黃河公司集控中心視頻監控系統的建設及應用

郭鵬慧

（黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810008）

黃河公司集控中心視頻監控系統的建設及應用

郭鵬慧

（黃河上游水電開發有限責任公司，青海 西寧 810008）

摘要：介紹了黃河上游水電開發有限責任公司集控中心視頻監控系統的項目情況，從建設目標、設計思路開始，著重對建設方案進行了介紹，并對系統的后期規劃提出了建議。系統一期項目已接入7個水電站，運行情況良好，能夠滿足可視化生產管理、遙控操作視頻復核的需求。

關鍵詞：集控中心；視頻監控；改造接入；中心平臺；關鍵技術

0　引言

黃河上游水電開發有限責任公司（以下簡稱：黃河公司）成立以來，積極遵循“流域、梯級、滾動、綜合”的開發原則，致力于黃河上游水電資源和新能源開發。目前，黃河公司下屬水電與新能源電站共計35座（包括水電站14座、光伏電站17座、風電站4座），總裝機容量為1 222.63萬kW，其中水電站1 098.2萬kW，新能源電站124.43萬kW，并實現了水、新能源發電有效互補運行。

為實現黃河公司所屬水電、新能源電站的無人值班、集中控制管理，需要建立一個統一的管理平臺，對各電站的視頻監控系統進行實時監控及統一管理。從2013年起，黃河公司就啟動了集控中心一期項目建設，陸續接入了班多、拉西瓦、龍羊峽、李家峽、公伯峽、蘇只、積石峽7個水電站，并充分考慮系統擴展性，為接入剩余的投運電站（包括水電、風電、光伏等電站）和規劃建設的電站預留接口。

本文將介紹黃河公司集控中心視頻監控系統的建設方案及應用情況，并對后期規劃提出了建議。

1　建設目標

黃河公司為提升管理水平，計劃逐步對公司所有電站實現無人值班、集控運行。公司實現集控運行后，集控運行人員主要負責電站機電設備運行監視、機組負荷調整、開停機、開關操作等。為提高無人值班電站的運行可靠性，保證電站的安全生產，需通過公司VPN廣域網或2M網絡專線方式，將電站生產現場的視頻圖像遠距離傳輸到西寧集控中心，使集控中心的運行值班、管理人員可以24 h全天候監視并記錄電站的現場安全以及設備的運行情況，及時發現、處理事故，從而提高電力系統的安全性和可靠性，并為相關部門提供事后分析事故的有關資料，各個電站錄像、監控數據都保存在本地，而對于各個電站非常重要的數據，不僅需要本地保存，還需要在集控中心進行保存，對于傳輸至集控中心的視頻圖像存儲不少于30 d。

2　設計思路

本期項目的建設目標是在公司集控中心建設視頻監控中心，接入前端各電站的視頻監控系統。對于各電站設備及系統，最大程度上保證不變動，如需變動則盡量保證少變動，保持原有視頻系統模式及操作習慣，但對于個別電站系統建設時間已久，設備老化較為嚴重，可在保證系統功能的基礎上對原有系統及設備進行少量維護以保證系統可用。因此設計思路如下：

各電站的視頻系統監控中心負責將本地現場的視頻圖像、控制設備進行集中處理，統一標準數字化后通過網絡傳輸到集控中心的監控中心；

各電站監控中心負責管理、監控本電站視頻監控系統，保存前端設備的配置信息、報警記錄、本地用戶帳戶、操作記錄、存儲等，同時將所有視頻進行轉發，提供給各監控終端，提供WEB監控功能和專業監控軟件；

集控中心作為全公司各電站視頻的集中監控中心，是一個功能完善、能夠單獨工作的基本單元，通過VPN廣域網或2M專線網絡連接著所有電站的視頻監控中心，系統中的所有網絡設備（前端視頻處理單元、各類服務器、監控工作站）利用公司集控中心和各電站局域網現有設備，如網絡端口不夠根據現場情況進行擴充；

集控中心統一管理平臺系統能兼容公司現有的電站視頻監控系統各攝像點，并實現平滑過渡，還需考慮黃河上游已建和在建電站及大通河流域及光伏等電站接入預留接口，最少可管理前端編解碼服務器100個，監控點位1 300個，并能進行完善擴容；

系統采用模塊化設計，各部分都是系統中的獨立模塊，整個系統沒有瓶頸，媒體轉發平面和設備控制平面相分離并且相互不影響，可以方便的進行擴充，任何一個模塊均可以單獨增減，而不影響系統的正常運行。

3　建設方案

3.1系統架構

黃河公司集控中心視頻監控系統，由前端各電站視頻監控系統、網絡傳輸以及集控中心監控管理平臺三個相互銜接、缺一不可的部分組成。前端系統主要負責對水電站內的視頻進行采集、編碼、存儲及上傳。視頻監控系統利用公司現有的廣域網進行圖像傳輸和實現遠程監控功能。集控中心配置服務器管理系統、網絡磁盤陣列、客戶端等。服務器管理系統可實現對各電站視頻設備的認證接入、管理、實時預覽、云臺控制、錄像檢索、錄像回放等功能。

系統架構圖如圖1所示：

圖1系統架構

3.2前端系統接入

黃河公司建成投運的電站都已部署視頻監控系統，但存在建設年代、建設廠家、采用技術、使用設備各不相同等一系列問題，不便于總部對各單位視頻監控系統的接入管理。

黃河公司已建視頻監控系統主要可分為以下兩種模式：

模式一：系統由模擬攝像機、視頻分配器、模擬矩陣、顯示器、控制鍵盤、控制碼分配器、數字硬盤錄像機、客戶端電腦等組成，模擬矩陣主要負責實時視頻切換顯示和云臺控制，數字硬盤錄像機主要負責視頻的采集、編碼、存儲及上傳，客戶端電腦主要負責視頻實時預覽、錄像檢索、錄像回放等功能（見圖2）。

圖2監控系統模式一結構

模式二：系統由模擬攝像機、數字硬盤錄像機、監視器、客戶端電腦等組成，數字硬盤錄像機主要負責視頻的采集、編碼、存儲及上傳，客戶端電腦主要負責視頻實時預覽、錄像檢索、錄像回放等功能（見圖3）。

圖3監控系統模式二結構

由于前端數字硬盤錄像機投運時間不同、廠家不同，大多無法滿足國標（GB/T28181）要求。對于該類數字硬盤錄像機的接入，目前主流接入方式都是通過定制中心平臺軟件來實現接入，但該方式無法保證系統的穩定性。

無論模式一還是模式二，都可通過部署監控中心接入服務器來實現系統接入。監控中心接入服務器的作用相當于中心平臺的協議及碼流轉換服務器，完全拋棄各個監控現場的個體化差異，由軟件調用大型關系數據庫，通過預先對各個廠家、各種不同編碼方式SDK開發包的調用，在前端系統上傳視頻時，即可輸出標準協議及碼流。在集控中心通過同一客戶端，即可瀏覽不同監控現場、不同廠家、不同編碼方式的視頻信息，真正做到無區域，無差異，純網絡的網絡監控。在接入改造過程中，對于已無法提供SDK開發包或超過使用年限的設備，我們將進行更新替換。

3.3中心平臺建設

中心平臺作為黃河公司所有電站視頻監控系統的匯聚點，管理下屬電站的所有設備，接收所轄電站上傳的視頻和設備信息，滿足集控中心管理人員及相關職能部門用戶視頻查看、云臺控制的需求。中心平臺主要由服務器管理系統、網絡磁盤陣列、客戶端等組成。

平臺服務器采用分布式部署、獨立運行，各服務器都可以支持應用集群的方式冗余進行配置和在線擴充，具備彼此的應用服務器接管能力。集控中心平臺采用海康威視產品，主要是系統管理服務器、流媒體轉發服務器、流媒體存儲服務器、視頻矩陣服務器等。其他軟件模塊可安裝在這些服務器實現功能。

系統管理及數據庫服務器能夠連接前端各不同地區單位內的DVR、DVS、IP攝像機、報警設備等的接入，支持任意選擇監控點的音視頻流進行實時監視、錄像、錄像回放，支持前端報警信號的接入。同時具備設備管理、用戶管理、權限管理、視頻資料保存策略管理、應急預案管理、系統運行日志管理、存儲資源管理、前端設備狀態管理等管理功能。為確保視頻監控系統中心平臺的可靠性，集控中心系統管理及數據庫服務器采用雙機熱備運行方式，流媒體服務器可接收媒體終端發送的組播實時視音頻數據流，轉換成單播流轉發、分發給多個視頻客戶端；可接收單播實時視音頻數據流，轉發、分發給多個視頻客戶端；基于標準的RTSP、RTP協議為視頻客戶端提供媒體點播服務，支持用戶在線數和視頻流轉發數在100路以上。流媒體轉發服務器側重于視頻實時預覽的流媒體轉發，流媒體存儲服務器側重于前端重要視頻備份到中心網絡磁盤陣列的流媒體轉發。

視頻矩陣服務器提供大屏管理、輪巡計劃執行及視頻解碼等功能。支持高清圖像上墻，支持監視屏計劃輪巡視頻，支持手動配置監視屏顯示視頻，支持監視屏圖像云臺控制，支持鍵盤控制監視屏圖像播放、云臺控制、報警輸出窗口切換，支持監視屏及客戶端圖像同步顯示，支持監視屏解碼音頻控制。同時通過服務器內置的解碼擴展卡可實現前端電站的網絡視頻信號硬解碼上大屏幕顯示設備。集控中心部署網絡磁盤陣列對前端重要區域及重要視頻圖像進行備份錄像集中存儲，前端系統采用視頻處理單元實現分布式存儲，分布式存儲與集中備份存儲的有效結合，可大大提高錄像資料保存的安全性與可靠性，減少由于錄像視頻資源丟失帶來的風險。

4　應用功能

4.1實時監控

實時獲得監控區域內清晰的監控圖像，各種型號系統的攝像機可以滿足不同區域監控點的監控需求，實現24 h不間斷監控。并且可以對帶云臺設備的進行云臺操作，對視角、方位、焦距的調整，實現全方位、多視角、無盲區、全天候式監控。

4.2錄像存儲

本系統支持前端存儲和中心存儲兩種模式，前端的視音頻信號接入數字硬盤錄像機存儲數據，達到前端存儲的需要，以供事后調查取證；也可部署網絡磁盤陣列，適合中心備份存儲需求。

4.3語音功能

通過廣播功能，工作人員能夠對現場工作進行指導，對違章操作進行警告；通過語音對講，上級管理部門能夠和電站現場人員進行溝通。

4.4報警預案

通過視頻監控系統和其他安全防范系統的關聯，能夠提供豐富的視頻預案：客戶端聯動、電視墻聯動、報警錄像等。有助于相關部門第一時間發現事故點，迅速做出反應，把事故損失控制到最小范圍。

4.5巡檢預案

系統支持可視化巡檢預案，按人工巡檢的路線，把沿途多個監控點的多個預置位添加進預案，一旦發現問題可截圖并標注問題，及時通知相關部門。相較于人工巡檢、手工紙質記錄的傳統巡檢方式，該預案可大大提高巡檢質量及到位率。

4.6業務聯動

通過電力行業標準協議與生產系統對接后，當遙控操作或發生故障時，視頻監控系統將收到生產系統發送的遙控、遙信信號，聯動相關監控點的預置點，實現可視化運行管理。

4.7遠程維護

通過平臺軟件能夠對前端設備進行校時、重新啟動、修改參數、軟件升級、遠程維護等高的設備維護效率。

4.8系統管理

通過平臺軟件能夠進行全方位管理，提供中心管理、Web服務、認證授權、日志管理、資產管理、地圖管理、流媒體服務、云臺代理、存儲管理、文件備份、設備代理、移動服務、報警管理、顯示系統代理、網管服務等系統服務，提高整套系統的工作效率。

5　關鍵技術

5.1零通道編碼技術

零通道編碼是指網傳時可以將多畫面（如16畫面）糅合成一個通道傳輸的功能，此時雖然可看到16個畫面，但不是傳輸16個通道分開的數據，而是將16畫面整合成一個畫面在傳，數據量只相當于傳一個通道的數據。圖像的多畫面分割由主CVBS設置決定，傳輸數據量（帶寬）由碼率上限決定。該方式將充分獲取監控圖像信息，節省網絡傳輸帶寬。

5.2 3G/4G視頻監控技術

現階段運營商移動網絡的覆蓋普及，3G/4G應用已非常普及，各大視頻監控廠家也紛紛推出移動監控模式，利用移動網絡和手持管理終端（手機、平板）進行遠程視頻監控已成了趨勢。3G/4G網絡的覆蓋，使領導、專家能夠通過手持管理終端隨時隨地掌握現場狀況，為日常管理、應急指揮帶來了便利。

5.3與電調自動化系統的聯動

中心平臺具備與集控中心電調自動化系統通信接口，實現視頻聯動功能，通過與集控電調自動化系統通訊，實現集控電站現場出現事故及故障時，同步切換監控視頻至事故及故障位置視頻監控點。實現集控對電站遠程實時操作，同步切換監控視頻至操作動作位置視頻監控點。

6　后期規劃

本期項目的主要目標是在公司集控中心建設視頻監控中心，盡量少改或不改前端監控點。但在設計之初我們就考慮了系統的后續升級，因此中心平臺具備高清、智能設備的接入能力。同時，為了便于系統的后續運行維護，考慮采用視頻質量診斷系統，來實現對前端設備的視頻質量診斷。

6.1高清監控

高清監控在電力行業的應用越來越廣，帶來了一系列好處，圖像清晰度更高。在電站的一些重要監控點（重要儀表、設備運行狀態、位置節點的監視），應采用高清攝像機可以獲取高清晰度的監控畫面，能更清楚地呈現。高清監控技術的采用，使場景覆蓋范圍更廣，減少單位面積監控點的數量，可以提高監控效能，減少設備投資。使細節更清晰，大大提高智能視頻分析的精度，有利于圖像識別和智能視頻分析的應用。

高清監控帶來了眾多好處，但對于網絡帶寬及存儲空間提出了更高的要求，因此我們后期將選擇低碼率高清攝像機。采用H.264High Profile編碼方式的攝像機，同等情況下720 P高清圖像所占的最大網絡帶寬為2Mb/s，只有原來的一半。同時采用ROI感興趣區域編碼技術的攝像機，可對重點區域進行編碼優化，也能有效的節省帶寬占用。

6.2智能分析

隨著視頻智能分析技術的成熟，在電力視頻監控及業務實戰上的應用越來越廣。越界檢測、區域入侵檢測、物體拿取檢測被應用于日常的安全防范，可以有效保障電力系統的運行環境；區域入侵檢測、智能視頻跟蹤同樣可應用于日常的人員管控，預防工作人員誤跑帶電間隔，造成人員傷亡、設備故障；智能開關分析、智能表計讀數可應用于日常的運行管理，對集控中心的遙控結果進行可視化復核，確保操作命令能夠正確執行。

6.3視頻質量診斷

視頻質量診斷系統是一套智能化視頻故障分析與預警系統，其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智能分析、判斷和預警。系統采用輪巡的方式，在短時間內對大量的前端設備進行檢測；檢測內容包括多種視頻故障，如清晰度異常（圖像模糊），亮度異常（過亮、過暗），偏色，噪聲干擾（雪花、條狀、滾屏），畫面凍結，以及信號丟失；同時支持模擬和數字視頻接入，對于第三方私有碼流，需要提供其SDK。

7　結語

黃河公司視頻監控系統一期項目已接入7個水電站，監控區域包括大壩、閘門、廠房、生活區等，投運至今運行情況良好，能夠滿足集控運行人員電站機電設備運行監視、機組負荷調整、開停機、開關操作等視頻監控需求。隨著視頻監控技術的發展，電站視頻監控系統的重要性與日俱增，可視化管理需求將越來越緊迫，無論是規模大、規模小的電站，都會迎來新一輪的改革浪潮。視頻監控系統在本項目的應用，為生產管理系統提供了有效的信息支撐，也為安全生產提供了堅強的技術保障。

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0029-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.008

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：郭鵬慧（1964-），女，工程師，從事水電廠自動化的技術工作。