黄河公司集控中心视频监控系统的建设及应用

郭鹏慧

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008）

黄河公司集控中心视频监控系统的建设及应用

郭鹏慧

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008）

摘要：介绍了黄河上游水电开发有限责任公司集控中心视频监控系统的项目情况，从建设目标、设计思路开始，着重对建设方案进行了介绍，并对系统的后期规划提出了建议。系统一期项目已接入7个水电站，运行情况良好，能够满足可视化生产管理、遥控操作视频复核的需求。

关键词：集控中心；视频监控；改造接入；中心平台；关键技术

0　引言

黄河上游水电开发有限责任公司（以下简称：黄河公司）成立以来，积极遵循“流域、梯级、滚动、综合”的开发原则，致力于黄河上游水电资源和新能源开发。目前，黄河公司下属水电与新能源电站共计35座（包括水电站14座、光伏电站17座、风电站4座），总装机容量为1 222.63万kW，其中水电站1 098.2万kW，新能源电站124.43万kW，并实现了水、新能源发电有效互补运行。

为实现黄河公司所属水电、新能源电站的无人值班、集中控制管理，需要建立一个统一的管理平台，对各电站的视频监控系统进行实时监控及统一管理。从2013年起，黄河公司就启动了集控中心一期项目建设，陆续接入了班多、拉西瓦、龙羊峡、李家峡、公伯峡、苏只、积石峡7个水电站，并充分考虑系统扩展性，为接入剩余的投运电站（包括水电、风电、光伏等电站）和规划建设的电站预留接口。

本文将介绍黄河公司集控中心视频监控系统的建设方案及应用情况，并对后期规划提出了建议。

1　建设目标

黄河公司为提升管理水平，计划逐步对公司所有电站实现无人值班、集控运行。公司实现集控运行后，集控运行人员主要负责电站机电设备运行监视、机组负荷调整、开停机、开关操作等。为提高无人值班电站的运行可靠性，保证电站的安全生产，需通过公司VPN广域网或2M网络专线方式，将电站生产现场的视频图像远距离传输到西宁集控中心，使集控中心的运行值班、管理人员可以24 h全天候监视并记录电站的现场安全以及设备的运行情况，及时发现、处理事故，从而提高电力系统的安全性和可靠性，并为相关部门提供事后分析事故的有关资料，各个电站录像、监控数据都保存在本地，而对于各个电站非常重要的数据，不仅需要本地保存，还需要在集控中心进行保存，对于传输至集控中心的视频图像存储不少于30 d。

2　设计思路

本期项目的建设目标是在公司集控中心建设视频监控中心，接入前端各电站的视频监控系统。对于各电站设备及系统，最大程度上保证不变动，如需变动则尽量保证少变动，保持原有视频系统模式及操作习惯，但对于个别电站系统建设时间已久，设备老化较为严重，可在保证系统功能的基础上对原有系统及设备进行少量维护以保证系统可用。因此设计思路如下：

各电站的视频系统监控中心负责将本地现场的视频图像、控制设备进行集中处理，统一标准数字化后通过网络传输到集控中心的监控中心；

各电站监控中心负责管理、监控本电站视频监控系统，保存前端设备的配置信息、报警记录、本地用户帐户、操作记录、存储等，同时将所有视频进行转发，提供给各监控终端，提供WEB监控功能和专业监控软件；

集控中心作为全公司各电站视频的集中监控中心，是一个功能完善、能够单独工作的基本单元，通过VPN广域网或2M专线网络连接着所有电站的视频监控中心，系统中的所有网络设备（前端视频处理单元、各类服务器、监控工作站）利用公司集控中心和各电站局域网现有设备，如网络端口不够根据现场情况进行扩充；

集控中心统一管理平台系统能兼容公司现有的电站视频监控系统各摄像点，并实现平滑过渡，还需考虑黄河上游已建和在建电站及大通河流域及光伏等电站接入预留接口，最少可管理前端编解码服务器100个，监控点位1 300个，并能进行完善扩容；

系统采用模块化设计，各部分都是系统中的独立模块，整个系统没有瓶颈，媒体转发平面和设备控制平面相分离并且相互不影响，可以方便的进行扩充，任何一个模块均可以单独增减，而不影响系统的正常运行。

3　建设方案

3.1系统架构

黄河公司集控中心视频监控系统，由前端各电站视频监控系统、网络传输以及集控中心监控管理平台三个相互衔接、缺一不可的部分组成。前端系统主要负责对水电站内的视频进行采集、编码、存储及上传。视频监控系统利用公司现有的广域网进行图像传输和实现远程监控功能。集控中心配置服务器管理系统、网络磁盘阵列、客户端等。服务器管理系统可实现对各电站视频设备的认证接入、管理、实时预览、云台控制、录像检索、录像回放等功能。

系统架构图如图1所示：

图1系统架构

3.2前端系统接入

黄河公司建成投运的电站都已部署视频监控系统，但存在建设年代、建设厂家、采用技术、使用设备各不相同等一系列问题，不便于总部对各单位视频监控系统的接入管理。

黄河公司已建视频监控系统主要可分为以下两种模式：

模式一：系统由模拟摄像机、视频分配器、模拟矩阵、显示器、控制键盘、控制码分配器、数字硬盘录像机、客户端电脑等组成，模拟矩阵主要负责实时视频切换显示和云台控制，数字硬盘录像机主要负责视频的采集、编码、存储及上传，客户端电脑主要负责视频实时预览、录像检索、录像回放等功能（见图2）。

图2监控系统模式一结构

模式二：系统由模拟摄像机、数字硬盘录像机、监视器、客户端电脑等组成，数字硬盘录像机主要负责视频的采集、编码、存储及上传，客户端电脑主要负责视频实时预览、录像检索、录像回放等功能（见图3）。

图3监控系统模式二结构

由于前端数字硬盘录像机投运时间不同、厂家不同，大多无法满足国标（GB/T28181）要求。对于该类数字硬盘录像机的接入，目前主流接入方式都是通过定制中心平台软件来实现接入，但该方式无法保证系统的稳定性。

无论模式一还是模式二，都可通过部署监控中心接入服务器来实现系统接入。监控中心接入服务器的作用相当于中心平台的协议及码流转换服务器，完全抛弃各个监控现场的个体化差异，由软件调用大型关系数据库，通过预先对各个厂家、各种不同编码方式SDK开发包的调用，在前端系统上传视频时，即可输出标准协议及码流。在集控中心通过同一客户端，即可浏览不同监控现场、不同厂家、不同编码方式的视频信息，真正做到无区域，无差异，纯网络的网络监控。在接入改造过程中，对于已无法提供SDK开发包或超过使用年限的设备，我们将进行更新替换。

3.3中心平台建设

中心平台作为黄河公司所有电站视频监控系统的汇聚点，管理下属电站的所有设备，接收所辖电站上传的视频和设备信息，满足集控中心管理人员及相关职能部门用户视频查看、云台控制的需求。中心平台主要由服务器管理系统、网络磁盘阵列、客户端等组成。

平台服务器采用分布式部署、独立运行，各服务器都可以支持应用集群的方式冗余进行配置和在线扩充，具备彼此的应用服务器接管能力。集控中心平台采用海康威视产品，主要是系统管理服务器、流媒体转发服务器、流媒体存储服务器、视频矩阵服务器等。其他软件模块可安装在这些服务器实现功能。

系统管理及数据库服务器能够连接前端各不同地区单位内的DVR、DVS、IP摄像机、报警设备等的接入，支持任意选择监控点的音视频流进行实时监视、录像、录像回放，支持前端报警信号的接入。同时具备设备管理、用户管理、权限管理、视频资料保存策略管理、应急预案管理、系统运行日志管理、存储资源管理、前端设备状态管理等管理功能。为确保视频监控系统中心平台的可靠性，集控中心系统管理及数据库服务器采用双机热备运行方式，流媒体服务器可接收媒体终端发送的组播实时视音频数据流，转换成单播流转发、分发给多个视频客户端；可接收单播实时视音频数据流，转发、分发给多个视频客户端；基于标准的RTSP、RTP协议为视频客户端提供媒体点播服务，支持用户在线数和视频流转发数在100路以上。流媒体转发服务器侧重于视频实时预览的流媒体转发，流媒体存储服务器侧重于前端重要视频备份到中心网络磁盘阵列的流媒体转发。

视频矩阵服务器提供大屏管理、轮巡计划执行及视频解码等功能。支持高清图像上墙，支持监视屏计划轮巡视频，支持手动配置监视屏显示视频，支持监视屏图像云台控制，支持键盘控制监视屏图像播放、云台控制、报警输出窗口切换，支持监视屏及客户端图像同步显示，支持监视屏解码音频控制。同时通过服务器内置的解码扩展卡可实现前端电站的网络视频信号硬解码上大屏幕显示设备。集控中心部署网络磁盘阵列对前端重要区域及重要视频图像进行备份录像集中存储，前端系统采用视频处理单元实现分布式存储，分布式存储与集中备份存储的有效结合，可大大提高录像资料保存的安全性与可靠性，减少由于录像视频资源丢失带来的风险。

4　应用功能

4.1实时监控

实时获得监控区域内清晰的监控图像，各种型号系统的摄像机可以满足不同区域监控点的监控需求，实现24 h不间断监控。并且可以对带云台设备的进行云台操作，对视角、方位、焦距的调整，实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控。

4.2录像存储

本系统支持前端存储和中心存储两种模式，前端的视音频信号接入数字硬盘录像机存储数据，达到前端存储的需要，以供事后调查取证；也可部署网络磁盘阵列，适合中心备份存储需求。

4.3语音功能

通过广播功能，工作人员能够对现场工作进行指导，对违章操作进行警告；通过语音对讲，上级管理部门能够和电站现场人员进行沟通。

4.4报警预案

通过视频监控系统和其他安全防范系统的关联，能够提供丰富的视频预案：客户端联动、电视墙联动、报警录像等。有助于相关部门第一时间发现事故点，迅速做出反应，把事故损失控制到最小范围。

4.5巡检预案

系统支持可视化巡检预案，按人工巡检的路线，把沿途多个监控点的多个预置位添加进预案，一旦发现问题可截图并标注问题，及时通知相关部门。相较于人工巡检、手工纸质记录的传统巡检方式，该预案可大大提高巡检质量及到位率。

4.6业务联动

通过电力行业标准协议与生产系统对接后，当遥控操作或发生故障时，视频监控系统将收到生产系统发送的遥控、遥信信号，联动相关监控点的预置点，实现可视化运行管理。

4.7远程维护

通过平台软件能够对前端设备进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等高的设备维护效率。

4.8系统管理

通过平台软件能够进行全方位管理，提供中心管理、Web服务、认证授权、日志管理、资产管理、地图管理、流媒体服务、云台代理、存储管理、文件备份、设备代理、移动服务、报警管理、显示系统代理、网管服务等系统服务，提高整套系统的工作效率。

5　关键技术

5.1零通道编码技术

零通道编码是指网传时可以将多画面（如16画面）糅合成一个通道传输的功能，此时虽然可看到16个画面，但不是传输16个通道分开的数据，而是将16画面整合成一个画面在传，数据量只相当于传一个通道的数据。图像的多画面分割由主CVBS设置决定，传输数据量（带宽）由码率上限决定。该方式将充分获取监控图像信息，节省网络传输带宽。

5.2 3G/4G视频监控技术

现阶段运营商移动网络的覆盖普及，3G/4G应用已非常普及，各大视频监控厂家也纷纷推出移动监控模式，利用移动网络和手持管理终端（手机、平板）进行远程视频监控已成了趋势。3G/4G网络的覆盖，使领导、专家能够通过手持管理终端随时随地掌握现场状况，为日常管理、应急指挥带来了便利。

5.3与电调自动化系统的联动

中心平台具备与集控中心电调自动化系统通信接口，实现视频联动功能，通过与集控电调自动化系统通讯，实现集控电站现场出现事故及故障时，同步切换监控视频至事故及故障位置视频监控点。实现集控对电站远程实时操作，同步切换监控视频至操作动作位置视频监控点。

6　后期规划

本期项目的主要目标是在公司集控中心建设视频监控中心，尽量少改或不改前端监控点。但在设计之初我们就考虑了系统的后续升级，因此中心平台具备高清、智能设备的接入能力。同时，为了便于系统的后续运行维护，考虑采用视频质量诊断系统，来实现对前端设备的视频质量诊断。

6.1高清监控

高清监控在电力行业的应用越来越广，带来了一系列好处，图像清晰度更高。在电站的一些重要监控点（重要仪表、设备运行状态、位置节点的监视），应采用高清摄像机可以获取高清晰度的监控画面，能更清楚地呈现。高清监控技术的采用，使场景覆盖范围更广，减少单位面积监控点的数量，可以提高监控效能，减少设备投资。使细节更清晰，大大提高智能视频分析的精度，有利于图像识别和智能视频分析的应用。

高清监控带来了众多好处，但对于网络带宽及存储空间提出了更高的要求，因此我们后期将选择低码率高清摄像机。采用H.264High Profile编码方式的摄像机，同等情况下720 P高清图像所占的最大网络带宽为2Mb/s，只有原来的一半。同时采用ROI感兴趣区域编码技术的摄像机，可对重点区域进行编码优化，也能有效的节省带宽占用。

6.2智能分析

随着视频智能分析技术的成熟，在电力视频监控及业务实战上的应用越来越广。越界检测、区域入侵检测、物体拿取检测被应用于日常的安全防范，可以有效保障电力系统的运行环境；区域入侵检测、智能视频跟踪同样可应用于日常的人员管控，预防工作人员误跑带电间隔，造成人员伤亡、设备故障；智能开关分析、智能表计读数可应用于日常的运行管理，对集控中心的遥控结果进行可视化复核，确保操作命令能够正确执行。

6.3视频质量诊断

视频质量诊断系统是一套智能化视频故障分析与预警系统，其通过对前端设备传回的码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和预警。系统采用轮巡的方式，在短时间内对大量的前端设备进行检测；检测内容包括多种视频故障，如清晰度异常（图像模糊），亮度异常（过亮、过暗），偏色，噪声干扰（雪花、条状、滚屏），画面冻结，以及信号丢失；同时支持模拟和数字视频接入，对于第三方私有码流，需要提供其SDK。

7　结语

黄河公司视频监控系统一期项目已接入7个水电站，监控区域包括大坝、闸门、厂房、生活区等，投运至今运行情况良好，能够满足集控运行人员电站机电设备运行监视、机组负荷调整、开停机、开关操作等视频监控需求。随着视频监控技术的发展，电站视频监控系统的重要性与日俱增，可视化管理需求将越来越紧迫，无论是规模大、规模小的电站，都会迎来新一轮的改革浪潮。视频监控系统在本项目的应用，为生产管理系统提供了有效的信息支撑，也为安全生产提供了坚强的技术保障。

中图分类号：TV736

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）07-0029-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.008

收稿日期：2015-04-30

作者简介：郭鹏慧（1964-），女，工程师，从事水电厂自动化的技术工作。