變電站同軸電纜高清視頻監控系統

李瑞德　彭志榮　鐘艷珠　張天乙　溫志坤　高國華

摘要：實現舊有變電站視頻監控系統接入南網標準變電站視頻及環境監控系統主站，找到低成本、快速部署、符合現有電站視頻監控系統情況的高清升級改造技術方案，實現變電站視頻監控系統統一管理。文章基于成熟化的同軸電纜傳輸高清視頻技術，利用系統原有線纜，只需更換前后端設備即可實現圖像視頻的高清化、系統智能化、系統標準化。

關鍵詞：變電站；同軸電纜；高清化；視頻監控系統；系統使用率 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM72 文章編號：1009-2374（2017）11-0031-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.016

1 背景技術

江門供電局變電站視頻及環境監控系統主站已經建設完成6年，該主站按照南方電網變電站視頻及環境監控系統技術規范標準建設，后續變電站視頻及環境監控系統建設都需要按照南網標準建設，但是該局原有建設的變電站視頻監控系統中大部分還不具備接入基于南網標準建設變電站視頻及環境監控系統主站能力。主要原因是原有的變電站視頻監控系統建設時間早，采用模擬視頻技術，同軸電纜傳輸（主要采用：SYV75-3或SYV75-5同軸電纜）；舊有的變電站視頻監控系統設備很多已經出現故障，需要維修更換，安裝舊有設備的情況維修更換還是無法接入新的變電站視頻及環境監控系統，原有系統建設前端攝像機大部分采用CIF、D1清晰度建設，隨著視頻監控技術的不斷發展，高清化、智能化已經成為趨勢，按照南網規范標準改造變電站視頻監控系統需要的周期會很長，并且建設成本高。本發明是在基于同軸電纜傳輸的高清視頻技術上開發一個裝置，實現舊有變電站視頻監控系統接入南網標準變電站視頻及環境監控系統主站，找到低成本、快速部署、符合現有電站視頻監控系統情況的高清升級改造技術方案，實現變電站視頻監控系統統一管理，為更好地服務于南方電網。本次發明基于成熟化的同軸電纜傳輸高清視頻技術，利用系統原有線纜，不改變系統結構，只需更換前后端設備即可實現圖像視頻的高清化、系統智能化、系統標準化。現有系統結構如圖1所示：

2 視頻監控系統的技術改進

通過接入同軸電纜傳輸高清視頻技術，實現復用已有模擬系統同軸電纜的，在不改變原有同軸電纜線路以及監控點位數量的情況下，可以將系統從標清升級為高清，將原有系統中的攝像機的清晰度由原來的CIF、D1提升至1080P，具有“超距高清、便捷部署、低成本”等特點。前端攝像機更換為同軸高清攝像機，通過同軸電纜將視音頻信號和控制信號，匯聚到編碼存儲設備；舊有的編碼存儲設備，需要替換為同軸高清硬盤錄像機；距離大于500m的前端點位，一般會使用光纖進行傳輸，因此線路上可以復用原有的光纖傳輸鏈路，只需將光端機替換為同軸高清光端機，即可實現監控信號的傳輸；距離小于500m的監控點位，使用原有的同軸電纜即可實現監控信號的傳輸；由于同軸高清技術可以實現信號的復合傳輸，包括視頻信息、音頻信號、報警信號、控制信號，因此音頻、報警等信號可以直接接入到前端攝像機上而不需要單獨拉線纜進行傳輸，降低了成本和施工復雜度。同軸高清技術具有視頻信號無損、信號傳輸無延時、多種信號共纜傳輸（包括視頻、音頻、報警、控制）等特點，利用以上特點可以在系統升級改造時實現對原有系統優化，比如：原有系統中某個攝像機采用固定攝像機，現在已經不能滿足使用需求，需要更換為云臺攝像機，現場還需增加報警設備、音頻數據，原有系統需要新敷設控制線、報警信號線、音頻線各一條，將原有固定攝像機更換為云臺攝像機，增加報警設備、音頻采集設備，同軸高清技術無需以上線纜，只需更換前端攝像機，增加報警設備、音頻采集設備，利用原有同軸電纜即可將所有信號上傳、攝像機控制等，并且攝像機可以升級成為高清1080P視頻。通過對后端同軸高清硬盤錄像機的上傳信號進行重新編碼，使之信號符合南方電網變電站視頻及環境監控協議規定要求，使得原有變電站視頻監控系統得以上傳至主站，實現統一管理、統一調度、統一控制等，改變原有變電站視頻監控系統獨立運行的問題，提高系統使用率。系統連接圖如圖2所示：

3 項目采用的技術原理

第一，基于南方電網變電站及視頻監控系統協議標準開發一個具有三種類型信號（模擬、同軸高清、網絡）前端攝像機接入的后端控制主機，使得該設備具有較好的通用性、擴展性、延續性。

第二，高清同軸攝像機在調制方面采用基帶調制與正交調幅調制技術，將視頻調制為模擬電信號再進行傳輸，即高清復合視頻接口。該技術避免CVBS的色度串擾現象，將亮度和色度信號進行徹底分離，進一步提升畫面品質。

第三，高清同軸攝像機實現多信號共纜傳輸，在消隱區中同時嵌入了音頻信號與雙向數據通信信號。音頻信號復合于行消隱中，以增加與視頻信號的同步性，并通過自動補償技術，最高支持44.1kHz采樣率。正向和反向數據信道復合于幀消隱中，通過雙向傳輸控制信號，實現接收端和發送端之間傳輸信息，支持如相機變焦、云臺轉動、實時報警等控制命令。其中正向發送數據由于發送時刻和電信號波特率可預測，且接收端具備高性能的自動補償技術，可以支持較高的傳輸波特率。而反向發送數據由于存在阻抗匹配和信道傳輸不確定性的影響因素，信號頻率較低且每次發送的數據量有限，因此支持的波特率較低。當然，反向信道也采用了自動補償技術，對電信號的遠距離傳輸信號進行一定的恢復。

第四，圖像的品質、記錄的保存、系統的安全性是數字監控系統三大要素，在記錄保存方面使用了硬盤錄像技術，具有以下特點：（1）多路實時性：系統用實時并行處理技術，每路信號均可獨立操作互不干擾；（2）長時間錄像存儲：在保證圖像清晰度和實時性的前提出下，提高了錄像效率，支持長時錄像；（3）智能錄像管理：可按時間等設置參數對錄像進行管理；（4）精細查詢、回放功能：用戶可根據攝像槍編號、時間段、事件等條件準確快速查找到所需要的錄像文件并回放?；胤艜r可隨意快進、慢放、逐幀、逐秒、重復等方式，圖像可以全屏放大；（5）高效成熟的壓縮算法：系統采用壓縮比大、實時性較強的壓縮方式，減少存貯的介質。

4 改進技術的效果

（1）線路復用。最大化地復用原有傳輸鏈路，包括同軸電纜、電源供給等；（2）超距傳輸。傳輸距離在500m以內時，無需光端機等中繼設備；（3）架構不變。盡量不改變現有監控系統體系，利用原有的業務系統；（4）信號復合傳輸。在同軸電纜上，可以傳輸視頻、音頻、控制信號，實現音視頻同步采集、終端控制、語音對講等功能，因此在施工時可以減少布線；（5）施工便捷。工程施工上，主要是替換前端攝像機和存儲設備，施工技術門檻低，符合傳統的施工方式；（6）經驗復用。工程設計上，可以采用原有的設計方案；施工上，工人無需培訓，直接復用模擬系統的建設施工經驗；系統的使用上，原有業務人員日常工作無差異；系統維護上，業務經驗和行政管理安排無需變更；（7）高性價比。充分考慮改造成本、運維成本等，投資收益最大化；（8）實現原有變電站視頻監控系統得以上傳至南方電網協議的變電站視頻及環境監控系統主站，實現統一管理、統一調度、統一控制。

5 技術關鍵點及創新點

5.1 技術關鍵點

（1）三混合信號站端控制主機南網協議開發；（2）同軸電纜高清視頻遠距離傳輸調制技術；（3）高清視頻信號補償技術；（4）多種信號共纜傳輸。

5.2 創新點

（1）即有模擬變電站視頻監控系統具備接入南網標準的變電站視頻及環境監控系統主站；（2）利用同軸電纜實現變電站視頻監控系統的低成本高清升級改造，同時改造周期短，實現系統快速部署（3）模擬高清調制技術，實現高清視頻無損、無延時傳輸，即使是通過網線傳輸仍然能夠保證圖像質量；（4）信號復合傳輸，在同軸電纜或者雙絞線上均可以傳輸視頻、音頻、控制信號，實現音視頻同步采集、終端控制、語音對講等功能；（5）線路復用，最大化地利用原有傳輸鏈路，包括同軸電纜、電源供給等；（6）利舊采用已敷設的同軸線纜，最小成本傳輸高清畫面，同時可傳輸音頻、控制、報警信號，并支持南網協議，兼容現有主站平臺。

6 結語

目前系統內變電站還有很多既有的模擬信號傳輸的變電站視頻監控系統，該部分系統很多變電站視頻監控設備及敷設線纜還未到年限，現有的改造方案是需要將原有的所有設備及線纜都進行更換，系統改造成本高、周期長；采用同軸電纜方式改造，利用原有的線纜，即有系統的攝像機無故障的部分還可以繼續使用，故障的部分采用更換同軸高清攝像機即可，無需更換重復敷設電纜，實現高清視頻監控。綜合以上考慮，同軸高清編碼南網協議具有廣闊的市場前景。

參考文獻

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作者簡介：李瑞德（1984-），男，廣東江門人，廣東電網有限責任公司江門供電局工程師，研究生，研究方向：電力通信運維管理。

（責任編輯：黃銀芳）