南歐江水電站集控視頻監控系統的設計和建設

唐立原 孫華

摘? 要：本文介紹了老撾南歐江發電公司梯級水電站集控中心視頻監控系統的建設情況，從用戶需求、整體設計思路和建設方案對項目進行了詳細介紹，涉及到了大容量光纖通道、多站點視頻監控系統，模擬數字融合等較新的技術，項目已經接入4個已建成電站和一個流域集控中心，未來還有完工的電站項目陸續接入。目前整個視頻監控系統運行良好，成為提高梯級電站運行管理水平的重要手段。

關鍵詞：水電站集控? 視頻監控? 光纖網絡? 大屏幕? 高效管理? 數字攝像機? 系統聯動

中圖分類號：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（b）-0033-04

The Design and Construction of Video Monitoring for Nam Ou River Hydropower Stations

TANG Liyun? SUN Hua

（Kunming Engineering Co.， Ltd.， Power Construction Corporation of China， Kunming， Yunnan Province， 650051 China）

Abstract： This paper introduces the construction of the video monitoring system in Nam Ou river centralized control center， and introduces the whole project from the perspective of user demand， design idea and construction scheme， involves large capacity optical fiber channel， multiple fusion and other high and new technology， The video monitoring system project has access to the four power stations completed， the system runs well and become the important means of efficient management of the hydropower stations.

Key Words： Centralized control of hydropower station; Video surveillance; Optical fiber network; Large screen; Efficient management; Digital camera; System linkage

1? 項目概述

南歐江是湄公河在老撾境內的最大支流，發源于中國云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶。南歐江梯級電站集控中心建在老撾瑯勃拉邦省，負責管理南歐江上的七個梯級電站。整體建設遵循“遠方監視、實時掌控、優化調度、應急指揮”的方針。

2? 用戶需求

隨著南歐江梯級電站的不斷建成，對流域發電公司的運營水平和管理手段提出了更高的要求。為了實現對下屬電站的“少人值守、集中管理”，需要建立一個現代化管理平臺，幫助中心調度值班人員對下屬電站進行直觀的管理和操控。一套連接集控和各電站的視頻監控平臺正是在這種需求下孕育而生。

3? 建設的目標

現階段南歐江各流域電站都獨立運行，缺少統一的管理協調，流域發電公司計劃逐步對公司下屬所有電站實行“無人值班”（少人值守）要求以實現集控運行，即在集控中心的調度值班人員可以直接對電站主要設備進行監視、可進行機組負荷調整、開停機等操作，并且可以很直觀地看到現場畫面，觀察操作結果。

視頻監控系統運行所需要占用大量的數據帶寬資源，為保證傳輸通暢，集控視頻監控系統將運行在公司自建的2.5Gb/s高速光纖傳輸網上。系統將各電站現場的實時高清畫面通過光纖網遠距離傳輸到瑯勃拉邦的集控中心，集控中心的運行值班人員可通過本地的視頻監控工作站全天候觀察和記錄各電站現場生產運行畫面，及時下達指令[1]。

4? 建設方案

集控視頻監控系統由各電站本地視頻監控子系統和集控現地視頻監控系統組成，中間通過2.5Gb/s高速光纖通信網連接組網。電站視頻監控系統采用英國安訊士全數字視頻系統，由雙核心交換機組成基本網絡，兩臺網絡視頻服務器N16-Z MK2（硬盤錄像機）負責視頻網絡的視頻功能，一臺雙27寸屏視頻工作站和操作鍵盤組成人機接口。路由器AR220負責與外網的連接，由網線或光纖收發器將40多臺POE供電的P5635-E前端攝像頭接入核心交換網絡。

各電站都配備了32×4TB的存儲硬盤，高清視頻數據都在本地保存。而對于非常重要的數據，例如由其他聯動系統報警產生的即時視頻錄像不僅需要本地保存，還要上傳至集控中心進行保存，記錄時間不少于60d，其他視頻數據集控可根據需要通過集控流媒體服務器進行遠程調用[2]。

在集控中心的視頻監控系統，需要顯示各個電站的高清視頻信號，設計每個電站可同時傳輸4路實時高清視頻信號至集控中心，這4路可在電站本地的40多個攝像機內任意選擇，無選擇時，常設傳輸電站上游庫區、下游尾水、發電機廳和中控室的實時圖像。電站視頻信號經光纖網送至集控。這些視頻信號可與計算機監控在大屏幕上輪換顯示[3]。

集控中心的視頻管理服務器可連接前端電站的DVR、攝像機、任意選擇監控點的音視頻流進行實時監視、錄像、錄像回放[4]。

集控視頻監控平臺采用的是國內知名品牌大華科技生產的大華EVS5016S系列視頻監控系統，設備主要有集控視頻管理服務器、視頻存儲服務器EVS5016S、流媒體服務器DSS4004-S2（含網關）、集控核心視頻交換機S5720-36C-EI、視頻工作站及本地攝像機SD6CE230U-HNI等。見圖1。

在系統設計中，充分考慮了開放性、擴展性，實現各子系統的管理和信息最大程度的共享，便于今后系統的擴充及增容等，預留未來的功能拓展。

5? 視頻監控系統的主要功能

集控中心視頻監控系統為綜合視頻監控管理平臺，采用WINDOWS操作系統安全等級要求高。最基本的功能是將南歐江1-7級水電站的機組、水位、油位、電氣設備等遠程運行情況的實時圖像、報警信息傳輸到集控中心。以便值班人員可以實時、清晰、地了解監控區域的情況。

因此視頻監控系統應實現以下功能：

集控中心視頻監控系統能夠滿足各下屬流域水電站的本地監控系統的接入。

系統具有各類報警器的輸入接口，便于各類安防、生產等設備的開關量接入，能夠控制現場的燈光、警笛的設備。

集控能對下屬電站所挑選的監控點進行24h不間斷錄像。

在中心可以多電站或單電站畫面輪循顯示和多畫面同屏顯示。

系統穩定、可靠，能夠長時間在無人環境下正常工作，具有防死機、斷電來電后自動啟動等功能。

在控制中心、基地領導的辦公室和其他職能部門可設置分控點，通過在聯網實現全部監控功能。

具有前端視頻設備管理、多硬盤管理、大容量視頻存儲、電子地圖、視頻監視和回放等多方面功能。

可支持多個攝像機的多角度實時視頻（簡稱多角度視頻）;

可根據風、水、光等電站告警狀態直接查看相關視頻;

多臺監控工作站及 Web 用戶可同時共享任一電站場所圖像， 但由最高級別的用戶控制;

具備視頻自動巡視功能，對系統的監控點進行視頻巡檢，參與輪巡的對象可以任意設定，輪巡間隔時間可設置，完成輪巡任務的攝像機可自動復位;

集控可對全網任意視頻進行手動錄像，對任一幀實時視頻以 JPEG、JPG 或BMP 的圖片進行抓拍和存放;

具備地圖導航功能：可多級電子地圖顯示報警，顯示監控點位置。

實時圖像監視，彩色圖像以不少于4通道、每通道以每秒25幀的速率實時傳送和播放。視頻圖像大小隨意可調。

遠程控制電站現地視頻監控設備，包括攝像機、云臺等的控制;

對遠端攝像機視角、方位、焦距、光圈、景深進行調整及控制;

可在視頻畫面上利用鼠標拖拽監控視頻的方式控制攝像機的監控方位、視角，實現快速拉近、推遠、定焦某個景物;

對于有預置位的攝像機，能直接進行預置和操作，可設置和查詢攝像機的預置位;

對攝像機的控制操作完成后，釋放控制權限的時間可設定;

控制按照用戶優先級劃分，優先級高的用戶可無條件獲得低優先級用戶的控制權，同級別用戶根據時間優先的原則獲得控制權;

可對站端處理設備遠程控制，實現站端處理設備的遠程升級、重新啟動、參數配置等功能;

可遠程設置錄像規則，實現站端系統的手動錄像、定時錄像、告警觸發錄像、畫面異動檢測錄像等;

以人機界面方式統一管理本地和各電站場所的歷史視頻和圖片，可按告警事件、時間段、攝像機、存儲位置等組合條件檢索;可從站端系統上傳任意一段歷史錄像，刪除本地和各站端系統的歷史視頻。

遠程回放站端系統的任一攝像機的歷史視頻（時間可選）、告警錄像和本地錄像;回放方式有逐幀、慢放、常速、快速、進度條拖放等方式，

平臺的軟、硬件設備及通信狀態異常告警均在告警窗實時顯示，顯示內容包括日期時間、設備名稱、異常狀態描述等。

對具有電子脈沖周界告警的站點可實現告警信息的實時展現。

報警可根據需要進行分級，報警信號、報警內容可在任何畫面自動顯示。當發生報警時，監控主機硬盤或相應錄像裝置能自動進行存盤錄像，同時傳送報警信息和相關圖像。

平臺應具備處理多事件多點報警的能力，多點報警時采用覆蓋方式，報警信息不得丟失和誤報。

應具有完善的用戶管理，系統網絡管理，系統設備管理，數據庫管理，權限管理，日志管理，安全管理，統計報表管理，接入大屏管理，與調度自動化系統聯動，與火災聯動等功能[5-6]。

6? 視頻監控系統的主要性能指標

系統平均無故障時間：大于60000h。

系統處理能力支持千兆網絡吞吐量，最小32碼流路數的分發。

并發請求處理能力根據實際業務量的需求，滿足每秒100～1000 個請求。

在保證網絡帶寬的情況下，平臺信令的響應時間小于0.5s，視頻的響應時間小于2 s。

平臺的配置和數據庫應具有自動備份和恢復能力。

系統應具有電信級的可靠性，可靠性指標達到99.999%。

視頻信號制式應采用符合國家標準的視頻制式（PAL），視頻編解碼采用Mpeg-4和H.264標準。

年可用率≥99.99%;

運行壽命>10年。

設備MTBF>20000h;

99%以上實時視頻畫面調出響應時間≤2s;

視頻控制切換響應時間≤1s;

監控視頻顯示與實際事件發生時間差≤2s;

冗余熱備用設備（一般指服務器）之間在自動和手動方式下均應實現無擾動切換，熱備用服務器接替值班服務器的切換時間<1s;

系統從斷電后重啟至恢復正常運行的黑啟動時間<10min。

7? 主要設備性能指標

7.1 視頻管理服務器

主處理器：64位 四核處理器;

雙電源冗余配置，電源/風扇/存儲盤：支持熱插拔;

內存：≥8GB;

顯示設備接口：≥2個高清視頻輸出接口;

網絡：≥2個千兆以太網口，支持多網段及內外網接入;

工作環境溫度：0℃～40℃

7.2 圖像存儲服務器

接入性能：≥128路IPC接入，≥384Mbit/s;

雙電源冗余配置，電源/風扇/存儲盤：支持熱插拔;

存儲：單硬盤容量支持最大支持8TB，支持RAID0、1、5、10等;

接口：≥4個千兆以太網接口，≥1個VGA接口，≥2個HDMI接口，≥4個報警輸出接口，≥1個電源輸入接口;

工作溫度：0℃至40℃。

7.3 核心交換機

≥2個主控引擎模塊，滿足1+1冗余;

≥6個業務槽位，單板支持熱插拔;

電源、風扇模塊支持1+1冗余備份;

交換容量≧25Tbit/s，包轉發速率≧9600MPPS;

支持基于端口、協議、子網和MAC的VLAN劃分;

工作環境：溫度范圍：-10℃～50℃。

7.4 數字攝像機

圖像傳感器：具有≥200W像素，≥1/2.8CMOS傳感器;

分辨率：視頻輸出支持1920×1080，分辨力不小于1100TVL;

照度：最低照度彩色≤0.005Lux，黑白≤0.0005Lux，0Lux（紅外燈開啟）;

光學變倍：≥26倍;

信噪比：≥55dB;

接口：≥1個RJ-45網絡接口，≥1個10M/100M 單纖接口，≥2個報警輸入接口，≥1個報警輸出接口，≥1路音頻輸出接口;

防護等級：IP67。

8? 結語

南歐江流域集控中心視頻監控系統已接入4個流域水電站， 監控區域包括電站大壩、閘門、主副廠房等， 投運至今運行情況良好， 能夠滿足集控運行人員對電站機電設備運行監視、機組負荷調整、開停機、開關操作等視頻監控的需求，隨著視頻技術的發展， 電站視頻監控系統的重要性與日俱增，視頻監控系統在本項目的應用， 為生產管理提供了有效的信息支撐， 也為安全生產提供了堅強的技術保障。

參考文獻

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