电厂视频监控系统与计算机监控系统的联动实现

国网电力科学研究院 余 昇 唐栋君

1.引言

视频监控系统如今已经广泛应用于交通、公安、金融证券、电信、电力等各个行业[2]。而现今电力行业中的视频监控系统往往只能达到调阅视频、控制、系统设备告警等功能。越来越不能满足视频监控系统用户对电力生产安全状况进行及时掌握的需求。所以研究并实现一种适用于智能水电厂视频监控系统与计算机监控系统的联动技术十分必要。

2.水电厂视频监控系统简介

在水利水电领域，水电厂是一种生产型的企业，电厂的一切设备都是服务于生产。视频监控系统也一样，其主要的目标也在于辅助安全生产，其目标是监视电厂各设备的运行状态，以减轻现场人员的劳动量和劳动强度，及时发现各种危险状况，制止事故的发生，且随着我国许多水电站及变电站实现了“无人值班、少人值守”的运行管理模式，在较少运行人员的情况下，为有效地保障电站安全可靠的运行，运行管理人员借助计算机监控系统进行水利水电工程内设备监视控制的同时能够观看远方稳定而且清晰的现场图像信息的愿望更为迫切。所以，大部分水电厂已经完成视频监控系统的建设。

然而，由于受视频监控技术发展的影响，许多水电厂仍然采用数模结合系统结构，以模拟视频切换矩阵、数字硬盘录像机为核心，前端视频图像采集主要采用模拟摄像机。目前已建设完成的视频监控系统功能相对单一，仅实现了水电站视频图像观看、云台控制和基本的报警功能联动，不能接入火灾报警系统、智能门禁系统、电子巡检、在线监测、综合自动化及其它计算机监控系统，限制了视频监控系统的横向互联功能，已经无法满足未来水电厂数字化、智能化的总体发展趋势。所以，建设一套能与计算机监控系统进行数字化联动的视频监控系统显得十分重要。

3.视频监控系统远端联动技术

视频监控系统可以与水电厂计算机监控系统进行联动，即计算机监控系统产生告警信号时，通过接口传给视频监控系统数据接入服务，服务将数据转换为符合系统内部协议的信令传送给视频监控系统中心管理服务进行处理。数据联动原理如图1所示。

系统联动流程包括告警数据传输、回复确认、告警数据接入、数据处理、联动动作产生几个过程：

(1)告警数据传输

告警数据指计算机监控系统产生的告警事件，以标准通信协议的形式传输给视频监控系统。若告警事件被成功接收，则回复成功消息给计算机监控系统。

(2)告警数据接入

视频监控系统具有独立告警联动模块，用于接入计算机监控系统，接收其产生的联动信号，如机组开机、关机、刀闸开、合等信息。

(3)数据处理

视频监控系统用户对指定告警进行联动配置，当产生告警时，系统通过读取配置判断该条告警需要进行的联动类型，例如弹出视频、进行录像、调用摄像机预置位等。

(4)产生联动

通过一系列信令交互及视频流传输，视频监控系统将执行告警事件对应的联动动作。例如将告警视频在展现界面中播放，调用相应预置位，或将告警事件对应摄像机进行录像，以备后期可查。

图1 系统联动架构

图2 视频系统告警接入模块设计

图3 系统联动流程设计

图4 告警相关画面显示

4.视频监控系统接入模块设计

视频监控系统可以与计算机监控系统进行联动，即水电厂计算机监控系统产生告警信号时，通过接口传给视频监控系统告警接入服务，服务将数据转换为符合系统内部协议的信令传送给中心管理服务进行处理。

4.1 模块主要功能

●将计算机监控系统的告警信息转换为符合视频监控系统内部协议的数据报文。

●实时监听计算机监控系统告警信息。

4.2 模块架构

图2为视频系统告警接入模块设计。

●应用层：主要是协议转换模块、实时监听模块；

●控制层：实现对整个服务模块的框架构建，对其他所有模块进行协调管理，由主控制模块构成；

●通信层：有串口通信模块组成，在模块中起到串口数据的收发作用。

5.联动流程设计

针对告警联动，设计出一套简洁、完整、实用且稳定的信令流程，如图3所示。

告警触发及联动流程如上图所示，其中：

●告警事件通知。计算机监控系统通过自定义协议，将告警事件通知视频监控系统接入模块，数据包括电厂号、事件编号、事件描述信息。

●告警事件确认视频监控系统成功接收并解析告警事件通知后，给计算机监控系统发送确认信息，告知计算机监控系统告警通知已被成功接收。

●告警事件通知。视频监控系统接入模块通过查找数据库，对事件ID与联动摄像机ID进行比对，将联动摄像机ID、预置位ID信息传送给中心管理模块进行联动处理。

●告警联动通知。视频监控系统中心管理模块接收到告警联动通知报文后，确定弹出告警视频、调用预置位、录像等联动行为组合，并将弹出告警视频通知应用客户端。同时，中心管理服务调用相应摄像机预置位，并进行相关录像指令的发送。

●告警联动确认应用客户端收到告警联动通知后，发送回执信息确认信息的接收，同时进行相应摄像机的视频请求。在展现页面指定窗口上将弹出告警视频画面。

6.联动协议设计

为了使信息和数据能够在两系统之间可靠、高效的传输，必须制定一套稳定、可靠、高效的传输协议。在MODBUS协议的基础上，结合系统特征，做了相应修改和创新。以下是传输协议数据结构及报文定义。

字段定义 站地址 数据 校验码(CRC16)字段长度 1 byte N byte 2 byte

(1)站地址(占1字节)

每个站代表一套视频监控系统，均需规定一个唯一的站地址，即唯一标识视频监控系统的站地址。只有被寻址到的站才能响应包含该站地址的询问。当视频监控系统应答计算机监控系统时，应告诉计算机监控系统是哪一个站进行通讯。

(2)数据

标识厂号、告警事件号、事件描述信息，其结构如下所示：

总厂号（高位）总厂号（低位）摄像头号（高位）摄像头号（低位）

(3)校验码(占2字节)

RTU传送方式只能用循环冗余校验(CRC)。

循环码形成方法：将报文F(X)乘以X16(左移16位)，再用发生多项式(G(X)=X16+X15+X2+1)来除，得16位余数R(X)，将余数R(X)附在报文F(X)后，就得到包含CRC16校验码的发送的报文，也就是循环码。接收端在收到包含CRC16校验码的报文后，用同样的发生多项式G(X)=X16+X15+X2+1(18005H)来除，如果通讯无错，则所得的余数应为“0”。

进行串行传送数据的设备，总是先发送每个字符的最低有效位(LSB)，但在生成CRC时，发送的第一位却是最高有效位(MSB)，由于在运算时不考虑进位，在计算CRC时假设MSB位于最右端，发生多项式(18005H)的位次序可以颠倒过来，又由于发生多项式的最高有效位只影响商数而不影响余数，这样发生多项式(18005H)就变为A001H。CRC16校验码可以用“异或”和“移位”代替除法运算得到。

为保证传输质量，该协议满足以下原则：工业电视系统侧收到报文后，进行CRC校验，若报文正确，发送跟收到相同的报文作为回应；否则，不回应；

集控侧若没收到回应，该条报文将连续发送三次；

集控侧若没收到回应的次数超过某值N_MAX后，将报“集控侧与工业电视通讯故障”。

7.联动效果展现

系统联动效果展现在视频监控系统应用客户端中，系统接收到告警信息后，可弹出相关视频画面，以下截取了视频联动技术在某水电厂的应用，其中告警联动画面如图4所示。

8.结束语

本文首先对水电厂视频监控系统做了简单介绍，其次通过模块设计、业务流程设计、消息内容设计几个层面详细阐述了视频监控系统与电厂计算机监控系统对接及联动的实现。该技术已经成功运行于生产环境，运行稳定。下一步的研究主要集中在视频系统与电厂多系统对接及联动的实现上。

[1]贾嵘,薛惠峰.水电厂闸门群计算机监控系统[J].计算机工程,2001,27(5):81-83.

[2]江潮,苏祥芳.基于网络的数字视频监控系统[J].武汉大学学报(自然科学版),2003,46(5):608-612.

[3]楼剑,虞露.新一代的视频编解码标准-H.264[J].当代通信,2003(5):29-32.

[4]高会生.图像监控系统与SCADA系统互联实践[J].电力系统自动化,2005,29(6):34-36.

[5]张喜平.变电站远程图像监控系统建设经验[J].电力系统自动化,2005,29(16):97-99.

[6]卢智嘉.基于Modbus远程监控系统的通信研究[J].微计算机信息,2008,24(25):77-79.