分布式輸電線路在線監測視頻管控平臺架構研究

程偉華++袁杰++潘留興

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.09.008

摘 要： 結合輸電線路在線監測的業務功能需求，提出了一種新的基于網絡級聯的分布式視頻管控平臺模型，創新性的引入兩層級聯管控體系。低層面向普通視頻管控應用用戶，提供基本管理功能；高層面向公司決策人員，提供數據多維分析和挖掘功能。該系統能夠充分利用網絡和數據資源，提高監控和管理能力，并實現統一的管理和控制，為更高效地實現遠程綜合監控與分析提供了技術保障。文章著重研究了系統的架構設計。

關鍵詞： 網絡級聯； 視頻管控平臺； 輸電線路在線監測； 分布式

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）09-29-04

0 引言

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，針對設備現場的視頻監控技術的發展和應用十分迅速。現在的綜合視頻在線監測平臺已越來越多的將視頻監控、環境數據、設備數據等多方面的數據納入監控范圍，這對監測平臺提出了更高要求，不僅限于對設備和現場的監視和控制，還要求把現場信息和管理信息結合起來，建立一套全集成的、開放的、綜合自動化的信息平臺。輸電線路視頻在線監測技術可通過無線網絡傳輸方式實現線路設備狀況的遠距離全天候監控，運行人員在監控中心就能觀察到線路監控點的圖像和實時視頻，為可能的故障預處理提供依據，確保路線設備的安全運行。國網為此專門出臺了《電網視頻監控系統及接口》、《輸電線路在線監測裝置通用技術規范》等相關標準，以指導輸電線路在線監測和視頻監控的實施工作。

本文結合輸電線路在線監測的業務功能需求，創新性的提出了一種新的級聯視頻管控平臺模型，能面向不同層次的用戶提供多粒度的服務。針對普通基層管理人員，提供視頻監控功能和基本的數據分析功能；針對高層管理人員，提供多維數據分析和數據挖掘功能，輔助其進行決策。與其他視頻管控平臺不同之處在于，本平臺級聯的目的是宏觀數據分析，而不是構造容量更大的普通視頻監控平臺。同時，針對輸電線路設備分布較廣且分散的實際情況，本系統提出了采用分布式管理的模式，實現了數據與設備共享，具有通信能力強，靈活性好，性價比高等特點。

1 在線監測視頻管控平臺概述

本文根據輸電線路現存的問題，結合在線監測業務的功能需求，有針對性的提出了相應的改進方法，在體系設計層面、功能設置層面和技術應用層面均有所體現。本文提出的分布式架構能夠實時的監控輸電線路的運行狀況，及時發現和處理輸電線路的異常和事故，快速地傳輸和處理數據，并根據電網企業不同的用戶群提供不同的數據管理功能。

1.1 視頻管控平臺的分布式架構部署

輸電線路由于處于不同的環境中，易受外部環境，如地理和氣候的影響，這是引起電網出現故障的主要原因之一。為了及時發現和了解設備故障，使用在線視頻管控平臺對輸電路線設備進行全天候觀察十分重要。由于輸電線路設備數量多且分布范圍廣，視頻管控平臺所需記錄和傳輸的數據量龐大。為了加快數據采集、傳輸和處理的速度，文中創新性地提出了一種分布式視頻管控平臺模型。系統采用兩層部署，分別為基層主站和中心主站。基層主站部署在地市級分公司，鏈接所有攝像頭，管理視頻所采集的數據，對本地資源進行管理，向用戶和中心主站傳輸數據。中心主站接收基層主站傳送的數據，并對數據進行分析、處理，將數據的處理結果轉化為圖像、表格等簡潔可視化的形式提供給電網企業相關用戶供其參考決策。

1.2 視頻管控平臺的兩層聯級管控功能配置

針對電網企業不同的用戶群，為方便各職人員獲取和管理數據，將用戶分為兩大類，一是基層普通用戶，二是高層決策用戶。向普通用戶提供基本的數據管理和查看功能，主要有通導設備維護、系統維護、通道視頻查看、外破報警記錄維護、事件維護等；而向高層決策用戶提供數據的多維分析、關聯挖掘、分類和聚類、數據統計等功能，主要有報表統計、外破規律挖掘、應用配置管理等。同時，專門設計了聯級分析處理系統，為決策和管理人員提供了決策支持。聯級分析處理系統可以根據分析人員的要求進行大數據的復雜查詢處理，將數據的價值利用到最高，并以直觀可視化的形式將結果提供給決策人員，方便他們掌握企業的經營狀況，制定合理的方案及對策。

本文提出的在線監控視頻管控平臺利用了先進的視頻技術、網絡傳輸技術、數據挖掘技術和網絡安全技術，實現了輸電線路的全方位管控，提高了對輸電線路的監測、分析、處理以及控制能力。一方面使得電網運行管理人員掌握大部分路線危險點的運行情況；另一方面為決策管理者提供實時有效的數據，這對預防突發事故、改善決策處理方案具有重要意義。

2 視頻管控平臺主站的體系設計

2.1 總體功能架構設計

系統采用分布式交構部署，根據實際需要采用兩層部署[1]。主站分為基層主站和中心主站。基層主站部署在地市級分公司，連接該地市所有攝像頭；而中心主站部署在總公司，它連接所有基層主站[2]。基層主站主要功能是對前端和本地所有資源進行管理，為用戶提供服務以及為中心主站提供數據[3]；而中心主站則對數據進行分析和挖掘，并以可視化的形式提供給決策管理人員，圖1是基層主站的總體架構圖。

在基層主站中，主站分為適配層和服務層兩個子層。適配層的數據收發接口可以向前端桿塔設備發送命令，也可以從前端接收數據[4]。數據解析與轉換模塊用于對收到的數據進行解析并轉換成內部標準格式，轉換后數據經由數據分發模塊進行分發[5]。服務層包括屬于中心服務的設備管理、系統管理、事件管理和統一服務管理以及存儲和流媒體服務。主站為上層應用提供服務。

中心主站分層結構與基層主站類似，但其中所含模塊不同。適配層進行數據接收和轉發，后臺服務包括應用服務、數據轉換、裝載服務、數據倉庫引擎以及數據挖掘引擎。服務上層是應用層。

2.2 視頻主站功能模塊

2.2.1 基層主站功能說明

視頻主站是網絡級聯監控系統中的核心部分。它與客戶端、前端都有很多交互，來完成整個監控系統的任務[6]。基層主站從功能劃分上由應用功能、服務功能和適配功能三部分組成。具體功能架構如圖2所示。

適配功能用于使用各種接口和前端設備進行交互，包括對前端設備進行操作或從前端設備獲取數據，另外還包括數據解析、轉換和分發。和設備的交互具體包括設備注冊、心跳偵測、前端資源上報、前端資源獲取、報警信息主動問詢、報警信息主動問詢、報警信息被動接收、視頻調閱、云鏡控制等。

服務功能包括事件管理、系統管理、設備管理、統一服務管理、流媒體服務單元和存儲服務單元等功能模塊。

應用功能體現在客戶端用戶界面，用于實現業務瀏覽、視頻查看與控制、報警管理、應用配置以及統計分析等功能[7]。

2.2.2 中心主站功能

中心主站主要偏向數據倉庫管理，對積累的大量歷史報警記錄進行多維分析，如上卷、下鉆等。功能劃分有數據應用功能、服務功能和適配器功能，如圖3所示。

數據應用功能體現在客戶端用戶界面，用于實現報表統計，外破規律挖掘，應用配置管理等功能。

中心服務功是連接客戶端應用請求和數據倉庫引擎的樞紐，將下級主站送來的報警記錄轉換成數據倉庫數據模型要求的數據格式，轉換后的數據裝載/保存到數據倉庫模型中，接著對數據倉庫模型進行多維度分析，使用分類、聚類、關聯關系挖掘等方法對數據進行處理。

適配器端口偵聽下級主站，接收下級主站上傳的報警信息，然后將數據轉發給數據轉換服務。各級用戶人機界面向應用服務器發起鏈接請求，根據用戶請求的內容和要求分發指令，對數據進行分析或對系統進行管理。

2.3 主站技術架構

2.3.1 基層主站技術架構

從技術架構來分，整個系統結構分為三個部分，即感知層、網絡層和應用層，如圖4所示。

感知層實時監控視頻、現場告警圖片、告警信息以及前端設備各類信息等，使用信息采集中間件技術協同處理，使用數據傳輸技術傳送到后端中心主站服務器。

網絡層主要使用運營商3G/4G APN技術對采集的數據進行封裝傳輸，安全性和傳輸網絡信號由運營商保證[8]。

應用層由兩個部分組成，應用支撐層用來接收、處理各個應用的請求，應用服務器協同這些信號請求、流媒體服務器、存儲服務器、管理服務器、轉發服務器，完成各項功能。

采集的數據可應用于各種場合，如實時線路巡檢、歷史告警記錄查詢、歸并于綜合管控平臺，結合其他系統監測數據進行大數據分析等等[9]。

2.3.2 中心主站技術架構

從技術架構來分，整個系統結構分為兩個部分，即網絡層和應用層。

系統網絡層主要使用運營商4G移動通訊技術或光纖對采集的數據進行封裝傳輸，無線傳輸時安全性和傳輸網絡信號由運營商保證。

應用層由兩個部分組成，應用支撐層用來接收、處理各個應用的請求，應用服務器協同這些信號請求，完成各項功能。而數據倉庫服務器用于對下級主站來的數據進行轉換、裝載和多維數據分析。

2.4 主站OLAP模型架構

主站OLAP架構模型如圖5所示，報警記錄作為事實表，包括設施信息、報警類型、報警時間信息以及報警次數信息，分別對應設施維表，報警類型維表和報警時間維表等。設施維表中包括線路，桿塔名，電壓等級等；位置維表包括的縣區、地市和省信息；時間維表包括時間、年、季度、月、周中日、日等不同層次粒度的時間信息。

用戶可以對報警數據在時間維、類型維、設施維、位置維等四個維度上進行上卷、下鉆、切片和切塊，從而從各個不同的角度和粒度對數據進行全方位分析，使數據的價值達到最大化。

3 結束語

本文提出了級聯輸電線路在線監測視頻監控平臺的技術架構和部署方案，使得監測人員能迅速發現輸電線路的故障隱患，提高了巡檢效率，保障輸電路線安全。本系統的基層主站在錦蘇線輸電線路在線監測中得到應用和驗證，中心主站也正在建設之中。應用表明，本系統適應性強，整個在線監測視頻管控平臺更具有適用性和魯棒性，廣泛適用于各種輸電線路的視頻在線監測場合。

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