恩施基于iP9000 一体化平台视频联动的研究与应用

瞿万军，何 婷，张海龙，时小倩，文正国

（1.国能长源恩施水电开发有限公司，湖北 恩施 445000；2.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

国能长源恩施水电开发有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在运水电站40 座，于2022 年新建恩施集控中心，第一期计划接入11 个下辖水电站，由集控中心统一管理。这11个水电站均是中小型水电站，地处偏僻，为了优化人员配置，减少运维成本，降低电站的运行、管理、检修难度，避免有经验的管理和技术人才被分散到这些电站中，集控中心开展了中小水电站群智能远程集控系统关键技术研究，建立一个集监控、水调自动化、梯级流域经济运行、大坝安全监测等业务应用于一体的集控自动化系统。

集控中心与各厂站进行“四遥”信号（遥测、遥信、遥调、遥控）的交互[1]，在安全Ⅰ区完成实时状态的监视和控制功能，同时为了更直观地对厂站的设备状态和环境进行监视，增加了遥视信号，即把各电站的视频信号统一接入集控中心的安全Ⅲ区中。通常情况下，计算机监控系统和视频监控系统是两套孤立的系统，且分布于不同的安全区，不能实现信号的互通和联动。集控中心的业务要求值班员同时对多个厂站进行监盘，若需要同时兼顾两套系统的数据，则监盘难度大，工作强度高，不利于安全生产和人性化管理。因此在恩施集控中心研究计算机监控系统视频联动功能，实现安全Ⅰ区“四遥”信号与安全Ⅲ区视频信号联动，提高监盘效率和事故处理的速度及准确度[2]。

1 监控系统与视频系统联动的实现架构

恩施集控中心的自动化系统采用北京中水科水电科技开发有限公司研发的iP9000 智能一体化平台[3]，该平台采用面向服务（SOA）的架构，低耦合的结构使得二次开发更为灵活方便，针对视频联动的需求，在软件层面单独开发了一个模块来实现和视频系统的交互。

1.1 一体化平台的数据跨区交互

与厂站进行数据交互的功能一般位于集控中心的安全Ⅰ区，视频系统一般位于集控中心的信息管理大区，即安全Ⅲ区。安全Ⅰ区和安全Ⅲ区由正反向物理隔离装置来进行安全区的分隔，以避免外部非法侵入，在没有特殊配置和执行程序的情况下，安全Ⅰ区和Ⅲ区的系统是完全独立，互不关联的，如何快速地将Ⅰ区和Ⅲ区的数据连通起来是首先需要解决的问题。iP9000 智能一体化平台提供跨安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分区的信息自动同步机制，支持在满足安全规范下的不同分区之间数据与信息的平台级透明传输，简化了不同系统和应用的跨区交互实现。安全Ⅰ区到安全Ⅲ区，iP9000 采用TCP 的连接方式，将安全Ⅰ区的系统实时数据、历史数据、文件、命令等快速地同步到安全Ⅲ区；安全Ⅲ区将数据记录到文件中，通过反向隔离的传输工具将文件传输到安全Ⅰ区，再由一体化平台解析为可使用的数据或文件。

1.2 视频联动功能

安全Ⅰ区采集的厂站侧信号或下发场站的命令传送到安全Ⅲ区后，再由Ⅲ区的视频联动软件将这些需要触发视频联动的信号发送到视频系统，视频系统解析该信号，通过服务接口转动摄像头聚焦至预设位置，并在其平台上推出相关的视频画面。

视频联动软件在启动时会将数据集范围内的所有模拟量、开关量和电能量对象的当前实时值全送一次，以确保订阅者可以获取到最新的数据。在运行过程中，视频联动软件不再周期全送数据，因为平台数据采集本身已经具有周期全送功能。这样可以避免重复发送数据，降低网络开销和资源占用。

视频联动软件在运行过程中会根据实时数据变化情况，只发送有变化的数据，以减少网络传输开销并提高数据传输效率，同时也支持根据订阅者的需求，实现数据的实时推送和历史查询等功能。

2 监控系统联动软件实现方式

恩施集控中心基于iP9000 一体化平台视频联动软件是一体化平台的一个模块，采用发布实时数据的方式，对外实时发布全部或部分实时数据，包括采集的模拟量、开关量、电度量、监控系统下令的信息以及平台内部信息等，具体发布的对象范围可通过配置确定。

视频联动软件支持UDP（用户数据报协议）和MQTT（消息队列遥测传输）协议，使得该软件具有更多的可适配性。除视频联动以外的其他应用场景，也可使用视频联动软件的发布功能进行实时数据的发布。

UDP 是一个简单的面向数据报的传输层协议，没有超时重发的机制，因此传输速度极快，能快速地将采集的信号发布出去[4]。集控中心安全Ⅲ区的网络环境是专用的局域网，因此网络环境较为稳定，带宽高，采用UDP 的协议来进行视频联动功能的实现，配置简单，只需配置发布的目的地址和端口，并且能够支持单播、组播和广播，能满足实际应用场景需求。

MQTT 协议是一个即时通信协议，并且能在带宽低、计算能力有限、不可靠的网络环境下保障消息传输的稳定性和可靠性[5]，使消息“至少一次”到达视频系统，但有可能发生消息重复的情况。

在恩施集控的应用场景中，因为具有较好的网络环境，视频系统需要更加灵敏地接收到监控系统传输的信号，因此这里选择采用UDP 协议来完成视频联动功能的信号传输。在为期半年的测试中，基本没有发生信号丢失的情况，在现场使用效果良好。

3 监控系统联动规约定义

iP9000 一体化平台与视频系统进行联动，除了协议的选择外，还需要对发送的信息点的内容和规约进行定义，双方达成一致后即可进行消息的发送和解析。

这里采用JSON 格式表示消息内容。格式分为实时数据和命令消息格式，两种格式以不同的键名来区分，其值域均为数组类型，可以包含1 条或多条对象数据。一体化平台和视频系统之间的信号点，以一体化平台的定义测点名称为主，尽可能地减少系统内部的转换造成识别的错误。视频系统只需要将测点和摄像头的编号对应起来，当收到消息时匹配摄像头，推出相应的视频画面，实时跟踪展示监控系统的关键信息点或下令信息相关的设备状态。

实时数据格式又分为模拟量、开关量、脉冲量、数字量和通用对象，消息传输时携带该点的值、数据质量、发生的时间和数据的其他内容（针对通用对象）。命令消息格式的消息携带命令产生的时间、命令类型、监控系统的操作码及调节操作的设置值。当视频系统接收到这些消息的详细信息时，不仅可以推出视频画面，还能在展示界面的说明位置处显示其相关点的实时状态、发生时间等信息，让值班人员能够清晰地判断视频联动产生的原因，并能直观地看到视频联动展现的结果。

4 结论

恩施集控，是跨流域、多个中小型水电站的集中控制系统，iP9000 一体化平台助力集控中心完成多重智能化监盘，视频联动模块是其中一种。视频联动的应用让操作、告警等重要信号更加直观和及时地告知值班人员，降低值班人员的监盘压力，并能在可视化的监盘中及时发现设备的异常情况，减少设备的损耗及查找问题的人工成本。基于iP9000 一体化的视频联动软件充分考虑了多种场景的使用情况，预设了UDP 和MQTT 协议，更具有通用性，推进了智能化水电监控的发展。