高清網(wǎng)絡(luò)工業(yè)電視在萬安水電廠技改中的應(yīng)用

吳元

（國電萬安水力發(fā)電廠，江西 萬安 343800）

高清網(wǎng)絡(luò)工業(yè)電視在萬安水電廠技改中的應(yīng)用

吳元

（國電萬安水力發(fā)電廠，江西 萬安 343800）

我廠工業(yè)電視系統(tǒng)由原來采用480TVLINES、模擬信號、同軸線纜傳輸升級改造為250萬像素/300萬像素、數(shù)字信號、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，因安裝場所分散、施工人員數(shù)量少、施工難度大等客觀原因，必然有一個逐步替代的過程。本文從多個層面介紹了針對工業(yè)電視現(xiàn)狀進(jìn)行全數(shù)字高清網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)升級改進(jìn)的過程。

工業(yè)電視系統(tǒng)；數(shù)字網(wǎng)絡(luò)；高清；技術(shù)升級

0 引言

1 原工業(yè)電視系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

萬安水電廠為河床式廠房，以發(fā)電為主，兼有防洪、航運、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益，現(xiàn)裝有5臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為533 MW（4× 105+1×113），是江西省最大的水電廠。該廠原工業(yè)電視系統(tǒng)投運已有10余年，此系統(tǒng)共設(shè)全廠主廠房30個監(jiān)測點，各路攝像頭均采用同軸電纜傳輸視頻信號，DVR硬盤錄像機匯聚接入方式。通過安裝于中控室主控臺上的主機和顯示器，進(jìn)入主機內(nèi)安裝的“貓王”MV50軟件進(jìn)行視頻畫面的實時監(jiān)控和操作控制。

原有的工業(yè)電視系統(tǒng)由前端30個標(biāo)清攝像機和1臺硬盤錄像機，1臺視頻服務(wù)器，1臺監(jiān)控客戶主機，2臺監(jiān)控視頻顯示器以及傳輸介質(zhì)（同軸線纜）組成。由于攝像機性能有限，加上同軸電纜只適合于近距離傳輸圖象信號，當(dāng)傳輸距離達(dá)到200 m左右時，圖象質(zhì)量明顯下降，色彩變得暗淡，有失真感。加上沒有紅外功能，一旦設(shè)備照明電源丟失，或者采光較弱的情況下就會出現(xiàn)圖像全黑；部分安裝位置如滲漏井口、頂蓋口由于環(huán)境潮濕，攝像頭電源回路經(jīng)常出現(xiàn)接地短路的情況。另外，DVR硬盤錄像機硬件配置太低，在存儲錄像過程中易出現(xiàn)死機、顯示器無畫面等情況。綜上原因，此套工業(yè)電視系統(tǒng)使用至今，基本無法滿足當(dāng)前的監(jiān)控需求。

2 電廠工業(yè)電視系統(tǒng)需求分析

工業(yè)電視系統(tǒng)能成為一套獨立的全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并對全廠有需要的部位設(shè)置監(jiān)控點，實施24 h不間斷實時監(jiān)控。對于有異于監(jiān)控區(qū)域設(shè)置要求的任何移動物體提供實時監(jiān)視、報警及異常圖像數(shù)據(jù)存儲。

2.1 工業(yè)電視系統(tǒng)性能要求

系統(tǒng)應(yīng)建設(shè)數(shù)字化監(jiān)控中心，全部監(jiān)控點通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸至軟件平臺進(jìn)行統(tǒng)一管理，能實現(xiàn)200～300萬像素的高清晰圖像質(zhì)量，并隨著時間推移圖像信號不會發(fā)生較明顯的衰減，系統(tǒng)控制中心能對所有監(jiān)控區(qū)域的視頻信號進(jìn)行分析，可根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置需求對異常情況進(jìn)行自動存儲，并提供至少90 d以上的錄像存儲時間。所有監(jiān)控點攝像頭具有紅外功能，在沒有照明光源情況下仍然有清晰圖像顯示。另外，畫面索取、畫面放大、實時錄像、錄像下載、刪除、編輯等應(yīng)方便、直觀。

2.2 工業(yè)電視系統(tǒng)其他要求

允許圖像監(jiān)控主機對各監(jiān)控點進(jìn)行動態(tài)控制。戶外安裝的攝像機應(yīng)具有防風(fēng)防雨防潮防雷擊功能，廠房內(nèi)攝像機應(yīng)具備防電磁干擾、防潮、防振等功能；所傳輸信號應(yīng)嚴(yán)格保證傳輸?shù)膶崟r性和精確性；建成的工業(yè)電視系統(tǒng)具備高可管理性、高可擴展性、易維護(hù)易升級。

工業(yè)電視的視頻圖像可以接入廠辦公MIS網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)與辦公內(nèi)網(wǎng)之間互聯(lián)，使得在廠區(qū)任何辦公地點都能通過網(wǎng)絡(luò)IP調(diào)閱到任一監(jiān)測點畫面。

本工程裂化總投資需2.92萬，戶均改造價為69元；（優(yōu)勢：投資較低；劣勢：PON口、上行光纜增加較多，對機房空間要求較高，且用戶EPON終端達(dá)不到提100M以上要求，面臨后期再次改造）

3 萬安水電廠高清工業(yè)電視系統(tǒng)的實施方案

工業(yè)電視系統(tǒng)由前端硬件設(shè)備、主站系統(tǒng)和監(jiān)控端構(gòu)成。前端硬件設(shè)備包括網(wǎng)絡(luò)高清攝像機、交換機、光纖收發(fā)器、光纖融接盒等；主站系統(tǒng)包括光纖融接盒、光電轉(zhuǎn)換器、交換機、路由器、管理服務(wù)器和存儲服務(wù)器，以及存錄像數(shù)據(jù)的存儲磁盤陣列等；監(jiān)控端則由安裝有一套監(jiān)控軟件的兩臺客戶端主機和2臺37寸大屏幕LED顯示器組成。全廠主廠房共設(shè)置安裝了42個監(jiān)測點，較原工業(yè)電視系統(tǒng)增設(shè)12個監(jiān)測點。全廠工業(yè)電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 全廠工業(yè)電視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，將全廠42個監(jiān)控點均采用300萬紅外高清數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機拍攝彩色高清視頻信號，通過雙絞線分別接入12個端子箱的交換機內(nèi)（每個端子箱內(nèi)有2～7個信號接入），再經(jīng)光纖收發(fā)器轉(zhuǎn)換成光信號通過光纖線纜傳輸至視頻信號主匯點箱內(nèi)，匯集成單根光纜信號傳輸至機房的光纖融接盒內(nèi)，集中的點再通過POPE光交換設(shè)備接入管理服務(wù)器和存儲服務(wù)器，并通過裝有IVMS集中監(jiān)控客戶端軟件的2臺主機+37寸大屏幕LED液晶顯示器進(jìn)行視頻信號的顯示和操控。

廠房操作樓、壩頂出線監(jiān)控點和發(fā)電機層監(jiān)控點3信號直接接入機房交換機，進(jìn)入管理服務(wù)器內(nèi)。對于所裝設(shè)的9個球機測點均可以對攝像頭進(jìn)行控制，并通過安裝于二樓機房內(nèi)的存儲服務(wù)器對視頻信號進(jìn)行集中存儲。保證42個點位攝像頭全開，保存不少于90 d的存儲量。

3.1 工業(yè)電視系統(tǒng)前端信號處理

前端各單元區(qū)域可以實現(xiàn)視頻圖像的高清度遠(yuǎn)傳。具體方案如下：

（1）新安裝攝像機。新安裝攝像機全部是WEB網(wǎng)絡(luò)接口高清數(shù)字?jǐn)z像機，近距離內(nèi)（一般不超過200 m）將信號傳送至交換機，由交換機接入光電收發(fā)器，再經(jīng)光纖將視頻信號進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。

（2）所選用的傳送介質(zhì)。原工業(yè)電視系統(tǒng)因技術(shù)條件所限，從攝像機到服務(wù)器采用同軸電纜傳送視頻信號，超過一定距離后信號衰減歷害，所獲信號顯示失真。現(xiàn)采用多模光纖作為視頻信號傳送介質(zhì)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離無損信號傳輸。以I單元區(qū)域視頻信號為例，信號傳輸流程如圖2所示。

圖2 子區(qū)域視頻信號傳輸流程圖

3.2 工業(yè)電視系統(tǒng)各主要模塊功能

客戶端的計算機可以在遠(yuǎn)端實現(xiàn)對前端信號的監(jiān)視和控制，等級不同的用戶控制權(quán)限不同。以下為各主要模塊的功能介紹：

（1）視頻信號主匯點。安裝于3號機電纜廊道，起多路信號匯聚整理轉(zhuǎn)換再傳送的作用。可接收已分成12路光纖信號的42個監(jiān)控點視頻，集中融接于終端盒，由跳線經(jīng)12個光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為相同路數(shù)字信號后接入兩個六口交換機，集中輸出兩路數(shù)字信號后經(jīng)兩個光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成光信號，最后通過單根多模光纖線纜傳輸至機房網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)。

（2）存儲服務(wù)器。支持快速的音視頻資料檢索和回放、定位、應(yīng)急錄像和錄像下載等操作，同時，能管理存儲空間，比如，信號告警、壓縮存儲等等。可通過WEB網(wǎng)頁形式，地址欄輸入IP 192.168.10.253后使用登錄帳號和密碼進(jìn)行訪問。

（3）管理服務(wù)器。實現(xiàn)設(shè)備管理、用戶管理、權(quán)限管理、視頻資料保存策略管理、應(yīng)急預(yù)案管理、系統(tǒng)運行日志管理等管理功能。可通過遠(yuǎn)程IP 192.168.10.254登錄服務(wù)器，使用平臺服務(wù)器帳號和密碼對服務(wù)器進(jìn)行管理，包括客服端軟件安裝和視頻及環(huán)境綜合監(jiān)控管理等等。

系統(tǒng)可以直接連接到網(wǎng)絡(luò)柜交換機，實現(xiàn)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)攝像機（含網(wǎng)絡(luò)高速球機）采集的視頻圖像在網(wǎng)絡(luò)攝像機內(nèi)完成視頻壓縮，通過超五類網(wǎng)線接入監(jiān)控專網(wǎng)，直接輸出IP碼流（包含視頻、音頻、控制和報警等），碼流信號經(jīng)過IP專網(wǎng)上傳至軟件平臺，可以在監(jiān)控平臺產(chǎn)生一系列的聯(lián)動功能，比如：自動彈出現(xiàn)場圖像、電子地圖對應(yīng)報警點和監(jiān)控點圖標(biāo)閃爍等。

3.3 辦公內(nèi)網(wǎng)（MIS系統(tǒng)）的接入

廠辦公內(nèi)網(wǎng)（MIS系統(tǒng)）可以接入工業(yè)電視的視頻圖像。具體實現(xiàn)方案為：工業(yè)電視系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通過路由器與廠MIS平臺的100 Mb網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)，并且給工業(yè)電視系統(tǒng)配備專用IP 10.234.52.250實現(xiàn)相互訪問，廠區(qū)辦公內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的客戶端可以通過WEB網(wǎng)頁訪問IP進(jìn)入工業(yè)電視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。接好后全廠新工業(yè)電視系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 新工業(yè)電視系統(tǒng)拓?fù)鋱D

4 結(jié)束語

萬安水電廠工業(yè)電視系統(tǒng)技術(shù)升級后運行原理更加簡單明了，250萬像素/300萬像素的前端攝像機完全滿足了看清楚開關(guān)/刀閘狀態(tài)指示、油壓和水位指標(biāo)等要求，從此告別了“近視眼”“老花眼”的情況。視頻分配器、硬盤錄像機和同軸電纜等設(shè)備介質(zhì)被管理服務(wù)器、存儲服務(wù)器和光纖線纜所取代，使得傳輸速率得以大幅提高，確保了視頻信號的高品質(zhì)和穩(wěn)定性。

在“網(wǎng)絡(luò)融合”環(huán)境下，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸使得工業(yè)電視網(wǎng)絡(luò)、辦公內(nèi)網(wǎng)之間互聯(lián)成為可能。新系統(tǒng)將工業(yè)電視信號引入辦公內(nèi)網(wǎng)（如廠內(nèi)的MIS系統(tǒng)），使得在廠區(qū)范圍內(nèi)，無論是辦公樓、廠房操作樓、生產(chǎn)車間辦公室，只要有需要，通過網(wǎng)絡(luò)立刻就能登錄系統(tǒng)看到生產(chǎn)區(qū)域的畫面，為企業(yè)決策者提供了方便。

［1］李金伴，李捷輝.工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)教程［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］陳相寧.網(wǎng)絡(luò)通信原理［M］.北京：科學(xué)出版社，2014.

［3］GA/T 367-2001視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.

［4］GB/T 28181-2011安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求［S］.

TV737

B

1672-5387（2016）10-0034-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.010

2016-05-26

吳 元（1986-），男，工程師，從事水電廠電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。