變電站視頻質量診斷系統的應用研究

，，

(1.華北電力大學，河北 保定 071003；2.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072)

0 引 言

變電站的無人值守是電網運行發展的必然趨勢[1]，導致對變電站遠程監控的要求越來越高。由于變電站運行環境復雜多變以及攝像頭長時間運行損耗導致監控畫面故障時有發生。然而，隨著變電站運維要求的不斷提高以及視頻監控點的覆蓋面越來越大，僅靠監控中心工作人員自身對視頻監控畫面逐個排查的傳統視頻監控模式不僅加大運維人員的勞動強度，而且它還是低效、滯后、不可靠的運維模式[2]。

視頻質量診斷系統為此提供了一個較好的解決方案，它采用視頻圖像分析的方法來檢測監控系統中存在的各種視頻常見故障并且能按照診斷預案對攝像機、存儲系統進行自動檢測，并記錄所有的檢測結果[3]。診斷系統采用輪巡的方式，可以在短時間內對大量的前端設備進行檢測。目前不同的企業和科研院所對視頻質量診斷系統做了深入的研究并將其應用在日常的監控工作中，這大大降低了監控人員的負擔，提高了監控的質量。同樣地，國網四川省電力公司對其轄屬變電站應用了視頻質量診斷系統，為快速發現視頻信號故障、保障系統可用能用發揮了巨大的作用。

首先簡述了變電站使用視頻質量診斷系統的必要性，對視頻質量診斷系統的結構和功能作了簡要介紹，最后重點分析國網四川省電力公司使用的視頻質量診斷系統的應用情況。

1 視頻質量診斷系統結構及其拓撲圖

視頻質量診斷系統是一套圖像質量分析、診斷與預警系統，通過對前端設備傳回的碼流進行解碼以及圖像質量評估，對視頻圖像中存在的質量問題進行判斷和告警，并記錄檢測結果[4]。

視頻質量診斷系統的拓撲圖組成如圖1所示，質量診斷服務器從前端編碼設備取流，是一種無損傷檢測，它的接入不需要改變已經組建好的監控網絡以及系統。

圖1 視頻質量診斷拓撲圖組成

2 視頻質量診斷系統檢測的故障類型

國網四川省電力公司使用的診斷系統能夠檢測出多種視頻故障，對目前已診斷出的故障類型會附上相應的診斷圖片以及維修建議。

(1)信號丟失：診斷由于前端設備損壞或者傳輸環節故障引起的信號丟失現象，包括黑屏、白屏、疊加文字屏等。系統診斷為信號丟失的診斷圖片如圖2(a)所示。系統給出的維修建議是檢查攝像機是否工作，模擬傳輸線是否接觸良好。

(2)圖像模糊：診斷由于聚焦不準引起圖像物體邊緣不清晰的情況。系統診斷為圖像模糊的診斷圖片如圖2(b)所示。系統給出的維修建議是檢查鏡頭調焦控制是否正常，確定攝相機架設位置是否合適。

(3)對比度：診斷由于攝像機鏡頭蒙上灰塵、水汽、人為遮擋、或者內部故障，造成圖像的對比度低而“發蒙”的情況。系統診斷為對比度異常的診斷圖片如圖2(c)所示。系統給出的維修建議是確定是否因為惡劣天氣原因，確定攝相機架設位置是否合適，檢測鏡頭是否干凈。

(4)圖像過亮/暗：診斷由于攝像機增益異常、曝光不當、強光照射等各種原因引起畫面過亮/暗。系統診斷為圖像過暗的診斷圖片如圖2(d)所示。系統給出的維修建議是確認是否為光線問題，檢查攝像機是否正常曝光。

(5)圖像偏色：診斷由于色彩平衡出現故障、視頻線路接觸不良、信號干擾等原因造成的視頻畫面發生色偏，甚至某種顏色缺失的故障。系統診斷為圖像偏色的診斷圖片如圖2(e)所示。系統給出的維修建議是檢查傳輸線是否正常接插，檢查攝像機是否能輸出正常圖像。

圖2 故障類型的診斷圖片

(6)噪聲干擾：診斷由于視頻信號干擾、線路接觸不良、光照不足等引起的點狀、尖刺等圖像質量故障。系統診斷為噪聲干擾的診斷圖片如圖2(f)所示。系統給出的維修建議是確定是否光線太暗。

(7)條紋干擾：診斷由于線路老化、接觸不良、線路干擾(工頻、音頻、高頻信號)導致的橫條、波紋等帶狀、網狀等噪聲故障。系統診斷為條紋干擾的診斷圖片如圖2(g)所示。系統給出的維修建議是確定設備接地問題。

(8)畫面凍結：診斷由于傳輸系統異常導致的畫面凍結的故障，一般表現為畫面靜止不動，包括時標OSD部分不動。系統診斷為畫面凍結的診斷圖片如圖2(h)所示。系統給出的維修建議是拍攝畫面是否固定不變。

(9)黑白圖像：診斷由于攝像機日夜功能模式切換異常、圖像信號強度弱等原因造成的圖像顏色為黑白的異常情況。系統診斷為黑白圖像的診斷圖片如圖2(i)所示。系統給出的維修建議是攝像機是否配置為紅外模式、黑白模式。

(10)視頻劇變：診斷攝像機視頻信號異常或受到干擾導致視頻圖像劇烈變化的故障，一般表現為畫面不停閃爍、跳變、畫面扭曲等。系統診斷為視頻劇變的診斷圖片如圖2(j)所示。系統給出的維修建議是檢測設備旁邊是否有干擾源，確定設備接觸良好，檢測攝像機曝光是否正常。

(11)視頻抖動：診斷攝像機信號受到干擾或者攝像機安裝不牢固導致圖像不停抖動的故障。系統診斷為視頻抖動的診斷圖片如圖2(k)所示。系統給出的維修建議是確定攝像頭是否安裝牢固。

(12)場景變更：診斷攝像機因為人為或環境原因導致攝像頭被偏轉、攝像頭被遮擋、攝像機的角度或位置發生變化而導致的場景變更的情況。

(13)視頻遮擋：診斷監控點視頻鏡頭被全部遮擋出現的異常情況，通常表現為畫面黑暗、對比度低。系統診斷為視頻遮擋的診斷圖片如圖2(l)所示。系統給出的維修建議是確定攝像機鏡頭是否被物體遮牢。

(14)云臺失控：診斷由于球機年久失修、云臺轉動失效等的檢測。

(15)登陸失?。涸\斷由于攝像機網絡原因或用戶名密碼端口等錯誤造成登錄攝像機失敗的情況。系統診斷為登錄失敗的截取圖片如圖2(m)所示。系統給出的維修建議是檢查網絡、碼流是否正常。

(16)取流異常：診斷由于攝像機網絡原因或前端監控點異常等導致無法從攝像機上取到視頻流的異常情況。其診斷圖片與登陸失敗相同，如圖2(m)所示。系統給出的維修建議是檢查網絡是否正常。

3 視頻質量診斷系統的應用分析

3.1 一個具體的診斷結果分析

視頻質量診斷系統對于一個具體的已完成的診斷任務，運維人員可以單擊“查看詳情”來查看其診斷詳情，以圖3為例。

依次單擊右上方的“基本信息”、“診斷結果”和“診斷項目”可以查看詳細的診斷結果。以上面捕捉到的畫面為例，其“基本信息”、“診斷結果”和“診斷項目”分別如圖4所示。

圖3 診斷結果

圖4 診斷結果詳情

基本信息中給出了相對應的網絡攝像機的監控點名稱、IP地址、端口號、通道號、設備類型、供應廠商以及監控區域等信息；診斷結果中給出了相對應的網絡攝像機的狀態、診斷時間、詳情(即診斷結果)、維修建議等；診斷項目中給出了相對應的網絡攝像機進行診斷時對于以上的17種故障類型的各自狀態以及得分。這個診斷系統有報警閾值模板，工作人員可根據截取的診斷圖片和診斷結果進行靈活地調整，讓其更好地適應變電站這一特殊的運行環境。在當前的閾值模板下，圖3的診斷結果為條紋干擾，給出的維修建議是確定設備接地問題。

3.2 一段時間內診斷任務的統計分析

下面是從2013年6月開始使用到2014年2月28日期間診斷系統的應用結果統計分析，如圖5所示。

圖5 2013年6月1日至2014年2月28日的統計分析柱狀圖

圖6 2014年4月23日至2014年5月23日的統計分析柱狀圖

可以看出：除登錄失敗和取流異常(圖5中的最后兩個統計項，由于網絡等原因不能正常進行診斷的情況)外，圖像模糊占其余故障類型的70%以上；雪花干擾、亮度異常、信號丟失等異常類型逐次遞減。這說明由聚焦不準引起的圖像模糊是變電站眾多監控點經常發生的故障，需要引起變電站運維人員的特別注意。

為了更好地服務于變電站日常監控工作，對診斷系統進行了一些優化。接下來是系統優化后，從2014年4月23日至2014年5月23日這一個月期間診斷系統應用結果的統計分析，如圖6所示。

可以看出：系統升級更新后，首先，故障類型的分類有了變化：雪花干擾改名為噪聲干擾；亮度異常分為亮度過亮、亮度過暗兩項指標；新增對比度、黑白圖像、視頻抖動、視頻劇變、場景變更、視頻遮擋等6個診斷指標。其次，從2014年4月23日至2014年5月23日這一個月的診斷結果來看，除由攝像機網絡等原因引起的登錄失敗和取流異常外，信號丟失、圖像模糊、對比度、圖像過暗、噪聲干擾、條紋干擾、黑白圖像、視頻劇變等診斷結果均有出現，即被診斷出的異常故障類型呈多元化趨勢。這說明診斷系統更新升級以后，可以更好地適應變電站復雜多變的運行環境。與以前的診斷系統相比，能更好地為使用該診斷系統的工作人員提供變電站內各監控點的工作狀況，為檢修和維護工作提供良好的依據。

另外，診斷結果本身可能是多種故障類型的疊加，如圖7所示。

圖7 診斷結果為多種故障類型的疊加

這說明可能有多種故障導致了上述情況的發生，運維人員需要對引起故障的原因進行逐一排查。

4 結 論

變電站采用視頻質量診斷系統將運維人員從繁重的工作負擔中解脫出來，提高變電站作業效率。然而，如何減少診斷的誤診率成為開發人員和系統檢測人員面臨的重要問題。目前開展的工作是希望通過模擬多種視頻故障從而對診斷系統進行有效地檢測。

[1] 呂瑞明.變電站智能視頻監控系統研究[D].成都:西南交通大學,2008.

[2] 高楊. 視頻質量診斷算法研究與實現[D].沈陽：東北大學，2011.

[3] 任和,陳兆俊. 基于視頻分析的視頻質量檢測系統實現[J].中國鐵路，2013(7)：85-87.

[4] 方芳.基于智能監控系統的視頻圖像質量檢測的研究與實現[D].南京：南京郵電大學,2013.