4G無線視頻監控在變電站的應用

徐軍委 劉長勝 孫成龍 杜亮 王琨 張仁年

摘 要：為在變電站現場應用4G無線視頻監控技術，把人員車輛進出場管理、變電站施工現場管理和施工作業的關鍵節點監控連接起來，在施工項目部中心對現場的各類作業進行實時監督及實時管控。因而，開展基于4G技術的視頻監控技術的應用研究。從4G技術的特點和優勢出發，文章重點闡述了該系統的硬件構成、系統組網圖、該系統的報警功能和系統特點。對變電站施工現場的安全管控和事故狀態下的應急指揮將起到事半功倍的效果，進而大大提升安全生產管控水平。

關鍵詞：4G；視頻監；變電站

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）36-0164-03

Abstract： In order to apply 4G wireless video monitoring technology to the substation site， the key nodes of the personnel and vehicle access management， the substation construction site management and the construction operation are connected， and we carry out real-time supervision and real-time control of all kinds of work at the site in the center of the construction project department. Therefore， the application research of video surveillance technology based on 4G technology is carried out. Starting from the characteristics and advantages of 4G technology， this paper focuses on the hardware composition of the system， the system network diagram， the alarm function of the system and the characteristics of the system. The safety control of substation construction site and emergency command in the accident state will play a multiplier effect and then greatly improve the level of safety control.

Keywords： 4G； video monitor； substation

引言

隨著4G網絡的普及和流量資費的不斷降低，無線視頻監控能夠在特殊押運、資源監控、安防監控等眾多領域為人們提供更好、更優質的服務[1-3]。4G技術的特點是高傳輸速度、高帶寬、高穩定性，對廣域無縫覆蓋以及強漫游的移動性提供了良好基礎[4]。

1 系統核心技術

1.1 視頻壓縮技術

視頻信息是由一幀一幀圖像構成的，并且每一幀圖像都是由許許多多的像素點信息組合而成的。對于一個單獨的像素值而言，看似無關的幀圖像之間其實并不是彼此獨立的，而是在一定的數值范圍內有關聯的。根據Shannon的信息理論的觀點對圖像進行分析，信源的信息包含信息熵和冗余信息[5]。視頻壓縮技術作為視頻信息資源存儲與應用的核心技術之一，在數字視頻應用和制作過程中扮演著十分重要的角色，是視頻制作工具最為重要的基礎條件之一[6]，將視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件。H.265是在H.264基礎上改進后提出的新標準，融入新技術和新概念，提升視頻的壓縮率。經過H.265編碼后的視頻信號占用的寬帶減少，節約了傳輸成本，推動視頻實時傳播的發展，極大滿足了使用者對高質量視頻的要求。

1.2 無線網絡傳輸技術

無線網絡傳輸技術包括多種，當前主流的無線傳輸技術是4G傳輸技術，具有高傳輸速率、高帶寬、高穩定性等特點，對大面積無縫網絡的覆蓋及強漫游的移動性提供了有力的基礎[4]。4G高速網絡的出現，打破了原有3G網絡的局限性，大幅度提高了數據上傳下載的速率，降低了網絡的延時性，4G網絡上傳傳輸速率最高達50M bit/s，下載速率最高達100M bit/s，完全能夠承載視頻高清版的傳輸，圖像的清晰度和逼真質量提升。基于4G視頻監控具有覆蓋面廣、部署方便、高可靠性和擴展性好的特點。

2 系統概述

本文提出建立一套技術領先的視頻監控系統，針對供電局變電站的實際需求，為滿足變電站的遠程監控而設計，為無人堅守的變電站現場提供基礎。

該監控系統的主要作用在于：利用無線網絡技術，將遠程監控中心、變電站監控前端部分以及傳輸網絡設備連接起來。實現在監控中心可以及時的掌握現場情況，做出指令。利用網絡達到了遠程監控，遠程響應，遠程處理的網絡化管理的目的，可以在管轄區域內的監控中心，對變電站統一管理、實時監控，在建設過程中，有效防范安全隱患，控制意外事故的發生；在變電站的后期維護中，確保規范的變電站巡檢流程，保障變電站巡檢的正規運行。

（1）速度快。4G網絡數據傳遞速度快。（2）高靈活性。施工簡單、方便、避免了復雜的網絡線路，不受線纜的限制，具有靈活的擴展性，可布置在變電站的任何位置，方便新增新的監控點，或者對舊的監控位置進行更改也是方便的。（3）成本較低。信息體系架構和布控成本低，從硬件設備安裝到軟件設備布控難度，從設備成本到人員成本成本，都有極大的優越性。（4）安全性高，視頻可在NVR硬盤進行存儲，同時也存儲在控制中心的存儲設備中，極大防止現場視頻資料的丟失。（5）布控周期短。變點站所處的位置，受外界環境的影響，給有線視頻布控的施工帶來較大的難度。4G無線視頻，施工方便，受變電站地理位置影響小，安裝靈活。（6）便于監控。只要有網絡的地方，經過授權認證的管理人員可以方便的通過手機APP或電腦web通過查看實時或存儲視頻進行監測。

3 系統組網

變電站現場的4G視頻監控系統由前端監控部分、傳輸網絡和遠程監控中心組成，這三個系統互相銜接一起發揮作用。

3.1 變電站監控前端部分

監控前端部分是指安裝在變電站現場的攝像頭、4G視頻服務器（NVR）、識別報警處理單元部分，主要負責采集和識別變電站現場的背景聲音和視頻圖像信息。完成變電站現場的信息的采集識別、處理和上傳。

攝像頭和4G視頻服務器（NVR）：攝像頭和4G視頻服務器（NVR），其中攝像頭采集現場音頻和圖像信息；其中4G視頻服務器是視頻監控的重要組成部分，內置4G無線modem，嵌入式實現了TCP/IP協議、POP3/SMTP協議[7]，具有采集處理現場音頻和圖像信息，經過壓縮編碼通過NVR進行存儲或通過4G信號傳輸至遠程控制中心服務器進行存儲。

3.2 傳輸方式

傳輸方式：網線、光纖、4G傳輸、無線局域網現場監控設備通過網線與NVR連接，進行信號傳輸。NVR負責存儲編碼后的視頻和音頻信號，以及通過4G傳輸方式與運行商網絡（4G基站）進行信號互通。運行商網絡（4G基站）通過光纖與控制中心發送信號。控制中心服務器，獲取IP地址，通過光纖從運行商網絡（4G基站）獲取現場采集的視頻圖像和音頻，并在控制中心的存儲設備進行統一存儲。（見圖1）

3.3 遠程監控中心

遠程監控中心最基本功能是完成管轄范圍內變電站采集的音頻和圖像的實時顯示、控制、存儲和管理功能。主要硬件設備部署系統服務器、存儲、顯示器、交換機等設備，監控中心作為視頻監控系統的操作平臺，實現變電站監控前端采集額音頻和視頻信息的接入、存儲和顯示，以及對整個監控系統的統一管理。

4 系統功能

4.1 基礎功能

（1）前端采集。采用無線視頻監控系統，對前端的視頻信號進行實時傳輸，并且可以給監控系統配備云臺設備，通過控制系統在遠程進行操控，從而實現對電網設備及作業的全方位實時監控[8]。（2）錄像存儲。依據不同的視頻監控解決方案，其存儲方案也不相同，通常主要由硬盤錄像機（DVR）、網絡硬盤錄像機（NVR）及網絡存儲等設備構成。本系統采用DVR/NVR的存儲方式。后臺安裝的存儲設備，將編碼壓縮后的前端視頻數據進行存儲。錄像存儲部分主要完成視頻數字存儲和回放，可以保證存儲視頻的質量，確保存儲周期、數據的完整度與安全性。（3）遠程控制。可在控制中心遠程配置視頻的分辨率、幀速率、碼率、模塊數量、圖像質量等參數。（4）圖片抓拍。系統允許用戶對現場實時視頻進行錄制或截屏抓拍，便于對事后情況的查詢。

4.2 擴展功能

識別告警處理單元：作用是進行安全帽識別。對變電站施工現場未戴安全帽的施工人員進行安全帽識別告警，識別出未戴安全帽的人員，在控制中心的服務器進行標記，記錄違規未戴安全帽的次數。

識別告警處理單元，預先進行一些邏輯關系設置，通過串口將識別信息以數據的形式上傳至控制中心服務器，服務器識別告警部分會依照之前設定好的程序進行一系列的相關操作，完成安全帽的識別告警，并由控制中心服務器進行記錄。

5 數據安全

隨著電力信息化水平的提高，產生的電力數據越來越多，這些數據與廣大人民的日常生活息息相關，甚至關系到整個國家的信息安全。電網數據信息出現的任何信息安全問題，都可能使電力的安全、穩定、經濟上的運行出現問題，進而影響電力的可靠供電和廣大人民群眾的正常生活，所以對電力系統信息安全關鍵技術研究就顯得很有意義。

因此4G無線視頻系統進行網絡傳輸時，需要對數據進行加密，確保視頻數據在網絡傳輸中的安全性。在視頻數據存儲方面，同樣需要進行存儲加密，確保存儲視頻數據的安全性。

6 結束語

總而言之，隨著電力系統和科學技術的不斷發展創新，會有更多的高新技術應用到電力系統中來。4G無線網絡視頻監控系統使用方便，無需布線，組網靈活，遠距離監控等優勢，將在變電站工程現場的監控中發揮重大的作用，為電網建設現場的管理提供強大的技術支撐，為進一步建設智能電網做鋪墊。

參考文獻：

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