視頻監控系統在變電站中的應用

顧源　趙艷　蔣楷行　郭中奇　朱羽　居潼

【摘 要】本文介紹了視頻監控系統的市場需求、發展歷史、結構以及功能等方面。特別是在應用方面主要描述了變電站的視頻監控系統，即在無人值守的變電站中引入遙視功能。文章最后對視頻監控技術的發展趨勢進行了探討，展望了相關的技術前景。

【關鍵詞】視頻監控；智能；變電站；遙視；無人值守

中圖分類號： TM63；TM76 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）34-0055-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.34.021

The Application of Video Surveillance System in Substation

GU Yuan ZHAO Yan JIANG Kai-xing GUO Zhong-qi ZHU Yu JU Tong

（School of Electric Power Engineering，Nanjing Institute of Technology，Nanjing Jiangsu 211167，China）

【Abstract】This paper introduces the market requirement，development history，structure and functions of video surveillance system.Especially in terms of application，it mainly describes the video surveillance system of substations which means to introduce the function of clairvoyance in the unmanned substation.In the end，we discuss the further trends of video surveillance technology and provide an outlook of related technology landscape.

【Key words】Video Surveillance；Intelligence；Substation；Clairvoyance；Unattended

0 引言

隨著物聯網設備的增多，視頻監控系統與互聯網、物聯網相融合。整個視頻監控設備市場處在上升周期，而監控技術的升級和人們安防意識的提高成為了主導因素。視頻監控行業作為安防行業中增速最快的行業，年均增長率達到了12.4%。

20世紀80年，我國視頻監控行業首先在北上廣等經濟發達城市興起，主要應用在政府、金融、交通等重要領域。90年代中后期，由于智能建筑的興起，民用的視頻監控系統開始普及。進入21世紀后，中國視頻監控系統的建設受到平安城市建設、北京奧運會、上海世博會等安保項目以及各行業對視頻監控的需求等因素的刺激和拉動，建設規模迅速擴大，發展水平遠超世界平均水平。但與發達國家地區相比有很大差距，我國的視頻監控系統仍然有很大的發展空間。政府、金融、交通、治安等行業是視頻監控系統應用的最主要市場。在傳統視頻監控的需求平穩增長的同時，電力、電信、教育等行業的應用也越來越廣，并且不斷地向民用市場擴散。

在電力行業中，變電站的運行開始向無人值守化發展，世界各國特別是發達國家220kV及以下電壓等級的變電站都采取了無人化值班。目前，只有江蘇、廣東等發達省份的部分變電站實現了“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調）和無人值守。對變電站設備以及周邊環境的視頻監控已變得十分重要，變電站的傳統“四遙”功能所涉及的數字式和簡單圖形化的監控已不能滿足要求，需要引入第五遙“遙視”。遙視即遠程圖像監控系統，主要由攝像機、云臺控制器、紅外熱像儀、煙感器、圖像識別系統和視頻傳輸系統組成，是變電站自動化系統中的一個重要組成部分。

2 視頻監控系統的發展與結構

2.1 視頻監控系統的發展歷史

2.1.1 模擬視頻監控系統

視頻監控系統最早是全模擬的視頻監控系統，稱為閉合電路監視系統。模擬視頻監控系統以模擬磁帶錄像機為核心，使用模擬方式傳輸圖像，傳輸距離較短。該系統的缺陷表現為與信息系統無法交換數據，系統的擴展性能差。監控只限于監控中心，傳輸距離短，錄像管理性差。

2.1.2 數字視頻監控系統

上世紀末，借助于計算機進行的視頻信號的采集和處理，使得圖像的質量得到了提高，視頻監控系統開始由模擬視頻存儲轉變為數字存儲。數字化存儲提高了用戶對錄像的處理能力，用戶能夠通過數字硬盤錄像機控制攝像頭開閉，整個系統擁有較強的功能。

2.1.3 網絡視頻監控系統

網絡視頻監控系統一般基于TCP/IP架構，布控區域更大，可以實現網絡傳輸、遠程控制以及現場信號采集等功能。監控系統的圖像傳輸不易受距離限制，圖像具有穩定的質量，視頻資料可以存儲在磁盤中，檢索非常便捷。

2.2 視頻監控系統的結構與功能

視頻監控系統的主要組成包括：前端監控場所設備、監控中心、監控客戶端。前端系統采集到視頻畫面，將信號進行壓縮處理，通過網絡傳輸到監控中心，監控管理人員可通過電腦終端查看監控畫面，也可以通過解碼器在手機客戶端和電視墻上顯示查看。視頻監控系統的主要功能需求有：

①實時瀏覽：可不受地限制訪問被監控點，通過PC、手機客戶端以及Web等方式實時瀏覽。

②錄像和抓拍：支持多種錄像存儲觸發機制，自動抓拍異常圖像并存儲，便于查詢取證。

③海量數據存儲：視頻信息通過網絡上傳至遠程服務器，具備存儲、檢索和備份功能。

④語音對講：被監控點和監控中心實現雙向語音對講，能夠實時處理現場情況。

⑤電視墻：可以通過矩陣對電視墻監控畫面進行控制，根據需求配置輸入輸出信號。

⑥報警聯動：報警信號能夠通過聲、光等方式觸發監控中心的監控畫面，展示報警點的實時畫面，啟動錄像功能。

⑦電子地圖：可在監控客戶端中直觀地查看和選取監控點。

⑧擴展性：系統可支持多類型的監控設備，可以便捷地增減用戶數和監控點數。

⑨權限管理：同一監控點可被多用戶訪問，且用戶間可能無關系。

⑩智能識別：系統自動識別監控畫面中的物體，以最佳最快方式發出有用信息。

3 變電站視頻監控系統

3.1 站內監控系統的建設需要

許多變電站的自動化調度系統只能實時監測電氣數據，不能全面直觀地反應變電站設備的現場運行狀況。電力人員仍需花費精力進行巡視工作。一旦事故發生，電網調度人員無法準確把握現場狀況，只能到達現場查明事故原因后再開始處理，極大耽誤了處理事故的時機。

例如，站內一次設備中，例如隔離開關目前的開關成功率達不到100%，操作后必須現場確認成功才能合上斷路器。同樣的，站內報警設備誤報信號，則會擾亂變電站的運行秩序。如果能夠采用遠程視頻監控技術實時監控變電站現場的畫面，則可以確認現場情況，排除信號干擾，減輕工作量，節約資源。

3.2 主要監控對象

①站內的場景情況以及大門的人員車輛出入情況。

②站內常規敞開式隔離開關的分、合狀態。

③站內工作室：主控室、高壓室等。

④站內電氣設備：變壓器、斷路器、電流互感器、電壓互感器、避雷器和瓷絕緣子等。

3.3 變電站視頻監控系統的結構

視頻采集、傳輸以及處理構成了變電站的視頻監控系統，視頻信號采集系統包括變電站內的攝像設備，能夠對站內圖像進行采集。采集到的圖像數據經過壓縮后，通過線纜與光纖，傳輸至視頻信號處理系統。變電站端處理單元能夠將圖像信息進行集中管理，并通過地區電網的IP通信網傳輸到地區級監控中心。

3.4 變電站視頻監控系統的主要功能

圖像監視：實時傳輸變電站內的視頻圖像，使得調度中心能夠遠程掌握站內的實時信息，及時發現和處理事故。系統采用MPEG-4/H.264技術壓縮視頻，保證音視頻信號同步穩定運行。調度人員可以任意縮小、放大和移動圖像窗口，對視頻進行拖放和多畫面分割；可對畫面進行對比度、飽和度、亮度的設置；

圖像管理：在調度側能夠對云臺進行遠程控制，切換巡視場景，控制遠景和近景的變化。系統具有包括定時錄像在內的多種錄像模式，錄像資料的存儲進行集中管理，可檢索出待查找的錄像。調度中心可對變電站端拍攝的畫面進行遠程抓拍、錄像等等，監控系統畫面中能準確給出被監視設備的信息，并將提示信息在狀態欄上實時輸出。

報警功能：報警系統與門禁系統、消防系統、GIS地理信息應用系統和綜合自動化系統實現聯動，當發生警報時，觸發錄像，自動調用報警場景的視頻畫面和電子地圖，以實現全程可視化調度功能。系統自動記錄每條報警事件，調度人員可通過控制面板查看報警信息。監控系統對捕捉的圖像進行分割識別對比，如果識別到電氣設備過熱或有害異物侵入等情況，立即發出報警信號并錄像，提供事后分析事故的影像資料。

4 技術展望

4.1 變電站監控的智能化

在新興技術的發展下，變電站監控系統有望通過各環節的智能化與集成化的實現，更好地與電力自動化系統融合，使得變電站更加可靠、經濟、高效，從而保證電力系統的安全生產，提高整個電網的科學管理水平。

智能化主要表現在電氣事故錄像自動觸發、變電站現場圖像智能分析等方面。目前，變電站視頻監控系統能夠對場景中的人臉、動作等視頻信息進行智能分析，改進了變電站的監控方式。變電站的圖像識別有望由傳統的人工監視逐步過渡到智能型機器監視。

4.2 視頻圖像的高清化

視頻監控系統的高清化不只是前端攝像頭高清化，而是整個系統的高清化，包括圖像采集、編碼傳輸、存儲、解碼輸出、中心管理平臺的高清等。目前部分廠商已經推出了500萬像素的網絡攝像機，如松下的WV-NP502、三星電子的SNC-M300等。但是視頻監控系統的高清化目前面臨著照度要求、性價比、壓縮傳輸、應用環境條件等多方面問題有待解決。

5 結語

在無人值守變電站中建設視頻監控系統，有助于電網調度人員遠程監控變電站內的一次、二次設備，保障了變電站的穩定運行，提高了電網的管理水平和安全、經濟運行水平，是電力行業改革增效，提高勞動生產率的有效途徑。

從模擬視頻監控到網絡視頻監控，從固定單一式監控到多路協同式監控，視頻監控系統歷經多個時代的發展走向成熟。新一代信息技術與視頻監控系統的不斷融合，正逐步向視頻數字化、監控網絡化、顯示高清化的趨勢發展。雖然在視頻壓縮、模式識別等方面能存在許多技術難題，但毫無疑問視頻監控系統具有相當廣闊的發展空間，會成為包括電力在內的各行業應用中的重要組成部分。

【參考文獻】

[1]魏廣巨.視頻監控行業發展觀察[J].中國安防，2016（11）：29-35.

[2]梁篤國等.網絡視頻監控技術及應用[M].北京：人民郵電出版社，2009.9.

[3]鞠陽，李干林，趙艷.電網監控技術（主站端）[M].北京：中國電力出版社，2013.2.