淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水力發(fā)電系統(tǒng)的運用

1、    淺談視頻監(jiān)控系統(tǒng)在水力發(fā)電系統(tǒng)的運用    田長波靳雷摘要：簡要介紹電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，五遙的技術特點和五遙在電力系統(tǒng)起到的作用。對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構進行的詳細分析，簡述了視頻編碼、視頻解碼的原理，闡述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并對視頻監(jiān)控系統(tǒng)及解碼技術的未來進行了展望。關鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；編碼；遙視；原理abstract abstract: this paper describes the development trend of the power system, five away from the technical characteris

2、tics and the role played by the five remote power systems. detailed analysis of the structure of the video surveillance system, video encoding, video decoding principle, described the status of the video surveillance system and video surveillance systems and decoding technology, the future outlook.k

3、eywords: video surveillance system; coding; clairvoyance; principle中圖分類號: tm612 文獻標識碼：a文章編號：一、引言從十二五電力規(guī)劃內(nèi)容可以看出，電力行業(yè)正在向高科技、低能耗、綠色、環(huán)保等可持續(xù)方向發(fā)展。水力發(fā)電作為國家能源組成的一部分，更加符合了規(guī)劃的發(fā)展要求。根據(jù)第五次全國水能資源普查的結(jié)果來看，我國的水資源開發(fā)量約為6.76億kw，未開發(fā)的水能資源約為3.14億kw。近年來，水力發(fā)電行業(yè)正在向少人值守水電站和無人值守變電站的形勢發(fā)展。目前已有相當多的水電站及變電站實現(xiàn)了“五遙”，即遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視功能

4、。綜合的提升了水電站和變電站的自動化程度，提高了水電站和變電站運行管理的效率。在四遙的基礎上增加了遙視功能。使運行管理部門可以遠程監(jiān)視水電站及變電站的設備運行情況，出現(xiàn)險情時可以及時觀察現(xiàn)場情況以便及時指揮調(diào)度，把危險損失降到最低。二、應用背景水電站和變電站是電力系統(tǒng)中的重要組成部分。對水電站和變電站進行集中監(jiān)控，實施少人值班和無人值班是一項涉及電網(wǎng)電氣設備、調(diào)度自動化系統(tǒng)、通信方式、防火、防盜和運行管理等方面的系統(tǒng)工程。少人值守水電站和無人值守變電站遠程圖像監(jiān)控技術是20世紀90 年代后期在計算機技術、通信技術和超大規(guī)模集成電路技術的基礎上發(fā)展起來的一項綜合性技術。水電站和變電站現(xiàn)有的遙測、

5、遙調(diào)、遙信、遙控系統(tǒng)雖然能提高變電站的自動化水平，但由于管理和技術等方面的原因，還難以真正實現(xiàn)水電站和變電站無人值班。在變電站中安裝上遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng),增加在線遙視功能后，不但就能監(jiān)視、記錄變電站的安全及設備運行情況, 為事后分析事故提供有關圖像資料, 而且能起防火、防盜等作用。如主變，斷路器，隔離刀閘等運行狀態(tài)的實時圖像。防火防盜等智能設備報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員可通過實時圖像和運動信息，對變電站的運行情況進行綜合監(jiān)控分析，這樣可提高變電站運行和維護的安全性及可靠性，并可逐步實現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度，使電網(wǎng)調(diào)控運行更為安全可靠。由于過去技術及成本的限制，“五遙”技術僅應用于我國的高

6、壓輸配電系統(tǒng)及其相關行業(yè)，系統(tǒng)組成復雜、成本高、精度低、體積龐大，主要由各種電量變送器、數(shù)目可觀的連接電纜、現(xiàn)場管理機柜、總站管理系統(tǒng)組成，其形式在現(xiàn)在建設的一些配電監(jiān)控系統(tǒng)中仍可見到，作為中壓系統(tǒng)回路較少的系統(tǒng)中應用尚可，但如果應用到配電回路較多0.4kv系統(tǒng)，則有些力不從心捉襟見肘，不僅系統(tǒng)成本巨大，實時維護、故障處理復雜，體積龐大，并且對管理人員的技術素質(zhì)要求很高，這也是長期以來僅在高中壓輸變電系統(tǒng)應用的主要原因。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家的基本設施建設如雨后春筍，重點項目建設、高層智能建筑、大型公共設施、大面積多變電所用戶的急劇增加，要求與之配套的電氣控制設備的監(jiān)控技術已非昔日所成，

7、不僅高壓回路需要自動化控制，0.4kv低壓回路也需要監(jiān)控保護實現(xiàn)網(wǎng)絡化集中管理，并且對電力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。我們知道在用戶10/0.4kv變配電系統(tǒng)中，10kv側(cè)的過流、過負荷等故障在0.4kv側(cè)的回路已先有反應，而等到10kv側(cè)保護動作后，受到停電影響的不僅僅是0.4kv側(cè)的故障回路。因此要想減少故障回路對區(qū)域供電的影響，則需要利用“五遙”監(jiān)控系統(tǒng)對0.4kv側(cè)進行監(jiān)控保護。三、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。3.1 模擬監(jiān)控系統(tǒng)（cctv）在九十年代初以前，主要是以模擬設備為主的閉路電視監(jiān)控

8、系統(tǒng)，稱為第一代模擬監(jiān)控系統(tǒng)。其特點是：1、有限監(jiān)控能力只支持本地監(jiān)控，受到模擬視頻纜傳輸長度和纜放大器限制；2、有限可擴展性系統(tǒng)通常受到視頻畫面分割器、矩陣和切換器輸入容量限制；3、錄像負載重用戶必須從錄像機中取出或更換新錄像帶保存，且錄像帶易于丟失、被盜或無意中被擦除；4、錄像質(zhì)量不高錄像是主要限制因素。錄像質(zhì)量隨拷貝數(shù)量增加而降低。3.2 模擬+數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)（dvr）九十年代中期，隨著計算機處理能力的提高和視頻技術的發(fā)展，人們利用計算機的高速數(shù)據(jù)處理能力進行視頻的采集和處理，利用顯示器的高分辨率實現(xiàn)圖像的多畫面顯示，從而大大提高了圖像質(zhì)量，這種基于pc機的多媒體主控臺系統(tǒng)稱為第二代數(shù)字化

9、本地視頻監(jiān)控系統(tǒng)。其特點是：1、布線復雜，每臺前端攝像機到后端控制都是點對點傳輸；2、受硬盤錄像機的限制，擴展性差；3、只能通過硬盤錄像機間接訪問攝像機；4、存在磁盤故障風險。3.3 全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)（ipvs）九十年代末，隨著網(wǎng)絡帶寬、計算機處理能力和存儲容量的快速提高，以及各種實用視頻處理技術的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控步入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡時代，稱為第三代遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用的圖像分析為特色，引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術革命，受到了學術界、產(chǎn)業(yè)界和使用部門的高度重視。其特點是：1、基于網(wǎng)絡傳輸視頻信號；2、可擴展性強，堅固冗余

10、存儲器-可同時利用scsi、raid以及磁帶備份存儲技術永久保護監(jiān)視圖像不受硬盤驅(qū)動器故障影響；3、經(jīng)受權可遠程訪問任意攝像機；4、存在網(wǎng)絡安全風險。四、視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成及原理4.1 系統(tǒng)組成視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為：前端部分（設備），傳輸部分，后端設備三大部分。前端主要包括攝像機、編碼器、報警色設備、照明設備及其他輔助設備。傳輸可按系統(tǒng)結(jié)構分為，模擬結(jié)構和模數(shù)混合結(jié)構采用視頻線纜、控制線纜、電源線纜、光纜；數(shù)字結(jié)構采用雙絞線、光纜、isdn。后端設備主要包括視頻分配器、硬盤錄像機、磁盤整列、視頻解碼器、視頻矩陣、電視墻、視頻服務器等。現(xiàn)今常采用的系統(tǒng)模型是模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)，在網(wǎng)絡不斷發(fā)展的今天

11、有擴展出基于網(wǎng)絡的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)?？梢哉f網(wǎng)絡的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)遠程調(diào)用和訪問方面有著一定的優(yōu)越性。圖1 基于網(wǎng)絡的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)在基于網(wǎng)絡的模擬-數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，網(wǎng)絡全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)孕育而生。他從前端到后端都是采用數(shù)字化設備，采用網(wǎng)絡全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)的成本還太高。但可以說他是未來幾年里視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。圖2 網(wǎng)絡全數(shù)字視屏監(jiān)控系統(tǒng)4.2基本原理視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)存儲，特別是數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。圖像存儲及壓縮技術的好壞直接影響到系統(tǒng)的可靠性。圖3 模擬、模擬-數(shù)字及數(shù)字系統(tǒng)的基本原理五、視頻監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術視頻編碼和解碼視頻壓縮標準是數(shù)字視頻應用發(fā)

12、展的推進器。目前采用的視頻壓縮標準的主要是由itu-t和iso/iec制定的。如h.261、h.262、h.263、h.264;或是iso/iec的mpeg-1、mpeg-2和mpeg-4等。圖4 混合編碼框架視頻編碼是指通過特定的壓縮技術，將視頻文件保存成一種高質(zhì)量和高效存儲利用的方法。視頻信號的傳輸由于信息量大，傳輸網(wǎng)絡寬帶要求高，如果直接對視頻信號進行傳輸，以現(xiàn)在的網(wǎng)絡寬帶來看很難達到，所以就要求我們在視頻信號傳輸前先進行壓縮編碼，即進行視頻源壓縮編碼，然后再傳送以節(jié)省帶寬和存儲空間。對于視頻壓縮有兩個最基本的要求：1.必須壓縮在一定的帶寬內(nèi)，即視頻編碼器應具有足夠壓縮比的功能。2.視頻信號壓縮之后，經(jīng)恢復應保持一定的視頻質(zhì)量。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，我們常常需要兩份碼流，一份為了本地存儲，需要高分辨率高質(zhì)量的視頻，另一份是為了網(wǎng)絡傳輸?shù)奖O(jiān)控中心實時查看，需要低分辨