變電站監(jiān)控影像遠程無線實時傳輸系統(tǒng)

（新疆天富熱電客戶服務(wù)中心，石河子市，832000） 田玲莉

1 現(xiàn)狀與背景

當(dāng)前的信息化時代，是一個構(gòu)筑在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上的時代，基于網(wǎng)絡(luò)的各種新應(yīng)用也迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)視頻需占用較大帶寬，以前由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，應(yīng)用不多，現(xiàn)在由于高帶寬的迅速普及，網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用已逐漸普遍。基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各種視頻通訊應(yīng)用，如網(wǎng)絡(luò)遠程視頻監(jiān)控也應(yīng)運而生。

變電站現(xiàn)在一般都有“三遙”系統(tǒng)，可以在此基礎(chǔ)上增加遙視系統(tǒng)，將變電站的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)由變電站前端的設(shè)備、服務(wù)器采集編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收編碼后的視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù),進行監(jiān)控、存儲、管理。電力遙視系統(tǒng)的實施為實現(xiàn)變電站、所的無人值守，從而為推動電力網(wǎng)的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。

監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代交通運輸、環(huán)保監(jiān)測、現(xiàn)代國防等關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一。目前在視頻影像監(jiān)視系統(tǒng)領(lǐng)域，有線方式的監(jiān)視系統(tǒng)較為普遍，而在數(shù)據(jù)不易采集的場合，例如變電站，有線監(jiān)視方式受到了固有物理布線的限制而顯得無能為力，但無線遠程監(jiān)視方式則沒有這種限制。

視頻影像無線遠程實時傳輸系統(tǒng)就是結(jié)合了這幾種技術(shù)而產(chǎn)生的，它基于嵌入式系統(tǒng)，融合了無線通訊與有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因此它同時具有這些技術(shù)的優(yōu)點。首先，作為嵌入式系統(tǒng)，它具有體積小、成本低、功能強、架設(shè)簡便等特點。其次，采用寬帶無線通信技術(shù)，可以實施遠程無線視頻影像傳輸，非常適合變電站和變電所的需求。最后，使用基于TCP/IP的Internet技術(shù)，移動終端如筆記本手機可以連接，獨立完成變電站運行狀況的錄像、抓拍等任務(wù)。

2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)

體積尺寸：200mm×150mm×50mm（設(shè)計值，包括天線）；

傳輸距離：10km（可視距離，加中繼可達更遠距離）；

傳輸方向：在有較大障礙時，可加便攜式中斷器，實現(xiàn)任意方向的影像傳輸；

傳輸速率：11Mbps/54Mbps；

頻率：2.4G；

即插即用，無需驅(qū)動；

隱藏SSID；

支持POE；

支持MAC地址過濾；

支持音視頻硬件編碼、壓縮；

支持基于Web的管理；

支持遠程攝像機云臺控制；

電源：DC12V(蓄電池)/交流220V/110V變換器。

3 系統(tǒng)整體架構(gòu)

整個系統(tǒng)建立在無線網(wǎng)絡(luò)之上，采用Client/Server工作模式，主要由視頻影像監(jiān)控端、彩色攝像機、一體化天線網(wǎng)橋、監(jiān)控終端（客戶端）等小型便攜式設(shè)備組成。

實時視頻影像監(jiān)控前端首先將攝像機采集的信息通過硬件編碼模塊進行處理，然后通過一體化天線網(wǎng)絡(luò)交換機進行無線發(fā)送，將信息傳送至與監(jiān)控終端（客戶端）相連的一體化天線網(wǎng)絡(luò)交換機，然后傳送至監(jiān)控終端，這樣用戶便可以通過系統(tǒng)軟件觀看實時的監(jiān)控畫面。

前端監(jiān)控模塊作為整個系統(tǒng)Client/Server工作模式的Server端，具有唯一的一個IP地址和一個唯一的MAC地址，監(jiān)控端（客戶端）通過IP地址或者MAC地址來訪問某個特定的攝像頭。由攝像頭來負責(zé)采集現(xiàn)場圖像，處理監(jiān)控端（客戶端）的請求，并進行傳輸控制，通過無線網(wǎng)絡(luò)將實時圖像傳輸?shù)奖O(jiān)控端（客戶端）/大屏幕。

監(jiān)控端（客戶端）須安裝專用的客戶端程序軟件。這個專用的客戶端程序軟件負責(zé)向攝像頭發(fā)送圖像傳輸請求，攝像頭響應(yīng)后發(fā)送實時采集的圖像數(shù)據(jù)，監(jiān)控端（客戶端）再進行接收，然后進行解碼，顯示在屏幕上，至此就可以觀看到連續(xù)的視頻圖像。也可以將傳輸過來的圖像數(shù)據(jù)保存在硬盤上，以備查看，整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架示意圖

在監(jiān)控中心主要有客戶端控制機，視頻數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，服務(wù)器，交換機，收發(fā)模塊，投影儀，大屏幕等設(shè)備。收發(fā)模塊主要是進行無線數(shù)據(jù)的接受，以及命令的發(fā)送；音視頻數(shù)據(jù)通過交換機發(fā)送給客戶端控制機（PC機），有客戶處理，客戶可以把數(shù)據(jù)保存到大容量存儲器上，供以后查看。服務(wù)器主要是進行重要數(shù)據(jù)的備份，以及對整個視頻傳輸系統(tǒng)進行管理。

4 監(jiān)控前端硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的主體部分-前端監(jiān)控模塊主要由系統(tǒng)板、USB接口的攝像頭以及硬件壓縮模塊等組成，如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)板上的資源主要有RS232串口通訊接口，以太網(wǎng)控制器，F(xiàn)lash存儲器，SDRAM，硬件壓縮模塊等。系統(tǒng)板中CPU采用ARM9處理器，此類處理器使用ARM920T核，內(nèi)部帶有全性能的MMU(內(nèi)存處理單元)，它適用于設(shè)計移動設(shè)備類產(chǎn)品，具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性。

無線模塊的主要功能是發(fā)送實時音視頻數(shù)據(jù)，并且接收客戶端發(fā)來的命令信息。無線模塊的主要特點有：

1）2.4G公共頻段工作，無需申請頻點；

2）高抗干擾能力和低誤碼率,CRC校驗；

基于FSK的調(diào)制方式，采用高效通信協(xié)議，在信道誤碼率為10-2時，可得到實際誤碼率10-5～10-6；

3）完善的通訊協(xié)議,應(yīng)用方便；

4）多信道，多速率；

5）標(biāo)準(zhǔn)串口UART接口方式；

6）低功耗及休眠功能；

7）高可靠性，體積小、重量輕；

采用單片射頻集成電路及高性能單片處理器,外圍電路少，可靠性高，故障率低；

8）看門狗實時監(jiān)控。

5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

監(jiān)控模塊軟件由操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩部分組成，如圖3所示。

圖3 軟件結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)采用Linux作為操作系統(tǒng)，內(nèi)核中包括USB HOST接口驅(qū)動、USB攝像頭驅(qū)動、硬件件編碼模塊驅(qū)動和網(wǎng)卡驅(qū)動程序等模塊，另外內(nèi)核也包括了用于通訊的TCP/IP協(xié)議和無線通訊協(xié)議。

應(yīng)用程序是建立在操作系統(tǒng)之上的，是系統(tǒng)中的主要部分，由它來實現(xiàn)視頻影像采集和傳輸?shù)墓δ堋?/p>

另外，系統(tǒng)中實現(xiàn)了一個Web服務(wù)器，該服務(wù)器功能強大，且代碼簡單、速度快，很適合在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用。該WEB服務(wù)器的主要功能包括：

1）WEB服務(wù)器在系統(tǒng)boot時自動啟動并進行參數(shù)設(shè)置；

2）可以實現(xiàn)對MJPEG數(shù)據(jù)流的定位；

3）多路MJPEG的切換與播放；

4）客戶端連接的簡單管理（帳戶管理、連接記錄）；

5）對系統(tǒng)板的參數(shù)設(shè)置；

6）對視頻圖像的調(diào)節(jié)控制。

WEB服務(wù)端是產(chǎn)品運行的可視化界面，最終它將實現(xiàn)通過遠程對監(jiān)控服務(wù)器的全面配置和管理，這包括監(jiān)控內(nèi)容的上傳、EMail預(yù)警等。

系統(tǒng)的客戶機軟件對客戶端PC機沒有嚴(yán)格的要求，安裝起來方便快捷。監(jiān)控端（客戶端）主要的功能就是接收攝像頭發(fā)來的音頻和影像數(shù)據(jù)，并且在顯示器上顯示這些數(shù)據(jù)，也可以通過投影儀觀看。同時，也可以根據(jù)需要對視頻圖像進行本地保存、抓圖等功能。在客戶端有以下幾種應(yīng)用軟件：

基于IE監(jiān)控的軟件：

通過IE瀏覽器遠程訪問服務(wù)器時,需要使用我們提供的動態(tài)IP服務(wù)。使用IE訪問視頻服務(wù)器時，視頻功能較少，其主要功能還是提供一個配置視頻監(jiān)控前端的可視化界面，如需要強大的監(jiān)控功能，需要安裝客戶端監(jiān)控軟件。

客戶端監(jiān)控軟件:

客戶通過單機版客戶端除了能夠完成IE瀏覽器實現(xiàn)的功能以外，客戶端軟件還能夠?qū)崿F(xiàn)許多IE瀏覽器不能實現(xiàn)的功能。

客戶端監(jiān)控軟件的功能很強大，有以下幾方面：

1）多畫面監(jiān)視

多種畫面分割模式，可以通過簡單操作實現(xiàn)放大、還原、全屏、圖像交換等操作，可以通過拖放攝像機圖標(biāo)實現(xiàn)對不同攝像機圖像的監(jiān)視，簡單易用，并且可以拍照、設(shè)置圖像循環(huán)播放等。

2）錄像和回放

監(jiān)控軟件可以在不播放的情況進行錄像，極大的節(jié)省了CPU資源。為增強錄像的靈活性，軟件同時提供了多種錄像方式，自動錄像、手動錄像、單個錄像等。

自動錄像是指在軟件中設(shè)置服務(wù)器的錄像時間段，當(dāng)客戶端軟件所運行的電腦系統(tǒng)時間進入設(shè)定的時間段后自動把這一時間段的圖像記錄下來。使用手動錄像方式時，只能通過人為地去控制才能起作用，即用戶設(shè)定某一通到為手動錄像機那么只有用戶去停止它，它才會停止錄像。單個錄像確是可以單獨保存需要錄像的某一窗口。

3）斷電后自動連接功能

當(dāng)軟件處在播放或者錄像狀態(tài)時，如果此時視頻服務(wù)器停止供電，那么軟件將停止播放圖像同時也停止錄像，但是如果視頻服務(wù)器正常供電后，軟件將自動連接服務(wù)器，同時恢復(fù)原來的播放及錄像，無須人工干預(yù)。

6 效益分析

通過本文的無線遠程變電站變電所視頻監(jiān)控據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站運行狀況的錄像，截圖，及時報告異常等功能，對加強變電站精細化管理，保證人力資源的合理調(diào)配，對提高供電部門的經(jīng)濟效益和社會效益發(fā)揮有效的作用。