远程图像监控系统技术的分析与在变电站的应用

李仕强

【摘 要】随着电力系统不断发展，无人值守变电站逐渐增多，为保障电网安全运行，并解决无人值守变电站的安全防范问题，非常有必要进行变电站远程图像监控系统的建设。文章论述了图像监控系统的技术及特点，阐述了图像监控系统在无人变电站中的作用，变电站图像监控系统的实施及应用，将提高无人值班变电站的安全运行水平。

【关键词】变电站；远程图像监控系统；运行状态

随着电力电子技术、计算机技术、网络通信技术以及多媒体信息处理技术在电力系统应用中的不断完善，变电站监控系统正从常规静态监视监控向数字化网络远程监控方向发展。基于统一信息平台的图像监控技术已日臻成熟，远程图像监控系统已逐步成为变电站无人值守运行管理强有力的辅助监控工具。通过该系统，能实现对变电站区域内的远程监控和调度；监视站内运行设备的外观状态及室内环境情况；实现变电站防盗及防火的自动监控；并可提供事后分析事故的有关图像资料。

1.实现变电站图像监控系统的因素

如何将变电站远程的监视、遥控、防盗、消防和报警联网系统有机的结合起来，做到既可以远程监视、 遥控和图像的传输，又具备环境的整体监控，并且具有通常联网报警的功能。投入费用既要合理， 又能有效地预防、打击犯罪，保障财产安全。因此，确保系统运行稳定，将安全防范技术提高到一个新的水平， 这已经成为当前变电站监控应用发展的主要方向。

针对无人值守变电站的特点，我们建立的图像监控系统需要实现以下功能：

1） 监视系统、环境监控系统、防盗系统、消防系统、报警系统、远程控制系统必须要有机的联动结合， 从而提高无人值守或少人值守变电站人员和设备的安全性及便利性；

2） 传输方式基于 TCP/IP 网络，图像压缩技术成熟、可靠；

3） 具有现场图像画面、人员进出情况、特定环境的报警信号等数据及时地传回监控中心的功能；

4） 所有图像数据、环境数据必须远程传输，并且对数据的记录存储要做到全面、细致。使得数据的存储、检索、回放、备份、恢复利于管理和服务；

5） 系统的管理采用分级权限，不同的人员具有不同的使用权限，以便实现安全化管理；

6） 系统必须采用模块化设计，各个功能模块可根据需要添加，保证系统具有灵活的扩展性和友好的人机对话界面。

2.变电站图像监控系统技术

图像监控以其直观、方便、信息内容丰富被广泛应用于各行业中。随着数字图像压缩技术的日益成熟及计算机网络技术的发展，为远程图像监控技术提供了条件。目前，监控方式可分为三类：模拟图像监视、基于 PC 的多媒体监控和远程网络图像监控。

2.1 模拟图像监视

它被广泛应用于保安、生产管理等行业。图像监控系统一般采用模拟方式传输， 采用图像电缆，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。

2.2 基于PC 的多媒体监控

随着数字图像压缩编码技术的日益成熟， 微机的普及化， 为基于 PC 的多媒体监控创造了条件。在远端监控现场， 有若干个摄像机、各种检测、报警探头与数据设备， 通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端PC上，通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。基于PC 的多媒体监控系统功能虽强，但稳定性不够好， 功耗高，费用高， 结构复杂，需要有人值守，同时，软件的开放性不好，传输距离明显受限。

2.3 远程网络图像监控

基于嵌入式技术的远程网络图像监控主要的原理是：网络图像服务器内置一个嵌入式芯片，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的图像信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过网络总线传送到Web 服务器。

3.变电站图像监控系统的组成

变电站图像监控系统由多个远程现场和一个监控中心组成，在远程现场和监控中心之间有PCM 2M通讯线路连接，在远程现场均有若干摄像机，摄像机的镜头、 云台可控， 并可加若干传感器、警灯、警号等外围设备。在监控中心可以任意监视各个现场， 并能收集到各现场的报警信息。监控中心由中心机房内部的多媒体监控主机和机房以外的网络分控计算机组成。系统可以随时方便、即时地检索、回收记录存贮的图像， 并可按时间、地点（镜头）或图像文件进行检索和回放。回放图像稳定、清晰，可反复读写， 不存在传统监控系统中所存在的录像带的信号衰减和磨损问题。

4.变电站图像监控系统配置

4.1 厂站端设备

主要由前端设备和图像编码压缩服务器组成（包括摄像机单元、控制解码器、图像矩阵、报警控制设备、麦克风和音箱、编解码器等）。在有人值守的远程现场可以设置多媒体控制计算机，也可以设置控制健盘， 这些控制设备可以控制该现场的摄像机切换，镜头、台动作， 并且可以处理报警信息。对于无人值守的现场可以不放置计算机，建议放置控制键盘。厂站端设备在系统中的作用是采集现场的各种图像、音频、数据等信息，并通过编解码器进行处理，将模拟信号数字化并压缩编码， 以便于在可利用的数字通讯线路上进行传输。同时厂站端还具有把主站端传输过来的控制命令解码后控制镜头、 云台等可控装置。其次，系统应具有多画面视窗， 1～16个画面任意分割方式；图像清晰，画面流畅， 彻底杜绝马赛克、图像边沿锯齿及拖动现象；在保证高品质画面的同时，降低传输码流，实现了真正的海量存储。

4.2 通道传输设备

远距离传输起到连接变电站和监控中心的桥梁作用，也是系统最关键的组成部分，传输系统的性能直接决定着系统监控中心图像和数据的质量。这部分设备要根据通信通道选取。众所周知，现场摄像机采集到的模拟信号是不能直接在网络上传输的， 必须先数字化；而25帧/s的彩色活动图像在数字化后约需67 Mbit/s的传输带宽，目前只有在光纤上才能实现传输，其浪费是显而易见的。在有限的带宽下（ 通常为2 M）实现远程图像实时监控，就必须对图像进行压缩。

电力系统主要的传输方式是 E1线路传输方式： E1（2M速率） 组网适用于要求图像传输的大型站监控，而且站方应有丰富的传输资源。各个远端被控站的图像和数据通过一条各自独立的E1线路进入到分控中心和集中监控中心构成的TCP/IP网络。在远端变电站的图像压缩设备将监控图像编码压缩， 并打包为 IP 数据包， 透过 E1线路进入省电力公司的IP 以太网， 在分散监控中心和集中监控中心由图像处理设备选择变电站的图像进行解码输出，送到监控中心进行处理。这种方式的优点在于传输的可靠性高、 实时性好、 图像质量高。可以用光传输 SDH/PDH中的E1接口，节省资源。采用TCP/IP网络传输时， 当需要增加监测变电站时， 只需要增加变电站的前端设备，在监控中心不需要增加相应的图像处理设备，增加了扩展的余地。

4.3 主站设备

简单的主站仅仅由一个或数个监控终端组成，它们往往以分时形式完成一对一或一对多的图像监控任务。复杂的主站设备包括报警数据库服务器、 数字录像数据库服务器以及多个监控终端和大量的辅助监控终端，这种构造更符合集中式（对于变电站来说） 和分布式（ 对于监控终端来讲）的原理，并且可以方便地建立分级监控体系，是变电站图像监控系统未来的主流发展方向。

5.实现变电站图像监控的安全性分析

常规意义上的四遥系统 是调度自动化的主要内容，它们是实现变电站无人值守的必要条件。但仅仅依靠调度自动化的现有技术手段，实现变电站的无人值守是不完善的，这是因为变电站是电力生产重点场所， 安全性能要求非常高，为了保证安全， 应对环境状况、 设备运行、 文明生产等各类情况加以监控。特别要防范火灾、爆炸、泄露、失窃以及恶意破坏等现象的发生， 对安全生产构成极大威胁的情况加以监视， 只有这样，才能切实提高实行无人值守之后的变电站的安全水平。以图像监控为核心的环境监控系统， 它可以包含各类报警信号（ 如红外、运动、门磁、声音、震动、微波、湿度、温度等），经中央单元的处理， 进行图像录像，并联动各类行动输出（如报警、锁具、消防设备等） ，经过进一步开发，可以较好地应用于无人值班变电站。对于常规的图像监控系统（即工业电视系统），不具备上述功能， 使得它不适用于变电站的图像监控； 此外， 它的信号传输范围有限（通常为1km 范围内）， 并且需要有专人负责操作和管理； 而变电站数量多、分布广，每个变电站安装一套工业电视系统并安排专人值守有悖于无人值守的初衷。因此， 将一个地区的数个甚至是几十个变电站， 通过网络远程图像监控手段统一管理起来， 建立一个集中式的图像监控系统是解决变电站图像监控的合理方法。

6.结束语

变电站综合自动化系统可以实现远方的遥测、遥信、遥控、遥调（即“四遥”）功能，由于远程图像监控系统在电力系统中的应用，使变电站综合自动化系统又增加了遥视功能，由“四遥”发展到了“五遥”，进一步加强了对无人值守变电站的运行管理，保证了电力系统的安全。