变电站同轴电缆高清视频监控系统

李瑞德　彭志荣　钟艳珠　张天乙　温志坤　高国华

摘要：实现旧有变电站视频监控系统接入南网标准变电站视频及环境监控系统主站，找到低成本、快速部署、符合现有电站视频监控系统情况的高清升级改造技术方案，实现变电站视频监控系统统一管理。文章基于成熟化的同轴电缆传输高清视频技术，利用系统原有线缆，只需更换前后端设备即可实现图像视频的高清化、系统智能化、系统标准化。

关键词：变电站；同轴电缆；高清化；视频监控系统；系统使用率 文献标识码：A

中图分类号：TM72 文章编号：1009-2374（2017）11-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.016

1 背景技术

江门供电局变电站视频及环境监控系统主站已经建设完成6年，该主站按照南方电网变电站视频及环境监控系统技术规范标准建设，后续变电站视频及环境监控系统建设都需要按照南网标准建设，但是该局原有建设的变电站视频监控系统中大部分还不具备接入基于南网标准建设变电站视频及环境监控系统主站能力。主要原因是原有的变电站视频监控系统建设时间早，采用模拟视频技术，同轴电缆传输（主要采用：SYV75-3或SYV75-5同轴电缆）；旧有的变电站视频监控系统设备很多已经出现故障，需要维修更换，安装旧有设备的情况维修更换还是无法接入新的变电站视频及环境监控系统，原有系统建设前端摄像机大部分采用CIF、D1清晰度建设，随着视频监控技术的不断发展，高清化、智能化已经成为趋势，按照南网规范标准改造变电站视频监控系统需要的周期会很长，并且建设成本高。本发明是在基于同轴电缆传输的高清视频技术上开发一个装置，实现旧有变电站视频监控系统接入南网标准变电站视频及環境监控系统主站，找到低成本、快速部署、符合现有电站视频监控系统情况的高清升级改造技术方案，实现变电站视频监控系统统一管理，为更好地服务于南方电网。本次发明基于成熟化的同轴电缆传输高清视频技术，利用系统原有线缆，不改变系统结构，只需更换前后端设备即可实现图像视频的高清化、系统智能化、系统标准化。现有系统结构如图1所示：

2 视频监控系统的技术改进

通过接入同轴电缆传输高清视频技术，实现复用已有模拟系统同轴电缆的，在不改变原有同轴电缆线路以及监控点位数量的情况下，可以将系统从标清升级为高清，将原有系统中的摄像机的清晰度由原来的CIF、D1提升至1080P，具有“超距高清、便捷部署、低成本”等特点。前端摄像机更换为同轴高清摄像机，通过同轴电缆将视音频信号和控制信号，汇聚到编码存储设备；旧有的编码存储设备，需要替换为同轴高清硬盘录像机；距离大于500m的前端点位，一般会使用光纤进行传输，因此线路上可以复用原有的光纤传输链路，只需将光端机替换为同轴高清光端机，即可实现监控信号的传输；距离小于500m的监控点位，使用原有的同轴电缆即可实现监控信号的传输；由于同轴高清技术可以实现信号的复合传输，包括视频信息、音频信号、报警信号、控制信号，因此音频、报警等信号可以直接接入到前端摄像机上而不需要单独拉线缆进行传输，降低了成本和施工复杂度。同轴高清技术具有视频信号无损、信号传输无延时、多种信号共缆传输（包括视频、音频、报警、控制）等特点，利用以上特点可以在系统升级改造时实现对原有系统优化，比如：原有系统中某个摄像机采用固定摄像机，现在已经不能满足使用需求，需要更换为云台摄像机，现场还需增加报警设备、音频数据，原有系统需要新敷设控制线、报警信号线、音频线各一条，将原有固定摄像机更换为云台摄像机，增加报警设备、音频采集设备，同轴高清技术无需以上线缆，只需更换前端摄像机，增加报警设备、音频采集设备，利用原有同轴电缆即可将所有信号上传、摄像机控制等，并且摄像机可以升级成为高清1080P视频。通过对后端同轴高清硬盘录像机的上传信号进行重新编码，使之信号符合南方电网变电站视频及环境监控协议规定要求，使得原有变电站视频监控系统得以上传至主站，实现统一管理、统一调度、统一控制等，改变原有变电站视频监控系统独立运行的问题，提高系统使用率。系统连接图如图2所示：

3 项目采用的技术原理

第一，基于南方电网变电站及视频监控系统协议标准开发一个具有三种类型信号（模拟、同轴高清、网络）前端摄像机接入的后端控制主机，使得该设备具有较好的通用性、扩展性、延续性。

第二，高清同轴摄像机在调制方面采用基带调制与正交调幅调制技术，将视频调制为模拟电信号再进行传输，即高清复合视频接口。该技术避免CVBS的色度串扰现象，将亮度和色度信号进行彻底分离，进一步提升画面品质。

第三，高清同轴摄像机实现多信号共缆传输，在消隐区中同时嵌入了音频信号与双向数据通信信号。音频信号复合于行消隐中，以增加与视频信号的同步性，并通过自动补偿技术，最高支持44.1kHz采样率。正向和反向数据信道复合于帧消隐中，通过双向传输控制信号，实现接收端和发送端之间传输信息，支持如相机变焦、云台转动、实时报警等控制命令。其中正向发送数据由于发送时刻和电信号波特率可预测，且接收端具备高性能的自动补偿技术，可以支持较高的传输波特率。而反向发送数据由于存在阻抗匹配和信道传输不确定性的影响因素，信号频率较低且每次发送的数据量有限，因此支持的波特率较低。当然，反向信道也采用了自动补偿技术，对电信号的远距离传输信号进行一定的恢复。

第四，图像的品质、记录的保存、系统的安全性是数字监控系统三大要素，在记录保存方面使用了硬盘录像技术，具有以下特点：（1）多路实时性：系统用实时并行处理技术，每路信号均可独立操作互不干扰；（2）长时间录像存储：在保证图像清晰度和实时性的前提出下，提高了录像效率，支持长时录像；（3）智能录像管理：可按时间等设置参数对录像进行管理；（4）精细查询、回放功能：用户可根据摄像枪编号、时间段、事件等条件准确快速查找到所需要的录像文件并回放。回放时可随意快进、慢放、逐帧、逐秒、重复等方式，图像可以全屏放大；（5）高效成熟的压缩算法：系统采用压缩比大、实时性较强的压缩方式，减少存贮的介质。

4 改进技术的效果

（1）线路复用。最大化地复用原有传输链路，包括同轴电缆、电源供给等；（2）超距传输。传输距离在500m以内时，无需光端机等中继设备；（3）架构不变。尽量不改变现有监控系统体系，利用原有的业务系统；（4）信号复合传输。在同轴电缆上，可以传输视频、音频、控制信号，实现音视频同步采集、终端控制、语音对讲等功能，因此在施工时可以减少布线；（5）施工便捷。工程施工上，主要是替换前端摄像机和存储设备，施工技术门槛低，符合传统的施工方式；（6）经验复用。工程设计上，可以采用原有的设计方案；施工上，工人无需培训，直接复用模拟系统的建设施工经验；系统的使用上，原有业务人员日常工作无差异；系统维护上，业务经验和行政管理安排无需变更；（7）高性价比。充分考虑改造成本、运维成本等，投资收益最大化；（8）实现原有变电站视频监控系统得以上传至南方电网协议的变电站视频及环境监控系统主站，实现统一管理、统一调度、统一控制。

5 技术关键点及创新点

5.1 技术关键点

（1）三混合信号站端控制主机南网协议开发；（2）同轴电缆高清视频远距离传输调制技术；（3）高清视频信号补偿技术；（4）多种信号共缆传输。

5.2 创新点

（1）即有模拟变电站视频监控系统具备接入南网标准的变电站视频及环境监控系统主站；（2）利用同轴电缆实现变电站视频监控系统的低成本高清升级改造，同时改造周期短，实现系统快速部署（3）模拟高清调制技术，实现高清视频无损、无延时传输，即使是通过网线传输仍然能够保证图像质量；（4）信号复合传输，在同轴电缆或者双绞线上均可以传输视频、音频、控制信号，实现音视频同步采集、终端控制、语音对讲等功能；（5）线路复用，最大化地利用原有传输链路，包括同轴电缆、电源供给等；（6）利旧采用已敷设的同轴线缆，最小成本传输高清畫面，同时可传输音频、控制、报警信号，并支持南网协议，兼容现有主站平台。

6 结语

目前系统内变电站还有很多既有的模拟信号传输的变电站视频监控系统，该部分系统很多变电站视频监控设备及敷设线缆还未到年限，现有的改造方案是需要将原有的所有设备及线缆都进行更换，系统改造成本高、周期长；采用同轴电缆方式改造，利用原有的线缆，即有系统的摄像机无故障的部分还可以继续使用，故障的部分采用更换同轴高清摄像机即可，无需更换重复敷设电缆，实现高清视频监控。综合以上考虑，同轴高清编码南网协议具有广阔的市场前景。

参考文献

[1] 涂光瑜，罗毅.电力遥视系统原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 刘荣.DSP技术的现状及发展[J].电子技术应用，1999，25（4）.

[3] 高文，赵德斌，马思伟.数字视频编码技术原理[M].北京：科学出版社，2010.

[4] 李振华.图像通信与监控系统[M].北京：中国铁道出版社，1994.

作者简介：李瑞德（1984-），男，广东江门人，广东电网有限责任公司江门供电局工程师，研究生，研究方向：电力通信运维管理。

（责任编辑：黄银芳）