变电站监控影像远程无线实时传输系统

（新疆天富热电客户服务中心，石河子市，832000） 田玲莉

1 现状与背景

当前的信息化时代，是一个构筑在网络基础之上的时代，基于网络的各种新应用也迅速发展，网络视频需占用较大带宽，以前由于网络带宽的限制，应用不多，现在由于高带宽的迅速普及，网络多媒体应用已逐渐普遍。基于网络技术的各种视频通讯应用，如网络远程视频监控也应运而生。

变电站现在一般都有“三遥”系统，可以在此基础上增加遥视系统，将变电站的视频数据和监控数据由变电站前端的设备、服务器采集编码，并将编码后的数据通过无线网络传输到监控中心，监控中心接收编码后的视频数据和监控数据,进行监控、存储、管理。电力遥视系统的实施为实现变电站、所的无人值守，从而为推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。

监控系统是现代交通运输、环保监测、现代国防等关键技术设备之一。目前在视频影像监视系统领域，有线方式的监视系统较为普遍，而在数据不易采集的场合，例如变电站，有线监视方式受到了固有物理布线的限制而显得无能为力，但无线远程监视方式则没有这种限制。

视频影像无线远程实时传输系统就是结合了这几种技术而产生的，它基于嵌入式系统，融合了无线通讯与有线网络技术，因此它同时具有这些技术的优点。首先，作为嵌入式系统，它具有体积小、成本低、功能强、架设简便等特点。其次，采用宽带无线通信技术，可以实施远程无线视频影像传输，非常适合变电站和变电所的需求。最后，使用基于TCP/IP的Internet技术，移动终端如笔记本手机可以连接，独立完成变电站运行状况的录像、抓拍等任务。

2 系统技术指标及参数

体积尺寸：200mm×150mm×50mm（设计值，包括天线）；

传输距离：10km（可视距离，加中继可达更远距离）；

传输方向：在有较大障碍时，可加便携式中断器，实现任意方向的影像传输；

传输速率：11Mbps/54Mbps；

频率：2.4G；

即插即用，无需驱动；

隐藏SSID；

支持POE；

支持MAC地址过滤；

支持音视频硬件编码、压缩；

支持基于Web的管理；

支持远程摄像机云台控制；

电源：DC12V(蓄电池)/交流220V/110V变换器。

3 系统整体架构

整个系统建立在无线网络之上，采用Client/Server工作模式，主要由视频影像监控端、彩色摄像机、一体化天线网桥、监控终端（客户端）等小型便携式设备组成。

实时视频影像监控前端首先将摄像机采集的信息通过硬件编码模块进行处理，然后通过一体化天线网络交换机进行无线发送，将信息传送至与监控终端（客户端）相连的一体化天线网络交换机，然后传送至监控终端，这样用户便可以通过系统软件观看实时的监控画面。

前端监控模块作为整个系统Client/Server工作模式的Server端，具有唯一的一个IP地址和一个唯一的MAC地址，监控端（客户端）通过IP地址或者MAC地址来访问某个特定的摄像头。由摄像头来负责采集现场图像，处理监控端（客户端）的请求，并进行传输控制，通过无线网络将实时图像传输到监控端（客户端）/大屏幕。

监控端（客户端）须安装专用的客户端程序软件。这个专用的客户端程序软件负责向摄像头发送图像传输请求，摄像头响应后发送实时采集的图像数据，监控端（客户端）再进行接收，然后进行解码，显示在屏幕上，至此就可以观看到连续的视频图像。也可以将传输过来的图像数据保存在硬盘上，以备查看，整体架构如图1所示。

图1 系统整体框架示意图

在监控中心主要有客户端控制机，视频数据存储介质，服务器，交换机，收发模块，投影仪，大屏幕等设备。收发模块主要是进行无线数据的接受，以及命令的发送；音视频数据通过交换机发送给客户端控制机（PC机），有客户处理，客户可以把数据保存到大容量存储器上，供以后查看。服务器主要是进行重要数据的备份，以及对整个视频传输系统进行管理。

4 监控前端硬件结构

系统的主体部分-前端监控模块主要由系统板、USB接口的摄像头以及硬件压缩模块等组成，如图2所示。

图2 硬件结构图

系统板上的资源主要有RS232串口通讯接口，以太网控制器，Flash存储器，SDRAM，硬件压缩模块等。系统板中CPU采用ARM9处理器，此类处理器使用ARM920T核，内部带有全性能的MMU(内存处理单元)，它适用于设计移动设备类产品，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小等优良特性。

无线模块的主要功能是发送实时音视频数据，并且接收客户端发来的命令信息。无线模块的主要特点有：

1）2.4G公共频段工作，无需申请频点；

2）高抗干扰能力和低误码率,CRC校验；

基于FSK的调制方式，采用高效通信协议，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-5～10-6；

3）完善的通讯协议,应用方便；

4）多信道，多速率；

5）标准串口UART接口方式；

6）低功耗及休眠功能；

7）高可靠性，体积小、重量轻；

采用单片射频集成电路及高性能单片处理器,外围电路少，可靠性高，故障率低；

8）看门狗实时监控。

5 系统软件架构

监控模块软件由操作系统和应用软件两部分组成，如图3所示。

图3 软件结构图

系统采用Linux作为操作系统，内核中包括USB HOST接口驱动、USB摄像头驱动、硬件件编码模块驱动和网卡驱动程序等模块，另外内核也包括了用于通讯的TCP/IP协议和无线通讯协议。

应用程序是建立在操作系统之上的，是系统中的主要部分，由它来实现视频影像采集和传输的功能。

另外，系统中实现了一个Web服务器，该服务器功能强大，且代码简单、速度快，很适合在嵌入式系统中应用。该WEB服务器的主要功能包括：

1）WEB服务器在系统boot时自动启动并进行参数设置；

2）可以实现对MJPEG数据流的定位；

3）多路MJPEG的切换与播放；

4）客户端连接的简单管理（帐户管理、连接记录）；

5）对系统板的参数设置；

6）对视频图像的调节控制。

WEB服务端是产品运行的可视化界面，最终它将实现通过远程对监控服务器的全面配置和管理，这包括监控内容的上传、EMail预警等。

系统的客户机软件对客户端PC机没有严格的要求，安装起来方便快捷。监控端（客户端）主要的功能就是接收摄像头发来的音频和影像数据，并且在显示器上显示这些数据，也可以通过投影仪观看。同时，也可以根据需要对视频图像进行本地保存、抓图等功能。在客户端有以下几种应用软件：

基于IE监控的软件：

通过IE浏览器远程访问服务器时,需要使用我们提供的动态IP服务。使用IE访问视频服务器时，视频功能较少，其主要功能还是提供一个配置视频监控前端的可视化界面，如需要强大的监控功能，需要安装客户端监控软件。

客户端监控软件:

客户通过单机版客户端除了能够完成IE浏览器实现的功能以外，客户端软件还能够实现许多IE浏览器不能实现的功能。

客户端监控软件的功能很强大，有以下几方面：

1）多画面监视

多种画面分割模式，可以通过简单操作实现放大、还原、全屏、图像交换等操作，可以通过拖放摄像机图标实现对不同摄像机图像的监视，简单易用，并且可以拍照、设置图像循环播放等。

2）录像和回放

监控软件可以在不播放的情况进行录像，极大的节省了CPU资源。为增强录像的灵活性，软件同时提供了多种录像方式，自动录像、手动录像、单个录像等。

自动录像是指在软件中设置服务器的录像时间段，当客户端软件所运行的电脑系统时间进入设定的时间段后自动把这一时间段的图像记录下来。使用手动录像方式时，只能通过人为地去控制才能起作用，即用户设定某一通到为手动录像机那么只有用户去停止它，它才会停止录像。单个录像确是可以单独保存需要录像的某一窗口。

3）断电后自动连接功能

当软件处在播放或者录像状态时，如果此时视频服务器停止供电，那么软件将停止播放图像同时也停止录像，但是如果视频服务器正常供电后，软件将自动连接服务器，同时恢复原来的播放及录像，无须人工干预。

6 效益分析

通过本文的无线远程变电站变电所视频监控据系统，实现变电站运行状况的录像，截图，及时报告异常等功能，对加强变电站精细化管理，保证人力资源的合理调配，对提高供电部门的经济效益和社会效益发挥有效的作用。