算机监控系统、消防监控及联动控制系统和门禁及安防系统的联动控制功能，即：当计算机监控系统、消防监控及联动控制系统和门禁及安防系统通过网络将报警信号发给工业电视系统时，能启动对应摄像头到预置位位置，并启动存储服务器进行录像；当工业电视系统监视到现场情况发生异变或报警时，能在2秒内将报警信号传送至管理服务器，报警服务启动存储服务器进行录像，且将该信号传送到监控中心，并在监控中心发出声光提示等；中心作出反应，通过网络对报警点的联动控制的设备进行远程报警处理。

整个系统采用开放式以太网结构。通过以太网交换机连接现场摄像机、图像管理服务器、图像监控服务器、图像存储服务器，实现对电站的监视。

2 深溪沟工业电视系统网络结构

工业电视系统采用分布式结构，由后端设备和前端设备组成。

后端设备站内各节点计算机和打印机通过安装在继保室工业电视屏内的主交换机组成局域网（LAN）联接，厂内区域交换机通过多模光纤或网线与主交换机相连，大坝区域的区域交换机通过多模光纤与主交换机相连，泄洪洞出/入口的区域交换机通过多模光纤与主交换机相连。后端设备站内各节点计算机与电站内计算机监控系统、消防监控及联动控制系统和门禁及安防系统相连，实现数据通信及联动控制。主交换机与瀑布沟地面工业电视控制屏主交换机通信，将深溪沟的视频监控信号有效的接入。

前端设备由区域交换机、室内/户外网络球型彩色摄像机、网络彩色枪式摄像机以及相关配件等组成。各个区域的摄像机采集数字视频信号送入区域交换机汇集，再通过主交换机经1000M光纤以太网接口至监控中心数据通道。数字图像信号以TCP/IP协议和组播方式进行通讯，传输给图像监控服务器和图像管理服务器。摄像机控制信号由图像监控服务器和图像管理服务器发出。

工业电视系统通过网络视频解码器和系统软件完成将数字图像信号转为模拟视频信号，并送出8路模拟视频信号至液晶显示屏，实现监控画面在液晶显示屏8块显示器上的实时显示。

工业电视系统按IEEE802.3设计，采用分层星型结构的快速交换式以太网，局域网通信规约采用TCP/IP协议，传输速率1 000 Mbps。

深溪沟水电站工业电视系统采用分布式结构，硬件由后端设备和前端设备组成。

2.1 后端设备

后端设备主要包括1台图像监控服务器、1套图像管理服务器、1台图像存储服务器、1套液晶显示屏及其支架、1套网络视频解码器、1套打印机、1台主交换机、1面工业电视屏机柜（包括温湿度控制器、端子排、防雷设备等）等。

2.1.1 图像监控服务器

图像监控服务器具备以下功能报警及电子地图管理：报警信息的搜集；报警集中处理；报警时联动管理中心相应电子地图并闪烁提示；可自行添加绘制多幅/多级电子地图；可通过电子地图直接调用图像，授权并认可后可控制云台镜头；同一电子地图上的多个前端报警时显示主电子地图导航图；不同电子地图的多个前端报警显示多个电子地图列表；其它告警事件管理：用户可自定义系统中的视频丢失、镜头遮挡、移动侦测、硬盘故障、网络中断等告警信息的显示或隐藏。

（1）网络虚拟数字矩阵功能：浏览和控制;轮巡;组切;报警图像切换；灵活的液晶显示屏解码方案；视频解码扩展功能。

（2）流媒体协议转发功能：实时视频转发：不同厂商视频图像的单播/多播转发；控制信息转发；远程云镜控制信号转发；报警信息转发；转发网络中的报警信息；录像资料的任意转发；管理和分配网络带宽。

2.1.2 图像管理服务器

图像管理服务器具备以下功能：

（1）用户验证目录管理功能：中心可对所辖管理的设备进行分级/分组管理；系统支持远程集中用户认证管理和分级（优先级）用户管理，提供用户帐号的添加、修改、删除、密码修改等维护操作；同一时刻操作，高级别优先级和平级别的冲突检测；系统允许每个管理员对自己管辖范围内的设备或用户的管理，包括了设备和用户的添加、删除、属性修改、指定用户对设备的权限等。

（2）用户验证目录管理功能：系统内设备运行状态监测；主控中心远程对前端设备配置；系统自动对网内设备校时，满足让每个设备同步运行；完成对所有操作，状态日志管理；检测存储服务器硬盘状态；检测视频通道状态。

2.1.3 图像存储服务器

图像存储服务器具备以下功能：

（1）录像计划任务制定。

（2）视频资料的存储、检索、备份管理。（3）采用磁盘阵列方式，支持RAID5。

（4）通过专用管理服务器进行数据存储管理。平时对视频信号进行录像存储，在集中控制中心需求数据时候进行上传。

2.1.4 主交换机

采用智能型快速工业级以太网交换机，以构成10-100-1000Mbps自适交换式工业以太网，传输速率1000Mbps。各节点计算机使用光口或RJ45电口直接连到交换机上。

2.2 前端设备

前端设备主要包括15台区域交换机（包括交换机控制箱）、82台套室内网络球型彩色摄像机（A型）、17台套室外网络球型彩色摄像机 （B型）、26台套室内网络枪式彩色摄像机（C型）、5台套室外网络球型彩色摄像机 （D型）、10具塔杆、15具吊杆及护罩，以及安装摄像机所需的配套护罩，支架等。

2.2.1 区域交换机

共配置15台区域交换机，分别放置在主、副厂房，大坝等区域，区域交换机采用智能型快速工业级以太网交换机，构成10-100 Mbps自适交换式工业以太网，传输速率100 Mbps。

2.2.2 摄像机

全厂130台摄像头，几乎覆盖全厂，形成立体全方位监控网。

3 系统功能

3.1 远程图像传输及控制功能

监控前端的图像视频信号由管理服务器经主干交换机，采用光纤为传输介质，传送到瀑布沟区域控制中心。控制中心局域网中的授权用户可通过系统软件远程调用深溪沟电站的监控画面，并能根据监控需求灵活切换到任意一个监控现场。

3.2 用户权限管理

系统支持基于角色的用户管理，权限、授权认证管理；支持用户的创建、修改和删除，能保存用户的基本信息，包括登录名、密码、权限分组、联系信息、部门所属等；支持权限设置，用户的权限分为系统权限和设备访问权限，系统权限限定用户对软件系统的访问、操作权限，设备访问权限规定了用户对系统设备的访问、操作、控制权限。设备访问权限支持多级分级，权限等级限定用户对设备争用时的仲裁机制。例如：当同时有几个用户提出请求要控制某个摄像机的时候，系统将自动根据它们的权限级别进行仲裁。系统提供管理员用户组权限模板和普通用户组权限模板，供添加新用户或用户组时复用；支持将一个现有用户或用户组的权限，复用给新建的用户或用户组，并可对复用过来的用户权限进行修改，简化权限分配操作。

系统对每一个用户的注册、登录、退出、所有操作记录（例如对前端设备的启动、关闭、重启、参数修改、软件升级等操作和控制）进行记录、审计跟踪。当系统发生安全事件时，用户操作审计功能能为事件原因的追溯提供帮助。用户的关键行为作为关键数据，不允许修改。

3.3 用户分组功能

系统可以将用户根据权限编成不同工作组，每个工作组可对指定的摄像机具有权限，这些权限包括监看实时视频、回放视频、操作云台、处理告警等，用户的权限继承用户组的权限，而又不受此完全约束，用户具有组内其他用户所不具备的权限或者限制。

3.4 画面显示

可实时显示高质量图像；支持画面小、中、满屏显示；支持单画面、四画面、九画面、十六画面及大小组合画面显示方式。

3.5 画面切换

系统软件支持自动及手动画面切换。用户可以对监视画面作任意的切换，可以切换任意一台摄像机的视频到监视器画面，也可以切换其中一台摄像机视频到任意监视器显示。

3.6 画面轮巡

操作员可随时为巡视定义输出巡视的位置点，可建立多个巡视以随时调用到监视器上。每个巡视有多个视频输入的位置，每个位置还包括一个独立的驻留时间、目标（预置场景）和一个辅助触点动作。巡视可正向或反向运行。同一个视频输入和／或同一台摄像机的预置场景可多次插入到巡视中。

3.7 摄像机P/T/Z控制及辅助操作

提供摄像机镜头方向控制功能：能实现八个方向的控制与锁定、三个镜头调整功能；提供基于视频窗的控制功能：通过鼠标在视频窗内的拖拽和点击，实现摄像头的居中、水平、垂直、变焦，以及监看窗口内图像的放大、缩小和满窗口显示；支持灯光／雨刮／除雾等多个辅助开关的控制。

3.8 预置位功能

能为摄像机设置多个预置位，作为巡视的扫描点；能为摄像机设置多个巡视方案，每个巡视方案中可以包含多个预置位。

3.9 画面信息添加处理

在监控画面上支持中文、英文信息在监看画面的叠加显示；能在监视的画面上叠加与该通道相关的信息：摄像头名称、状态、每秒帧数、码流、录制状态、报警信息、移动侦测、音量；支持日期时间的叠加显示，任意指定日期时间的显示格式。

3.10 系统录像功能

系统在本地端录像的同时同步实时将视频信号通过网络上传输，在网络上进行实时监视以及访问录像文件，进行录像回放、备份等操作。

3.11 录像检索及回放功能

用户按时间、日期、摄像机编号等方式对录像数据进行检索，打印所需的图像。

系统还能根据事件进行检索，将报警事件、标签文字等作为检索的依据，快速实现存储资料的检索。同时，系统支持智能分析检索，更方便的实现闯入特定区域、人物越线、物品搬移等智能检索功能。

录像硬盘空间：录像硬盘空间管理采用两种方式：一是自动循环覆盖的方式，即剩余硬盘空间到达设置界限时，系统自动删除距当前时间最久远的一天的录像文件；二是停止方式，即硬盘满时停止录像，并立即发出友好提示，并建议用户进行如何的操作。

录像文件备份：将需要的录像文件从网络上下载到微机硬盘上，或在录像回放的时候对某一时间段的图像重新录制。

录像文件删除：随时将没有保存价值的录像文件手动给以删除。

录像资料不能随意被剪接、篡改。

文件回放检索方便，单／多屏回放模式，对选定图像进行放大、移动、亮度调节。

系统画质增强、抓取及储存所抓取图像等处理。

具有播放／快进／快退／上切／下切／单步播放／暂停功能，用户直接拖动播放滑块调节播放进度。

预览具有多种显示模式。

3.12 联动控制功能

通过开关量和通讯方式（RS485串行接口和RJ45以太网接口）实现与消防监控及联动控制系统的联动功能，接受来自消防监控及联动控制系统的报警信号，在发生火灾和紧急的情况下，能发出报警信息，实现联动；实现与门禁及安防系统的联动功能，在有人员出入刷卡，或接受到门禁及安防系统周界报警装置的报警信号时，能自动将画面切换至人员活动区域或报警区域；实现与计算机监控系统的联动功能，接受来自计算机监控系统的报警信号，并启动对应摄像头到预置位位置，并启动存储服务器进行录像。

3.13 报警

当出现设备故障时，立即发出报警和显示信息，弹出画面。

当检测到电站内重要区域有人员活动或其他危险时，立即将该监控区域的监控画面切换至监控终端显示器上，并发出预警信号，在运行人员确定后解除。

对于任何确认的误报警，运行人员可以退出该报警点。

3.14 记录和打印

记录和打印功能包括：各类操作记录（包括操作人员登录/退出、系统维护、设备操作等）；各类事故和故障记录；各类异常报警和状态变化记录；报表记录；各种记录、报表及曲线打印（由运行人员在控制台上选择并控制打印机打印）。

3.15 培训功能

控制系统具有操作、维护、软件开发和管理等方面的培训功能。在培训软件运行时，起初始信息应来自控制系统，培训人员在培训过程中如对某设备进行操作，相应的培训程序被启动，对运行和操作过程进行仿真模拟，但不影响正常的监控过程。

3.16 特殊防护

能在水电厂环境内可靠运行，不受强电磁场和各类电磁噪声的干扰；能连续工作和防雷击。所有的防护壳体及电路板经过防潮、防霉、防盐雾处理，适应各种恶劣环境。

4 结束语

深溪沟工业电视系统通过全厂分布的高清彩色130个摄像头，将采集到全厂各个角落数据传回中控室监控服务器用于显示，然后再经过管理服务器、存储服务器的采后台处理，很好的实现联动控制、录像存储和查询、报警和打印、培训等功能，是一套比较成功的工业电视系统。

【1】孔俊宝.数字会议电视系统[J].电视技术，1998,（6）.

【2】钱建生.煤矿井下光纤工业电视监控系统[J].电视技术,1998,（5）.

【3】黄孝建,门爱东,杨波.数字图像通信[M].北京：人民邮电出版社,1998.

【4】朱宗玖,韩迎鸽.煤矿工业电视系统中视频光纤传输系统的设计[J].煤矿机械,2004,（4）.

【5】朱宗玖,姚善化,韩迎鸽.煤矿工业电视系统的设计[J].煤矿机械,2003,（3）.

TN949.21

B

1672-5387（2010）06-0095-04

2010-10-08

毛保勇（1983-），男，助理工程师，主要从事水电站运行维护工作。