青龙水电站工业电视系统配置方案

周冬梅，侯星宇

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概述

青龙水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州九寨沟县境内，是白水江干流(九寨沟县段)水电规划“一库七级”开发方案中的第七级电站。首部枢纽距九寨沟县县城约11.5km，厂区距九寨沟县县城约28km，工程区内有甘肃文县～九寨沟县公路从河流右岸通过，在汤珠河口与九环线旅游公路相连，对外交通方便。电站采用引水式开发，开发任务主要为发电，兼顾九寨沟县城市建设、景观用水和下游环境生态用水。电站在电力系统中承担基荷，具有日调节能力。

2 系统设计原则

先进性:采用现阶段先进、适用的技术，在满足现有需求的前提下，充分考虑视频技术发展的趋势，在硬件平台上为系统升级预留相应的空间，从而能较长期保持先进并适应将来的技术发展。

可靠稳定性:系统能长期稳定运行，并具有足够的抗干扰能力。

兼容性:在系统功能实现上支持目前主流的标准接口和通信协议、传输协议、网络协议，可接入不同生产厂商不同类型的外围设备，使得整个系统可以随着技术的发展和进步进行功能的增加和扩展。

可扩展性:系统采用模块化结构设计，扩容方便，无缝集成。

灵活性:系统结构简单，功能配置灵活，能满足不同业务部门的需要。

实用性:系统的前端设备和系统软件应有良好的学习性和操作性，应使普通的管理人员通过简单培训即可掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。

人性化和便利性:使用多功能、外向性的要求，全中文界面，讲究操作和管理的便利性和舒适性，达到提高工作效率、节省人力及资源的目的。便于监控区域的信息收集、处理、储存、传输、检索。

应用成熟:系统所采用的产品均为经过一定时间市场考验的成熟产品，在中国或国外已有成功的应用案例。

3 工业电视系统总体设计

3.1 系统方案

就目前来说，视频监控系统有三种主要方式，即:纯模拟方式(方案1)，模拟-数字混合模式(方案2)，纯数字方式(方案3)。

3.2 方案介绍及其对比

3.2.1 方案1:纯模拟方式

方案1中，前端设备采用模拟摄像机，视频以模拟方式采用同轴电缆传输并通过基于电路交换的模拟视频切换矩阵主机完成图像的选择并输出到终端显示设备和存储设备。

该系统主要包括以下几个部分:

前端设备:主要包括设置在现场的模拟摄像机、镜头、云台、防护罩、控制码解码器、控制码分配器等设备。

监控中心设备:矩阵切换系统、监控中心管理服务器、图像监控服务器等设备，布置在中控室。

3.2.2 方案2:模拟-数字混合模式

方案2中，前端设备采用模拟摄像机，视频信号以模拟方式采用同轴电缆传输至数字化设备(如视频服务器、编码器、数字硬盘录像机等)，实现压缩、编码等，转换为适合以太网上传输的数字视频信号;控制中心的管理服务器及图像监控服务器可对前端设备进行操作以及数据的处理和管理，并可根据需要配置解码和存贮设备。

该系统主要包括以下几个部分:

前端设备:主要包括设置在现场的模拟摄像机、镜头、云台、防护罩、控制码解码器、视频服务器(或完成类似功能的其他设备)等设备。

监控中心设备:监控中心管理服务器、图像监控服务器、中心交换机等设备，布置在中控室。

3.2.3 方案3:纯数字方式

方案3中，前端设备采用全网络式摄像机，视频从前端设备输出即为数字信号，并以基于TCP/IP协议的以太网为传输媒介，实现视频在网络上的多路复用传输，并通过数字视频矩阵控制实现整个系统的控制、调度、存贮、授权控制等功能。

该系统主要包括以下几个部分:

前端设备:主要包括设置在现场的网络摄像机、防护罩、区域交换机等设备。

监控中心设备:监控中心管理服务器、图像监控服务器、主干交换机等设备，布置在中控室。

3.2.4 方案对比

方案1和方案2中的前端设备均采用模拟摄像机，两者的区别在于:方案1采用模拟方式进行传输、存储;方案2采用数字方式进行传输、存储。

在现阶段，采用模拟方式的技术成熟可靠，图像质量好，成本较低，但是对网络通道的要求较高，部分情况下布线困难，距离较远时需要光纤路数较多且数据功能单一，不能满足网络传播及资源共享等方面的要求，不能有效的实现远程的集中监控且传输通道成本过大，故障点多，运行维护不便。

随着宽带技术的发展，尤其是以太网的发展，远程集中监控的需要越来越多，规模也越来越大，数字方式传输能适应网络传播并满足资源共享等方面的要求，属于较新一代的技术平台。

数字方式图像由于已经数字化，抗干扰能力强，图像质量好，便于存储、检索和共享等高级应用，因此较适合在公用网络平台上的授权用户调用，并方便远程调用及维护。在布线施工中，数字方式也相对便捷，抗干扰能力强，而且目前在采用新的压缩方式和算法后，数字网络视频的质量大幅度提高，已经完全可以作到图像质量满足生产安全监视的要求，以及有高质量画面要求的需要。

对比方案1、2，方案2更符合本工程实际，具备一定的先进性，能够满足有效地接入集中控制中心的需要。

而方案3，其视频监控系统的结构采用全数字方式，为新一代的视频监控系统，在先进性、实时性、扩展性、兼容性等方面都较以前的视频监控系统有所提高，能够更好地实现无人值班的管理模式。但方案3造价相对方案2过高，且在当时的水电站上运用的较少。

综合以上分析，结合本项目实际，从系统建设成本、技术的先进性、运行管理、维护费用等方面考虑，本工程最终采用了模拟-数字混合模式的网络视频监控系统(方案2)。

3.3 压缩方式的选择

视频压缩编码技术是视频技术以及多媒体应用的核心，目前比较常见是ITU－T的H.261，H.263，H.264 和 ISO/IEC 的 MPEG1，MPEG2，MPEG4等。影响视频流压缩编码性能的因素很多，包括压缩效率以及编码的冗余性和可靠性。不同的视频压缩方式均有各自不同的侧重点，需要根据项目的不同需求进行合理的选择。

MPEG4视频压缩算法相对于MPEG1/2在低比特率压缩上具有显著提高，在CIF(352×288)或者更高清晰度(768×576)情况下的视频压缩，无论从清晰度还是从存储量上都比MPEG1具有更大的优势，也更适合网络传输。另外，MPEG4可以方便地动态调整帧率、比特率，以降低存储量。

H.264是由ISO/IECMPEG和ITU－TVCEG两大组织共同成立的联合视频工作组JVT(Joint VideoTeam)开发的，并在2003年5月正式发布。H.264创造性了多参考帧、多块类型、整数变换、帧内预测等新的压缩技术，使用了更精细的分像素运动矢量(1/4、1/8)和新一代的环路滤波器，使得压缩性能大大提高，系统更加完善。

相比之下，MPEG4是目前市场上最流行、最成熟的技术，而H.264压缩标准推出时间较晚，相关的产品还较少，其产品的成熟性还需进一步验证，且采购和使用成本较高。

基于以上分析，本工程最终采用了MPEG4压缩标准。