變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實用化應(yīng)用研究

陳皓++鄧應(yīng)松

摘 要：目前變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)得到全面推廣，然而在系統(tǒng)運行維護過程中，由于接入站點、設(shè)備數(shù)量逐步增多，巡檢工作需要耗費大量人工，并且其應(yīng)用情況僅停留在基本的輔助監(jiān)視水平，無法有效滿足智能變電站精細化巡檢、全方位減輕維護難度的要求。文章針對變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)存在的局限性，闡述了系統(tǒng)在實用化應(yīng)用中對工程化配置、可視化聯(lián)動及智能巡檢功能的應(yīng)用原理，大大減少了系統(tǒng)運維工作量，提升了系統(tǒng)的可靠性和實用性。

關(guān)鍵詞：變電站；監(jiān)控；視頻聯(lián)動；智能巡檢

變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是指利用計算機技術(shù)、音視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實現(xiàn)變電站視頻信息、環(huán)境信息的采集和應(yīng)用。該系統(tǒng)作為電網(wǎng)生產(chǎn)輔助監(jiān)視、現(xiàn)場工作行為監(jiān)督、事故及故障輔助分析、應(yīng)急指揮及演練、反事故演習(xí)、安全警衛(wèi)、各類專項檢查等功能的重要技術(shù)手段[1-6]，其建設(shè)意義及作用十分重大。但在該系統(tǒng)當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其在輔助電網(wǎng)生產(chǎn)、智能化應(yīng)用以及系統(tǒng)運維便利性等方面的作用還未得到充分體現(xiàn)。對此，需要對產(chǎn)生這些問題的原因進行分析，進一步加強工程化配置，提升計算機視覺、機器學(xué)習(xí)、智能巡檢等信息化先進技術(shù)的應(yīng)用，找出相關(guān)對應(yīng)措施，從而更好地促進本系統(tǒng)的實用化水平。

1 實用化應(yīng)用需求

變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)以來，已實現(xiàn)對站內(nèi)設(shè)備運行工況遠程監(jiān)控、現(xiàn)場工作行為遠程監(jiān)督，生產(chǎn)人員及各級領(lǐng)導(dǎo)在借助本系統(tǒng)對變電站的設(shè)備運行情況和現(xiàn)場工作人員工作行為規(guī)范進行實時的視頻和場景監(jiān)視的同時，相關(guān)安全督查人員可利用本系統(tǒng)對現(xiàn)場事故的歷史錄像及告警事件調(diào)查取證。但在前期系統(tǒng)使用過程中，維護視圖監(jiān)控視圖命名、攝像機預(yù)置位命名及選點、告警聯(lián)動規(guī)則等沒有科學(xué)合理的配置管理，沒有對現(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備進行有效監(jiān)控，從而無法滿足智能變電站監(jiān)測的要求。根據(jù)系統(tǒng)工程化指導(dǎo)方案對系統(tǒng)配置的同時，如能結(jié)合智能巡檢分析技術(shù)，不僅可以提高系統(tǒng)的監(jiān)測和取證的準確率，還能大大減輕運行人員的工作負擔(dān)，使本系統(tǒng)的實用性得到進一步提升[7-9]。

從當(dāng)前變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況分析可知：目前系統(tǒng)主要的矛盾在于系統(tǒng)未能有效快捷地提供運行人員所需的日常巡檢信息，矛盾產(chǎn)生的原因有如下幾點。

（1）各廠家系統(tǒng)界面各異，多數(shù)界面友好度欠缺，操作不夠簡潔便利（例如攝像機遠程安防監(jiān)控器材概念（Pan/Tilt/Zoom ，PTZ）云臺控制），在全局場景中定焦目標對象操作較為麻煩，巡檢對象與目標對象很難進行對應(yīng)。

（2） 對于站內(nèi)告警事件的處理，本系統(tǒng)沒有對遙信、遙測及遙控信號進行視頻聯(lián)動，沒有實現(xiàn)站內(nèi)系統(tǒng)一體化、可視化遠程操控。

（3）系統(tǒng)關(guān)注設(shè)備運行工況的同時，缺乏對系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能（例如：攝像機PTZ云臺控制、攝像機錄像存儲及點播）可用情況智能監(jiān)測功能。面對大量的監(jiān)控點信息，采用傳統(tǒng)手工作業(yè)方式逐一驗證關(guān)鍵業(yè)務(wù)運行工況為運維人員帶來巨大的工作量，并且巡檢結(jié)果的準確性和完整性也無法得到有效保障。

針對以上問題，本文對變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提出了初步的優(yōu)化設(shè)計、全面升級和實用化應(yīng)用技術(shù)方案，從而逐步完善相關(guān)功能。

2 系統(tǒng)實用化應(yīng)用技術(shù)

2.1 攝像機預(yù)置位工程化配置

針對目前系統(tǒng)界面不直觀、攝像機云臺操作欠簡潔便利問題，利用系統(tǒng)攝像機預(yù)置位功能，根據(jù)站內(nèi)運行人員日常巡檢目標對象，開展攝像機工程化預(yù)置位的配置實施工作。使得運行人員在日常巡檢中能夠快速準確地監(jiān)視關(guān)鍵設(shè)備，從而省去了查找監(jiān)控設(shè)備、手動變焦、聚焦的復(fù)雜過程。

攝像機預(yù)置位命名以監(jiān)控場景（包括設(shè)備、區(qū)域）作為對象，若監(jiān)控某設(shè)備，命名為“XX間隔或XX室/設(shè)備名[/方位（上、下、左、右、東、南、西、北及其組合）或讀數(shù)]”，其中方位或讀數(shù)根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)置，如“#1主變間隔/#1主變/油表”“第一串#1主變變高5103開關(guān)間隔/5103開關(guān)”。若監(jiān)控某區(qū)域，命名為“區(qū)域/方位（上、下、左、右、東、南、西、北及其組合）”，如“第一串#1主變變高5103開關(guān)間隔/東南”“主控室/北”。

預(yù)置位選點要求充分利用現(xiàn)有攝像機，實現(xiàn)全局設(shè)備（尤其是一次設(shè)備）全貌的“無死角”監(jiān)控，若默認預(yù)置位不能實現(xiàn)全覆蓋監(jiān)控，則適當(dāng)增加巡檢預(yù)置位。

默認預(yù)置位應(yīng)監(jiān)控全站設(shè)備的整體狀態(tài)，默認預(yù)置位參考畫面如圖1所示。

巡檢預(yù)置位應(yīng)盡可能監(jiān)控所有設(shè)備的局部狀態(tài)，應(yīng)重點監(jiān)控如下內(nèi)容：變壓器、斷路器、互感器、避雷器、絕緣子等設(shè)備及其重要部件之間的連接頭、油表，油壓，隔離開關(guān)、接地開關(guān)的分合狀態(tài)及電纜層的電纜外觀等情況。巡檢預(yù)置位監(jiān)控畫面如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)可視化聯(lián)動

變電站內(nèi)運行的安全性是至關(guān)重要的，所以對每個設(shè)備的監(jiān)控都要到位。變電站主要監(jiān)控范圍包括：現(xiàn)場的環(huán)境狀態(tài)，各種類型的斷路器的開和關(guān)的狀態(tài)，變電站內(nèi)的電流互感器，電壓互感器和高壓設(shè)備的外觀狀態(tài)，主變的運行，易燃設(shè)備和充油設(shè)備，電氣設(shè)備室的一些場景情況等[10-12]。

在不影響站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)安全運行的機制下，利用CDT規(guī)約格式，采用DL451-91《循環(huán)式運動規(guī)約》的基本定義[13]，使自動化系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)同工作，使站內(nèi)系統(tǒng)一體化聯(lián)動。形成快速報警、快速定位并調(diào)取有關(guān)報警視頻，實時查看現(xiàn)場情況，報警視頻聯(lián)動的功能，實現(xiàn)了電網(wǎng)一次設(shè)備的可視化操作，避免了報警系統(tǒng)誤傳信息和工作人員在環(huán)境惡劣的條件下進行現(xiàn)場巡視帶來的困難，提高了遠程控制的安全性。

聯(lián)動過程為：在綜合自動化系統(tǒng)上有被控對象處于遙控操作過程中并且已經(jīng)下發(fā)遙控預(yù)置命令時，自動化系統(tǒng)與站端視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行觸發(fā)通信，將被控遙信位的序號及描述通知給監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)之前配置好的聯(lián)動策略自動調(diào)用聯(lián)動的一次設(shè)備多角度實時視頻，同時對信號發(fā)送過程中進行事前、事后錄像，保證了數(shù)據(jù)的有效性、實時性和完整性。endprint

視頻系統(tǒng)實時接收自動化系統(tǒng)發(fā)送的開關(guān)、刀閘等遙控、遙信變位信號后解析并轉(zhuǎn)換報文通知視頻監(jiān)控系統(tǒng)將攝像機（預(yù)置位）對準預(yù)設(shè)的組態(tài)對象，形成實時在線可視化的操作環(huán)境、防止誤操作，提高安全生產(chǎn)。實時接收遙控、遙信圖如圖3所示。

2.3 業(yè)務(wù)功能智能巡檢技術(shù)

在系統(tǒng)日常巡檢維護過程中，為了保證站端系統(tǒng)可控、在控，必須進行周期性巡檢作業(yè)，以便及時了解所有前端視頻設(shè)備的運行狀態(tài)。目前，平臺的巡檢方式大多采用人工手動巡檢：對變電站攝像機視頻、攝像機云臺控制和攝像機錄像狀態(tài)進行功能逐一驗證。隨著監(jiān)控范圍越來越大，前端視頻感知設(shè)備越來越多，做完一次全面全系統(tǒng)巡檢所需的時間不斷增加，長時間做重復(fù)的巡檢操作不僅影響運維人員工作狀態(tài)和效率，而且影響巡檢作業(yè)質(zhì)量。

為提高工作效率，解放運維人員的生產(chǎn)力，改善日常巡檢方式，將重復(fù)性的勞動交給計算機去完成，智能巡檢技術(shù)在當(dāng)前變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)智能巡檢作業(yè)管理功能，發(fā)揮現(xiàn)有計算機的強大計算能力，讓系統(tǒng)巡檢作業(yè)更高效、靈活，從而有效提高變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的使用率。

為減輕計算機進行設(shè)備巡檢時的網(wǎng)絡(luò)壓力，智能巡檢系統(tǒng)在巡檢速度上采用了人工配置和自動偵測相結(jié)合的方式，巡檢時監(jiān)視當(dāng)前系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞情況，將自動放慢巡檢速度。

智能巡檢功能設(shè)計分為4個層次（見圖4）?；A(chǔ)層：為上層提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)判斷、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和定時器等基礎(chǔ)功能；采集層：從數(shù)據(jù)庫中獲取攝像機列表，定時完成前端設(shè)備在線檢測工作，將檢測結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫中供服務(wù)層使用；服務(wù)層：為用戶提供訪問服務(wù)，根據(jù)用戶的需求，計算出一段時間內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；用戶層：提供給用戶簡潔、清晰的報表。

智能巡檢模塊與變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)緊密結(jié)合，利用高效的視頻內(nèi)容分析（Video Content Analysis，VCA）算法，解析實時視頻質(zhì)量，有效篩選“無視頻信號”、畫面扭曲、畫面雪花等故障類型攝像機；在攝像機云臺控制協(xié)議互通的情況，利用智能分析技術(shù)，判斷攝像機云臺控制的有效性；通過分析查詢/獲取站端錄像文件和播放的實時流傳輸協(xié)議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）交互報文，智能判斷攝像機是否存在錄像文件，錄像文件是否可點播等。并對上述巡檢結(jié)果進行統(tǒng)計分析，自動生成巡檢報表。運維人員根據(jù)巡檢報表，可及時發(fā)現(xiàn)故障并跟蹤處理故障監(jiān)控點，減少運維時間，提升系統(tǒng)整體可用率。

3 系統(tǒng)實用化應(yīng)用分析

變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在廣東全省已經(jīng)全面進入實用化驗收階段。實用化驗收工作過程中，系統(tǒng)智能巡檢技術(shù)已經(jīng)初步在多個局試點應(yīng)用，后期將逐步實現(xiàn)智能巡檢功能在變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控中的全面部署實施和推廣。同時，對于調(diào)度主站系統(tǒng)的可視化調(diào)度技術(shù)、視頻智能分析算法在電網(wǎng)生產(chǎn)中的深度應(yīng)用開發(fā)也逐步開展。通過采用先進的技術(shù)手段保證系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量和投資效益。正在減輕系統(tǒng)運行人員的工作負擔(dān)，確保投資建設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備的實用性。

4 結(jié)語

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有視頻監(jiān)控往往局限于對變電站固定或隨機場景的監(jiān)視，視頻覆蓋有效范圍不夠科學(xué)合理，且需要的人工干預(yù)，無法滿足智能監(jiān)測的需求。針對現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，通過開展的系統(tǒng)實用化應(yīng)用技術(shù)研究，伴隨系統(tǒng)版本逐步升級，可以進一步提高系統(tǒng)的實用價值，減輕系統(tǒng)運行人員的工作負擔(dān)，為確保電力系統(tǒng)的安全可靠運行發(fā)揮積極作用。未來將進一步實現(xiàn)面向智能變電站的視頻監(jiān)控系統(tǒng)高級應(yīng)用，為多級平臺智能流媒體集群、平臺集中存儲策略、變電站視頻輔助全景建模、海量數(shù)據(jù)檢索引擎研究等提供技術(shù)支持。

[參考文獻]

[1]廣東電網(wǎng)公司.廣東電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].2010.

[2]劉凌，祝瑞花.視頻監(jiān)控在變電站監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].江西電力，2008（3）：11-13.

[3]陳皓，胡亞平，陳烔聰.變電站遙視系統(tǒng)中環(huán)境信息一體化集成方法[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（2）：15.

[4]LAO W，HAN J，WITH P. Automatic video-based human motion analyzer for consumer surveillance system[J].IEEE Transactions on Consumer Electronics，2015（2）：591-598.

[5]王斌，郭晉祥.山西電網(wǎng)變電站視頻監(jiān)控建設(shè)探討[J].電力系統(tǒng)通信，2008（5）：22-26.

[6]劉海忠.智能變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].安防科技，2011（5）：32-34.

[7]孟巍，劉麗君.關(guān)于視頻監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010（2）：274-275.

[8]陳皓，高雅.變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的高效視頻壓縮方法研究[J].廣東電力，2012，25（3）：52-56.

[9]劉青麗，劉景波，鄧穎，等.視頻分析技術(shù)在無人值守變電站中的應(yīng)用[J].陜西電力，2010（12）：73-76.

[10]徐勝朋，姜利，襲建學(xué).利用變電站遠程視頻系統(tǒng)實現(xiàn)安全監(jiān)控[J].電力系統(tǒng)通信，2008（8）：15-18.

[11]桑艷艷，鄭三立.省級變電站遙視系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2009（1）：73-77.

[12]SHEN C，KIM J，WANG H. Generalized kernel-based visual tracking[J].IEEE Transactions on Circuits & Systems for video Technology，2010（1）：119-130.

[13]劉磊，吳楊，趙琳.張家口風(fēng)電中心110kV智能變電站建設(shè)及應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2011（5）：35-38.endprint