輸變配一體化智能技術的視頻監控云平臺設計與應用

魏勇軍 劉璇 齊銳 黃凱濤

摘 要：針對電網的視頻監控系統現狀進行闡述，構建輸變配一體化視頻監控云平臺的架構，從視頻聯網共享、視圖大數據庫、人工智能、視頻監控模型、智能視頻應用等方面進行設計，實現輸變配一體化智能視頻監控云平臺的設計。將設計平臺進行電網智能化的應用，可實現多場景的一體化控制，并能夠進行全景信息展示，能夠遠程操作和智能巡視，對現場工作環境進行安全監測，為電網數字化建設提供了一定的技術支持。

關鍵詞：視頻監控；視頻云；視頻聯網共享；視圖大數據庫

中圖分類號：TM712;TP277

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0185-04

Design and application of video surveillance cloud platform with transmission-transformation-distribution integrated intelligent technology

WEI Yongjun，LIU Xuan，QI RUI，HUANG Kaitao

（Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510630，China

）

Abstract：The current situation of the power grid video surveillance system was described，the architecture of the integrated video surveillance cloud platform was constructed，and the design was carried out from the aspects of video network sharing，view large database，artificial intelligence，video surveillance model，intelligent video application and so on to achieve the design of the integrated intelligent video surveillance cloud platform.The design platform was applied to the intelligent power grid，which could realize the integrated control of multiple scenes，and could display panoramic information，remote operation and intelligent inspection，and carry out safety monitoring of the on-site working environment，providing certain technical support for the digital construction of the power grid.

Key words：video surveillance;video cloud;video networking sharing;large view database

視頻監控系統的建設和應用為電網的安全穩定運行奠定了堅實的基礎［1］。

隨著國內外對輸電自動化、巡線無人機、變電站智能運檢系統、變電站巡檢機器人、智能配電房等各項工作研究的深入推進［2］，各個階段建設的視頻監控系統短板相繼出現，如輸電視頻監控系統、變電視頻監控系統、配電視頻監控系統各自獨立建設，數據不通，成為信息孤島；輸變配視頻監控系統仍然為傳統被動監控系統，需要作業人員實時調閱或事故后回放［3-4］，視頻監控系統無法主動發現異常并進行處理，應用程度不高；輸變配視頻監控系統數據封閉［5］，視頻圖片數據無法為電網智能化應用提供服務；輸變配視頻監控系統獨立建設，重復投資。以上問題制約了視頻監控技術在電網的深化應用，無法適應現在的智能電網建設后續需求。

為解決同類數據多方采集、避免建設多套主站、消除信息孤島、實現輸變配視頻數據與相關系統的數據共享和業務協同，實現視頻數據統一接入、統一管理、實時分析，廣州供電局打造了輸變配一體化智能視頻監控云平臺，為全網電網和設備運行管理提供技術支撐，使傳統的電網監控模式升級，由二維平面圖監控到立體視頻監控。

1 系統建設方案

1.1 總體功能設計

輸變配一體化智能視頻平臺的功能架構的核心部分由視頻聯網及共享，視圖庫，視頻分析、物聯網接入、大數據平臺、公共信息模型［6］、智能運維［7］和視頻物聯網服務與門戶組成。核心平臺實現輸變配視頻及監控設備、安全監管視頻及監控設備、安保視頻及監控設備以及無人機、機器人等設備的接入，實現相關視圖數據和物聯數據的采集、標記、分類和存儲，實現視圖數據的結構化分析，同時采集電網信息管理平臺、生產管理平臺、時空大數據平臺［8］、調度控制系統的數據，采用統一的API接口為輸變配智能運檢系統、智能安監系統、智能安保系統以及智能安防系統提供視頻及監控數據服務。輸變配一體化智能視頻監控系統核心模塊功能：

（1）視頻聯網模塊，實現目前電網智能配電房、變電站、輸電以及安保視頻的統一接入；

（2）物聯網接入模塊，實現輸變配動力環境監控、設備工況監控等物聯網數據接入；

（3）視圖庫模塊，實現視頻片段及圖片的采集，標記，分類，存儲和檢索，為視頻人工智能訓練平臺提供數據源，同時也為輸變配智能視頻應用提供視圖數據服務；

（4）大數據模塊，實現物聯網數據的存儲，分析及應用；

（5）視圖分析模塊，對視頻和圖像進行分析及處理，識別視頻和圖像的內容，提升視頻和圖像質量，快速發現和定位關注信息的系統；

（6）智能運維模塊，實現視頻云服務器、網絡設備、操作系統、應用服務的實時監控和智能運維［9］，實現攝像機的在線率分析、圖像質量診斷、錄像完整性分析，實現運維數據統計，實時告警和運維工單流轉；

（7）公共信息模型，實現對輸變配視頻及監控設備和數據的建模，實現視頻及監控數據與電網業務的融合應用。

（8）視頻數據服務與門戶，實現基礎應用，包括系統管理，資源管理，報警管理，智能運維，視頻監控，在線監測，實時報警等功能。

1.2 視頻云架構設計

輸變配一體化智能視頻監控平臺基于云架構設計，遵循南方電網相關標準，以海量感知數據的匯聚、數據共享與能力開放為目標［10-13］，支撐各類視頻業務應用及基于平臺開放服務接口共享視頻云服務。平臺通用云計算服務、海量視頻圖像存儲及解析服務、大數據計算服務等服務為一體的云計算能力，為用戶構建全面云化及統一管理的云計算中心。同時，平臺支持接入輸變配海量不同類型視頻數據，為各部門的業務應用持續發展提供平臺支撐。

電網視頻云平臺由電網視頻云中心及視頻云分布式節點組成：

（1）電網視頻云中心由后臺管理系統，視頻服務接口，Web應用服務接口組成。后臺管理系統負責視頻設備管理，視頻分組及應用場景管理，用戶角色權限管理；視頻服務接口為第三方應用系統提供視頻數據服務，包括實時視頻、歷史錄像回放、云臺控制、語音對講、視頻分析、視圖檢索應用等；Web應用服務接口，用于為Web端或移動終端提供門戶管理和門戶呈現，并為Web或移動端提供直播、點播、基礎數據和業務數據服務；

（2）電網視頻云分布式節點由視頻融合接入網關，標準信令服務器，流媒體服務器，視頻直播服務器以及視頻分析服務器組成。視頻融合接入網關由可擴展的視頻協議庫組成，視頻協議庫包括但不限于現有的各種視頻監控協議，包括公共協議和廠家私有協議，視頻融合接入網關可根據實際需要加載多種類型的視頻協議，實現不同類型的視頻監控設備接入、控制等，減少了構建系統所投入的軟硬件資源，也提高了系統的穩定性和可維護性；標準信令服務器將視頻融合接入網關與視頻終端直接的交互協議轉換為視頻云中心與視頻云分布式節點的標準協議，實現各種協議的視頻監控設備混合接入；流媒體服務器實現多種類型的視頻流數據接入，并將視頻流解析為標準的RTSP格式；視頻直播服務器將RTSP視頻流轉換為RTMP/HLV/FLV格式，同時接收視頻云中心的視頻直播指令，生成視頻直播的url地址，并將RTMP/HLV/FLV視頻流推送至客戶端或第三方系統；視頻分析服務器根據視頻云中心下發的視頻分析策略，獲取視頻直播服務器分發的視頻流進行實時視頻分析，并將分析的結果發送給視頻云中心。

1.3 視頻數據模型設計

（1）視頻監控：可分為安防監控、設備狀態監控、作業監督。安防監控：主要用于財產、人員等安全防護，包括變電站安防視頻監控、配電房安防監控、輸電隧道安防監控。設備狀態監控：主要為輸變配的主要設備及重要輔助設備的實時監控。作業監督：施工作業時，對施工作業人員的安全防護穿戴、操作的實時監督；

（2）環境監測：主要有環境溫濕度、風速、水位、氣體探測等環境監測量；

（3）設備監測：主要包括電網一二次設備運行狀態監測數據。

視頻與環境監控建模以ECIM中的監視控制和數據采集（SCADA）為原型創建框架結構［14］，描述監控和數據采集應用所使用的信息的實體，解決遙測和遙控數據信息。輸變配視頻數據模型采用面向對象建模方法，在南方電網公司企業公司信息模型（ECIM）為基礎上擴展視頻與環境監控包。

擴展的視頻與環境監控包主要描述了視頻監控和環境數據采集所使用的信息的實體，主要解決遙視數據信息。環境監測數據作為量測的子類，并不屬于遙視數據的范疇，集成于視頻與環境監控包中旨在填補環境量數據信息的空缺。

用戶可將視頻監控資源（包括攝像機，機器人的設備及預置位）通過可視化方式實現與電網自動化模型的一次設備、區域的關聯，同時（視頻資源一次設備）關系可自動編輯到電網CIM模型配置文件中并生成主配網CIM模型的視頻資源模型擴展片段，從而生成完整的涵蓋視頻資源的主配網模型。同時輸變配一體化智能視頻平臺提供方便的物聯網數據及視頻調閱和聯動功能，電網各大系統均可通過視頻的CIM擴展模型，直接請求并訪問一次設備的關聯視頻資源及物聯網監測資源，從而實現方便的視頻調閱及操作的視頻聯動。

1.4 多源視頻統一直播/點播功能設計

多源視頻統一直播/點播功能模塊由多協議視頻信令網關、視頻數據網關、視頻信令服務模塊、SRS流媒體服務模塊、Websocket通信組件、Web端視頻播放組件構成。其中多協議視頻信令網關、視頻數據網關實現多源視頻終端的接入管理，可以接入的終端包括但不限于可見光攝像機、紅外熱成像攝像機、布控攝像機、智能安全帽、無人機、智能手機、執法儀、4G太陽能攝像機等可以產生視頻流的設備，支持的協議包括但不限于GB 28181視頻監控協議、變電視頻及環境監控協議、輸電視頻及環境監控協議、執法儀視頻協議、無人機視頻協議、安全帽視頻協議以及廠家定義的自有協議；支持的視頻流包括：RTSP推流、RTMP推流、RTSP拉流、RTMP拉流、hls拉流、FFmpeg拉流和mp4文件點播等。

視頻信令網關接收和處理視頻終端的信令，視頻數據網關接收和處理視頻的數據。處理后的信令消息發送給視頻直播平臺的信令服務模塊，視頻數據發送給視頻直播平臺的SRS流媒體服務模塊。以上2個模塊將視頻信令及數據封裝，并通過Websocket通信協議對外提供視頻信令服務和視頻數據服務［15-17］。其中視頻信令為Websocket+json報文，視頻數據為Websocket-flv?？蛻舳藶g覽器通過flv.js實現視頻視頻直播，通過Websocket報文實現視頻控制和視頻終端控制。

根據Websocket接口的信令流和數據流，開發基于html5的Web客戶端視頻應用組件，該應用組件實現視頻的實時點播，歷史回放，語音對講，圖像抓拍，云臺控制等功能。由于該視頻應用組件采用html5技術進行實現，因此可以達到跨平臺，免插件的使用效果。

1.5 基于大數據的電網視圖庫功能設計

電網視圖大數據庫包括視圖數據采集模塊、視圖數據存儲系統、視圖數據分析管理系統組成，如圖1所示。

視圖大數據庫實現視圖數據的規范化采集、處理及存儲融合，通過規范視圖數據共享接口，實現視頻圖片資源查詢、訂閱、下發、級聯，實現視圖資源的統一共享與利用，為輸變配一體化智能監控平臺相關應用提供基礎支撐。

1.6 視頻智能分析功能設計

視頻云分析模塊由視圖接口，算法倉庫，智能分析引擎以及應用接口組成。

其中算法倉庫及智能分析引擎支持R-CNN、faster R-CNN、yolo、SSD、yoloV2、yoloV3等多種目標檢測算法，支持的算法設備檢測識別算法、環境檢測識別算法、作業行為識別檢測算法等。應用接口包括算法任務編排與調度、視頻分析服務、結構化數據檢索、分析任務啟?？刂?、分析任務查詢等。

2 輸變配一體化智能視頻監控云平臺應用效果

隨著輸變配一體化智能視頻監控云平臺的建成與上線，供電局的輸電、變電、配電、安監、安保相關視頻及動力環境監測數據均接入到該平臺［18］。目前該平臺已接入多種協議類型的攝像機及視頻采集終端1萬余路，傳感器5萬余個。同時基于輸變配一體化視頻監控平臺，第三方系統實現了輸電自動化監控指揮系統、變電站智能運檢系統、配電房智能運檢系統、智能安全監管系統。

2.1 一體化視頻監控

通過輸變配一體化視頻監控平臺，實現輸電、變電、配電、安監、安保等多類視頻采集裝置、多源視頻協議的統一設備接入、視頻調閱、回放、云臺控制等。

2.2 AR實景視頻監控

通過實景視頻融合，在視頻畫面中可添加區域攝像機標簽、電氣設備標簽，通過實景視頻進行導航，實現基于實景的設備全景信息展示。

2.3 基于電網公共信息模型的視頻管理及導航

通過電網公共信息模型對視頻監控系統進行建模，實現視頻監控系統與調度自動化系統、生產管理系統等業務系統的連通和數據共享，同時在輸變配一體化平臺上實現基于一次接線圖的視頻導航。

2.4 程序化操作視頻輔助

通過采用電網公共信息模型對視頻進行建模，實現與調度程序化操作系統的聯動。輸變配一體化視頻監控平臺接收程序化操作系統的操作票，依據操作流程，實現開關、刀閘等相關設備的視頻自動調閱和智能識別，實現開關、刀閘等設備程序化操作的雙確認。

2.5 智能巡視

基于設備狀態及表計相關識別算法，實現變電站智能巡視并生成智能巡視報表，并將巡視數據與變電站實際視頻數據進行融合，實現實景智能巡視、巡視結果復核。

2.6 智能安全管控

采集站內監控攝像機、智能安全帽監視圖像，結合全景視頻獲取作業人員實時位置信息，在實景視頻中展示作業人員畫中畫信息，并可對作業人員是否佩戴安全帽和工作服進行辨識標記［19］。對于重要區域或者盤柜，可遠程人工進行確認和控制打開，效果如圖2所示。

3 結語

廣州供電局通過建設輸變配一體化視頻監控云平臺，實現了供電局輸電、變電、配電、安監、安保等多類視頻采集裝置、多源視頻協議的統一設備接入、視頻調閱、回放、云臺控制等，實現輸變配視頻監控系統的統一建模，實現視頻圖片的統一采集、存儲、處理和檢索，實現人工智能算法的統一管理、任務調度，實現視頻監控云資源的統一管理，發放。同時通過輸變配一體化智能視頻基礎平臺的建設，支撐第三方系統的開發，實現電網智能化業務包括智能巡視、智能安全管控、智能操作輔助業務的開發及統一部署。

通過輸變配一體化視頻監控云平臺的建設，廣州供電局消除了局內各視頻監控系統的數據孤島，對外提供了視頻資源的共享與服務，實現視頻監控云平臺存儲、計算資源的統一管理與服務，為南方電網數字電網建設提供了強力支撐。

【參考文獻】

［1］ 陳洪雁，齊宏為，尹航.云數據中心在航天試驗任務領域智能運維一體化解決方案［J］.微電子學與計算機，2019，36（5）：39-43.

［2］ 陳汐，韓譯鋒，閆云鳳，等.目標物智能跟蹤與分割融合算法及其在變電站視頻監控中的應用［J］.中國電機工程學報，2020，40（23）：89-98.

［3］ 胡正平，張敏姣，李淑芳，等.智能視頻監控系統中行人再識別技術研究綜述［J］.燕山大學學報，2019，43（5）：5-21.

［4］ 王珂，趙晉泉，楊勝春，等.基于廣義主從分裂的輸配電網一體化分布式無功優化方法［J］.電力系統自動化，2019（3）：108-124.

［5］ 俞文靜，張明軍.視頻監控圖像目標運動軌跡智能增強方法仿真［J］.計算機仿真，2019，36（12）：141-144.

［6］ 郭亦文，耿林霄，胡勇，等.大數據智能控制一體化平臺及其體系架構［J］.熱力發電，2019（9）：22-27.

［7］ 黃景光，于楠，林湘寧，等.遠程備用智能保護一體化中心架構通信系統連通可靠性研究［J］.電力系統保護與控制，2020，48（1）：73-80.

［8］ 張巖，沙立成，陳茜，等.基于變電站巡檢機器人的視頻監控系統平臺開發及應用研究［J］.自動化與儀器儀表，2019（9）：90-92.

［9］ 張俊瑋.基于云平臺技術的配電臺區數據智能監控系統設計［J］.電子設計工程，2020，28（17）：85-89.

［10］ 何瑛，肖軍.基于ARM和無線通信技術的煤礦智能視頻監控系統的研究［J］.工業儀表與自動化裝置，2019（5）：30-32.

［11］ 高洋鴿.基于Hadoop的土壤化學特征數據存儲設云平臺設計［J］.粘接，2020，41（4）：40-44.

［12］ 李子乾，朱青，穆松鶴，等.云計算的智能電網大數據處理平臺［J］.粘接，2019，40（11）：169-173.

［13］ 王森強.物聯網大數據安全服務云平臺建設分析［J］.數字通信世界，2023，No.220（4）：56-58.

［14］ 趙璇.基于物聯網大數據云平臺的分支機構管理統籌建設［J］.電子技術與軟件工程，2021，205（11）：167-168.

［15］ 霍麗娥.基于PeOTN技術為基礎的智能視頻云接入方案研究［J］.長江信息通信，2023，36（4）：195-199.

［16］ 周慶東.基于智能視頻識別技術的作業告警系統［J］.電子設計工程，2020，28（5）：31-35.

［17］ 汪濤.智能視頻系統在人員管理中的應用——以水電廠為例［J］.湖南科技學院學報，2021，42（3）：20-26.

［18］ 王亮.基于分布式架構的智能視頻監控系統在廣東智慧水利的應用［J］.廣東水利水電，2021（12）：99-102.

［19］ 王佳，吳任博，周小光，等.基于云邊結合技術的電網智能視頻云架構設計與測試［J］.粘接，2023，50（10）：193-196.

收稿日期：2023-09-18；修回日期：2023-10-26

作者簡介：魏勇軍（1970-），男，高級工程師，主要從事電力自動化控制、云計算網絡安全研究；E-mail：284421644@qq.com。

引文格式：魏勇軍，劉 璇，齊 銳，等.輸變配一體化智能技術的視頻監控云平臺設計與應用［J］.粘接，2023，50（11）：185-188.