視頻監控系統在大黑汀水電站的應用

石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫管理處，河北　遷西　064300）

視頻監控系統在大黑汀水電站的應用

石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫管理處，河北遷西064300）

大黑汀水電站具有廠區分布較寬、運行設備較多等特點，在近年來電站運行人員逐年減少的情況下，如何更加有效地保障電站安全可靠地運行呢？在這樣的需求下，大黑汀水電站選擇視頻監控系統來作為電站機組設備運行管理的補充手段，實現對水電站機組設備運行及廠站環境的全方位監控管理。

視頻監控系統；大黑汀水電站；應用

1　總體設計思路及功能要求

大黑汀水電站為水利部海委引灤工程管理局大黑汀水利樞紐工程的一部分，位于河北省遷西縣城北5km的灤河干流上，地處燕山山脈山區。考慮到山區防雷以及水電站復雜運行環境的影響，為提高防雷能力和傳輸可靠性，大黑汀水電站視頻監控系統采用了全光傳輸技術在網絡架構下進行搭建的設計思路，為高清（1080P）IP網絡視頻監控系統。它以全光IP網絡，MPEG4/H.264壓縮技術、千兆網絡交換、流媒體等技術為核心，實現以下功能。

（1）可實現12路960P準高清網絡視頻信號及反向控制信號接入；（2）可實現12路視頻信號接入、回放和存儲；（3）可實現視頻信號壓縮編碼后的網絡接入功能；（4）可實現網絡視頻信號光傳輸；（5）實現12路視頻信號在監控中心的遠程集中監視，實現對大黑汀水電站重點建筑物、機電設備環境及運行情況的安全監控功能；（6）監視水輪機組及附屬設備運行狀態、異常情況，監視低壓配電室及10kV高壓配電室儀器儀表運行狀態、異常情況，監視升壓站、變壓器現場情況、異常情況及工況等。

2　視頻監控系統中的關鍵技術

2.1采用先進的視頻編碼技術

大黑汀水電站視頻監控系統中使用的網絡硬盤錄像機（Network Video Recorder，NVR），是以國際先進的MPEG4/H.264編碼技術為基礎對采集的視頻信號進行壓縮存儲。該編碼技術在本系統中可以針對運動物體（人、運轉的設備）的編碼分配較高的碼率，而對靜止的環境背景分配較少的碼率，這樣就保證了在有限的處理時間和資源的情況下壓縮視頻中被監控目標具有較高的清晰度。

2.2基于全光架構的IP網絡傳輸載體

大黑汀水電站12路視頻終端均為960P規格，其單路碼流帶寬約為4M左右，12路帶寬為48M左右。以100M以太網為例，在確保流暢的前提下，實際上同時只能承載24路左右的高清圖像，但如果同一視頻源有多個用戶訪問，占用的帶寬會更大，再考慮到以后擴充視頻終端數量，100M以太網無疑成為數據傳輸的瓶頸，換成千兆以太網可以承擔幾十路，對于大黑汀水電站這樣十幾路多用戶訪問的高清監控系統，可以有效解決。

同時，以光傳輸網絡技術為主要架構的監控系統在山區水電站監控系統中作為首先還體現在以下技術優勢。

（1）大通信量，適用遠距離傳輸。光纖通信具有很寬的傳輸頻帶，理論上可以達到30億MHz，足可以保證數字高清信號的傳輸帶寬和質量。傳統的同軸電纜及雙絞線根本無法與其比擬。所以在高帶寬的數據傳輸中光傳輸架構成了理想基礎技術。

使用雙絞線傳輸高清信號有效距離不過百米，傳統的同軸電纜傳輸有效距離也不過為幾百米；而用光纖可傳輸幾公里甚至幾十公里遠。對于降低高清信號通信成本、提高可靠性和穩定性具有特別重要的意義。

（2）電站環境下適應性強，抗電磁干擾，無串音干擾。水電站的環境復雜，其正常運行時的高電壓、大電流以及開關操作產生的暫態騷擾等相互作用，構成了復雜的電磁環境，電力系統產生的電磁干擾也更嚴重和復雜，同軸電纜及雙絞線作為高清視頻傳輸媒介在水電站復雜的電磁環境中無法保證圖像的傳輸質量。由于光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化干擾，不受電磁場和電磁輻射的影響，且在光纜內多光纖也無串音干擾，提供了比銅線更清晰的信號。

（3）便于施工維護，可擴展性強。光纖具有抗張強度好，質量小的特點，而且比較小巧，所以光纜能最大限度地擴大配線管道的使用率，并且能夠盡可能地減少安裝問題。通過以下的數字可以分析出光纖的優勢，1 000根1km長的雙絞線重達8 000kg，而容量更大的1km長的兩根光纖的重量只有100kg重，這就極大減少了必須維護的昂貴機械支撐系統的需要，所以光纖要勝過銅線。

以光纖為傳輸介質的系統擴展能力很強，由于光纖的通頻帶很寬，且抗化學腐蝕，使用壽命長。投資一次形成物理鏈路后，即可在原有鏈路的基礎上進行系統升級和擴容，只需更換設備部分，而不必更換原有的光纖網絡，大大地節約系統的升級成本。

2.3基于TCP/IP分布式網絡結構

大黑汀水電站視頻監控系統即采用了基于TCP/IP分布式網絡結構技術，可以讓數據通過局域網網絡進行分發、交換、復用，用戶能隨時隨地進行監控、管理，并且可以讓監控系統與其他系統無縫對接。其網絡拓撲結構如圖1所示。在大黑汀水電站局域網范圍內能夠使多個用戶共用一套中心控制平臺，并通過IP網絡實現視頻監控及視頻圖像的控制、錄像、存儲、回放以及相關的應用管理。同時還引入了許多新的數字化技術成果（如圖像識別技術），彌補了傳統視頻監控系統的不足，提供了增值業務能力，擴展了功能和范圍，提高了系統的性能和智能化。

圖1　大黑汀水電站視頻監控系統網絡拓撲圖

2.4基于先進的視頻服務及控制軟件

大黑汀水電站視頻監控系統采用了海康威視公司的主流監控設備及iVMS-4200網絡視頻監控軟件系統。iVMS-4200適用于嵌入式網絡硬盤錄像機、混合型網絡硬盤錄像機、網絡存儲設備（CVR）、網絡視頻服務器、NVR，IP Camera，IP Dome，PCNVR和解碼設備、云服務設備，支持實時預覽、遠程配置設備參數、錄像存儲、遠程回放和下載、報警信息接收和聯動、電視墻解碼控制、電子地圖、日志查詢等多種功能。

iVMS-4200特別針對大黑汀水電站這類小型系統，還可以將多個組件安裝在同一PC上，進行高度集成；同時能夠實現超級管理員，管理員和操作員三級用戶權限管理和多達50個用戶的賬戶管理，并充分滿足各個系統的權限管理。

3　應用效果

大黑汀水電站全光傳輸視頻監控系統布放如圖2所示。

供電方案采取就近集中供電原則：升壓站2個監控點、渠首電站6個監控點取自渠首電站220V直流經電力逆變器逆變后集中供電；河床電站4個監控點取自河床電站220V直流經電力逆變器逆變后集中供電。

視頻監控中控室設在渠首電站中控室，并在交接班值班室與渠首電站中控室各設一個監控工作站。

在實際運行過程中，大黑汀水電站視頻監控系統運行穩定可靠，易于操作，監控點布置合理，影像清晰；通過遠程視頻監控客戶端軟件，主管領導及運行管理人員可以及時、準確地獲取現場情況，體現了以人為本的運行管理理念，實現了工作人員在遠離惡劣現場環境下（如雷雨、冰雹、風暴等）實現對電站設備及附屬設施現場進行不間斷巡視監控；實現了遠端無人或少人值守的目的，起到了減員增效的作用，同時對大黑汀水庫管理處東渠首小水電的無人值守方案設計起到了借鑒作用。

圖2　大黑汀水電站全光傳輸視頻監控系統布放

4　結語

由于各個水電站對視頻監控系統要求的不同，以上只是針對大黑汀水電站視頻監控系統作了一個簡單的解析，不妥之處敬請讀者批評指正，希望此文能夠在技術方面為其他水電站視頻監控系統起到一定的借鑒作用。

［1］西剎子.智能網絡視頻監控技術詳解與實踐［M］. 北京：清華大學出版社，2010.

［2］周迪.玩轉IP看監控［M］. 北京：電子工業出版社，2015.

Application of video monitoring system

Shi Mingzhong
（Daheiting Reservoir Management Offce of Luanhe Ministry of Water Conservancy， Qianxi 064300， China）

Daheiting hydropower station has the features of wide distribution， more operation of the equipment and so on， in the station of operating personnel in recent years is decreasing year by year， how to ensure the safe and reliable operation of the power station more effectively？ In such demand，Daheiting hydropower station's using video surveillance system as a supplementary means of operation and management of power plant equipment to achieve all-round monitoring of hydropower station's equipment operation management and plant environment is a good choice.

video monitoring system； Daheiting hydropower station； application

石明忠（1979— ），男，河北承德，工程師；研究方向：水利信息工程管理。