工業電視系統在深溪溝電站的應用

毛保勇，高玉冰

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

工業電視系統在深溪溝電站的應用

毛保勇，高玉冰

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

主要從深溪溝工業電視的監控對象、網絡結構、系統功能三個方面對深溪溝工業電視系統作了簡單的介紹。

深溪溝水電站；工業電視；服務器；網絡結構；系統功能

0 概述

深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部，為大渡河干流規劃的第18級電站，其上一梯級為正在建設的瀑布溝電站，下一級為規劃的枕頭壩電站。電站接瀑布溝水電站尾水，裝機規模為4×165 MW，主要任務是發電；配合瀑布溝水電站的運行方式，深溪溝水電站相應將承擔腰荷和調峰運行任務。電站樞紐由河床式廠房、窯洞式安裝間、泄洪閘、沖沙閘、擋水壩等水工建筑物組成，壩頂高程662.50 m，電站裝設4臺軸流轉槳式水輪發電機組，單機容量為165 MW，額定水頭30 m，最大水頭40 m，最小水頭20.1 m。電站以500 kV電壓等級接入電力系統。電站發電機與主變壓器組成兩組擴大單元接線，發電機額定電壓為15.75 kV。發電機通過離相封閉母線引出與主變壓器低壓側連接。主變壓器高壓側直接與500 kV SF6管道母線（GIS管道母線）連接。主變壓器中性點直接接地。

1 深溪溝工業電視的監控對象

對深溪溝主、副廠房各部位主要電氣設備、進廠大門、壩區閘門、泄洪洞出口以及消防通道集水井等重要部位加強防護力度，及時了解現場情況。

具備與計算機監控系統、消防監控及聯動控制系統和門禁及安防系統的聯動控制功能，即：當計算機監控系統、消防監控及聯動控制系統和門禁及安防系統通過網絡將報警信號發給工業電視系統時，能啟動對應攝像頭到預置位位置，并啟動存儲服務器進行錄像；當工業電視系統監視到現場情況發生異變或報警時，能在2秒內將報警信號傳送至管理服務器，報警服務啟動存儲服務器進行錄像，且將該信號傳送到監控中心，并在監控中心發出聲光提示等；中心作出反應，通過網絡對報警點的聯動控制的設備進行遠程報警處理。

整個系統采用開放式以太網結構。通過以太網交換機連接現場攝像機、圖像管理服務器、圖像監控服務器、圖像存儲服務器，實現對電站的監視。

2 深溪溝工業電視系統網絡結構

工業電視系統采用分布式結構，由后端設備和前端設備組成。

后端設備站內各節點計算機和打印機通過安裝在繼保室工業電視屏內的主交換機組成局域網（LAN）聯接，廠內區域交換機通過多模光纖或網線與主交換機相連，大壩區域的區域交換機通過多模光纖與主交換機相連，泄洪洞出/入口的區域交換機通過多模光纖與主交換機相連。后端設備站內各節點計算機與電站內計算機監控系統、消防監控及聯動控制系統和門禁及安防系統相連，實現數據通信及聯動控制。主交換機與瀑布溝地面工業電視控制屏主交換機通信，將深溪溝的視頻監控信號有效的接入。

前端設備由區域交換機、室內/戶外網絡球型彩色攝像機、網絡彩色槍式攝像機以及相關配件等組成。各個區域的攝像機采集數字視頻信號送入區域交換機匯集，再通過主交換機經1000M光纖以太網接口至監控中心數據通道。數字圖像信號以TCP/IP協議和組播方式進行通訊，傳輸給圖像監控服務器和圖像管理服務器。攝像機控制信號由圖像監控服務器和圖像管理服務器發出。

工業電視系統通過網絡視頻解碼器和系統軟件完成將數字圖像信號轉為模擬視頻信號，并送出8路模擬視頻信號至液晶顯示屏，實現監控畫面在液晶顯示屏8塊顯示器上的實時顯示。

工業電視系統按IEEE802.3設計，采用分層星型結構的快速交換式以太網，局域網通信規約采用TCP/IP協議，傳輸速率1 000 Mbps。

深溪溝水電站工業電視系統采用分布式結構，硬件由后端設備和前端設備組成。

2.1 后端設備

后端設備主要包括1臺圖像監控服務器、1套圖像管理服務器、1臺圖像存儲服務器、1套液晶顯示屏及其支架、1套網絡視頻解碼器、1套打印機、1臺主交換機、1面工業電視屏機柜（包括溫濕度控制器、端子排、防雷設備等）等。

2.1.1 圖像監控服務器

圖像監控服務器具備以下功能報警及電子地圖管理：報警信息的搜集；報警集中處理；報警時聯動管理中心相應電子地圖并閃爍提示；可自行添加繪制多幅/多級電子地圖；可通過電子地圖直接調用圖像，授權并認可后可控制云臺鏡頭；同一電子地圖上的多個前端報警時顯示主電子地圖導航圖；不同電子地圖的多個前端報警顯示多個電子地圖列表；其它告警事件管理：用戶可自定義系統中的視頻丟失、鏡頭遮擋、移動偵測、硬盤故障、網絡中斷等告警信息的顯示或隱藏。

（1）網絡虛擬數字矩陣功能：瀏覽和控制;輪巡;組切;報警圖像切換；靈活的液晶顯示屏解碼方案；視頻解碼擴展功能。

（2）流媒體協議轉發功能：實時視頻轉發：不同廠商視頻圖像的單播/多播轉發；控制信息轉發；遠程云鏡控制信號轉發；報警信息轉發；轉發網絡中的報警信息；錄像資料的任意轉發；管理和分配網絡帶寬。

2.1.2 圖像管理服務器

圖像管理服務器具備以下功能：

（1）用戶驗證目錄管理功能：中心可對所轄管理的設備進行分級/分組管理；系統支持遠程集中用戶認證管理和分級（優先級）用戶管理，提供用戶帳號的添加、修改、刪除、密碼修改等維護操作；同一時刻操作，高級別優先級和平級別的沖突檢測；系統允許每個管理員對自己管轄范圍內的設備或用戶的管理，包括了設備和用戶的添加、刪除、屬性修改、指定用戶對設備的權限等。

（2）用戶驗證目錄管理功能：系統內設備運行狀態監測；主控中心遠程對前端設備配置；系統自動對網內設備校時，滿足讓每個設備同步運行；完成對所有操作，狀態日志管理；檢測存儲服務器硬盤狀態；檢測視頻通道狀態。

2.1.3 圖像存儲服務器

圖像存儲服務器具備以下功能：

（1）錄像計劃任務制定。

（2）視頻資料的存儲、檢索、備份管理。（3）采用磁盤陣列方式，支持RAID5。

（4）通過專用管理服務器進行數據存儲管理。平時對視頻信號進行錄像存儲，在集中控制中心需求數據時候進行上傳。

2.1.4 主交換機

采用智能型快速工業級以太網交換機，以構成10-100-1000Mbps自適交換式工業以太網，傳輸速率1000Mbps。各節點計算機使用光口或RJ45電口直接連到交換機上。

2.2 前端設備

前端設備主要包括15臺區域交換機（包括交換機控制箱）、82臺套室內網絡球型彩色攝像機（A型）、17臺套室外網絡球型彩色攝像機 （B型）、26臺套室內網絡槍式彩色攝像機（C型）、5臺套室外網絡球型彩色攝像機 （D型）、10具塔桿、15具吊桿及護罩，以及安裝攝像機所需的配套護罩，支架等。

2.2.1 區域交換機

共配置15臺區域交換機，分別放置在主、副廠房，大壩等區域，區域交換機采用智能型快速工業級以太網交換機，構成10-100 Mbps自適交換式工業以太網，傳輸速率100 Mbps。

2.2.2 攝像機

全廠130臺攝像頭，幾乎覆蓋全廠，形成立體全方位監控網。

3 系統功能

3.1 遠程圖像傳輸及控制功能

監控前端的圖像視頻信號由管理服務器經主干交換機，采用光纖為傳輸介質，傳送到瀑布溝區域控制中心。控制中心局域網中的授權用戶可通過系統軟件遠程調用深溪溝電站的監控畫面，并能根據監控需求靈活切換到任意一個監控現場。

3.2 用戶權限管理

系統支持基于角色的用戶管理，權限、授權認證管理；支持用戶的創建、修改和刪除，能保存用戶的基本信息，包括登錄名、密碼、權限分組、聯系信息、部門所屬等；支持權限設置，用戶的權限分為系統權限和設備訪問權限，系統權限限定用戶對軟件系統的訪問、操作權限，設備訪問權限規定了用戶對系統設備的訪問、操作、控制權限。設備訪問權限支持多級分級，權限等級限定用戶對設備爭用時的仲裁機制。例如：當同時有幾個用戶提出請求要控制某個攝像機的時候，系統將自動根據它們的權限級別進行仲裁。系統提供管理員用戶組權限模板和普通用戶組權限模板，供添加新用戶或用戶組時復用；支持將一個現有用戶或用戶組的權限，復用給新建的用戶或用戶組，并可對復用過來的用戶權限進行修改，簡化權限分配操作。

系統對每一個用戶的注冊、登錄、退出、所有操作記錄（例如對前端設備的啟動、關閉、重啟、參數修改、軟件升級等操作和控制）進行記錄、審計跟蹤。當系統發生安全事件時，用戶操作審計功能能為事件原因的追溯提供幫助。用戶的關鍵行為作為關鍵數據，不允許修改。

3.3 用戶分組功能

系統可以將用戶根據權限編成不同工作組，每個工作組可對指定的攝像機具有權限，這些權限包括監看實時視頻、回放視頻、操作云臺、處理告警等，用戶的權限繼承用戶組的權限，而又不受此完全約束，用戶具有組內其他用戶所不具備的權限或者限制。

3.4 畫面顯示

可實時顯示高質量圖像；支持畫面小、中、滿屏顯示；支持單畫面、四畫面、九畫面、十六畫面及大小組合畫面顯示方式。

3.5 畫面切換

系統軟件支持自動及手動畫面切換。用戶可以對監視畫面作任意的切換，可以切換任意一臺攝像機的視頻到監視器畫面，也可以切換其中一臺攝像機視頻到任意監視器顯示。

3.6 畫面輪巡

操作員可隨時為巡視定義輸出巡視的位置點，可建立多個巡視以隨時調用到監視器上。每個巡視有多個視頻輸入的位置，每個位置還包括一個獨立的駐留時間、目標（預置場景）和一個輔助觸點動作。巡視可正向或反向運行。同一個視頻輸入和／或同一臺攝像機的預置場景可多次插入到巡視中。

3.7 攝像機P/T/Z控制及輔助操作

提供攝像機鏡頭方向控制功能：能實現八個方向的控制與鎖定、三個鏡頭調整功能；提供基于視頻窗的控制功能：通過鼠標在視頻窗內的拖拽和點擊，實現攝像頭的居中、水平、垂直、變焦，以及監看窗口內圖像的放大、縮小和滿窗口顯示；支持燈光／雨刮／除霧等多個輔助開關的控制。

3.8 預置位功能

能為攝像機設置多個預置位，作為巡視的掃描點；能為攝像機設置多個巡視方案，每個巡視方案中可以包含多個預置位。

3.9 畫面信息添加處理

在監控畫面上支持中文、英文信息在監看畫面的疊加顯示；能在監視的畫面上疊加與該通道相關的信息：攝像頭名稱、狀態、每秒幀數、碼流、錄制狀態、報警信息、移動偵測、音量；支持日期時間的疊加顯示，任意指定日期時間的顯示格式。

3.10 系統錄像功能

系統在本地端錄像的同時同步實時將視頻信號通過網絡上傳輸，在網絡上進行實時監視以及訪問錄像文件，進行錄像回放、備份等操作。

3.11 錄像檢索及回放功能

用戶按時間、日期、攝像機編號等方式對錄像數據進行檢索，打印所需的圖像。

系統還能根據事件進行檢索，將報警事件、標簽文字等作為檢索的依據，快速實現存儲資料的檢索。同時，系統支持智能分析檢索，更方便的實現闖入特定區域、人物越線、物品搬移等智能檢索功能。

錄像硬盤空間：錄像硬盤空間管理采用兩種方式：一是自動循環覆蓋的方式，即剩余硬盤空間到達設置界限時，系統自動刪除距當前時間最久遠的一天的錄像文件；二是停止方式，即硬盤滿時停止錄像，并立即發出友好提示，并建議用戶進行如何的操作。

錄像文件備份：將需要的錄像文件從網絡上下載到微機硬盤上，或在錄像回放的時候對某一時間段的圖像重新錄制。

錄像文件刪除：隨時將沒有保存價值的錄像文件手動給以刪除。

錄像資料不能隨意被剪接、篡改。

文件回放檢索方便，單／多屏回放模式，對選定圖像進行放大、移動、亮度調節。

系統畫質增強、抓取及儲存所抓取圖像等處理。

具有播放／快進／快退／上切／下切／單步播放／暫停功能，用戶直接拖動播放滑塊調節播放進度。

預覽具有多種顯示模式。

3.12 聯動控制功能

通過開關量和通訊方式（RS485串行接口和RJ45以太網接口）實現與消防監控及聯動控制系統的聯動功能，接受來自消防監控及聯動控制系統的報警信號，在發生火災和緊急的情況下，能發出報警信息，實現聯動；實現與門禁及安防系統的聯動功能，在有人員出入刷卡，或接受到門禁及安防系統周界報警裝置的報警信號時，能自動將畫面切換至人員活動區域或報警區域；實現與計算機監控系統的聯動功能，接受來自計算機監控系統的報警信號，并啟動對應攝像頭到預置位位置，并啟動存儲服務器進行錄像。

3.13 報警

當出現設備故障時，立即發出報警和顯示信息，彈出畫面。

當檢測到電站內重要區域有人員活動或其他危險時，立即將該監控區域的監控畫面切換至監控終端顯示器上，并發出預警信號，在運行人員確定后解除。

對于任何確認的誤報警，運行人員可以退出該報警點。

3.14 記錄和打印

記錄和打印功能包括：各類操作記錄（包括操作人員登錄/退出、系統維護、設備操作等）；各類事故和故障記錄；各類異常報警和狀態變化記錄；報表記錄；各種記錄、報表及曲線打印（由運行人員在控制臺上選擇并控制打印機打印）。

3.15 培訓功能

控制系統具有操作、維護、軟件開發和管理等方面的培訓功能。在培訓軟件運行時，起初始信息應來自控制系統，培訓人員在培訓過程中如對某設備進行操作，相應的培訓程序被啟動，對運行和操作過程進行仿真模擬，但不影響正常的監控過程。

3.16 特殊防護

能在水電廠環境內可靠運行，不受強電磁場和各類電磁噪聲的干擾；能連續工作和防雷擊。所有的防護殼體及電路板經過防潮、防霉、防鹽霧處理，適應各種惡劣環境。

4 結束語

深溪溝工業電視系統通過全廠分布的高清彩色130個攝像頭，將采集到全廠各個角落數據傳回中控室監控服務器用于顯示，然后再經過管理服務器、存儲服務器的采后臺處理，很好的實現聯動控制、錄像存儲和查詢、報警和打印、培訓等功能，是一套比較成功的工業電視系統。

【1】孔俊寶.數字會議電視系統[J].電視技術，1998,（6）.

【2】錢建生.煤礦井下光纖工業電視監控系統[J].電視技術,1998,（5）.

【3】黃孝建,門愛東,楊波.數字圖像通信[M].北京：人民郵電出版社,1998.

【4】朱宗玖,韓迎鴿.煤礦工業電視系統中視頻光纖傳輸系統的設計[J].煤礦機械,2004,（4）.

【5】朱宗玖,姚善化,韓迎鴿.煤礦工業電視系統的設計[J].煤礦機械,2003,（3）.

TN949.21

B

1672-5387（2010）06-0095-04

2010-10-08

毛保勇（1983-），男，助理工程師，主要從事水電站運行維護工作。