自無人值守變電站概念提出以來，不同專業(yè)的人們從不同的角度為“無人值守”這一概念努力著，安全監(jiān)控行業(yè)也不例外，很多廠家在變電站“四遙”的基礎上提出了“遙視”這一個概念。但“遙視”這一個概念不能完全覆蓋安全監(jiān)控，變電站安全監(jiān)控的內涵應該更廣，它不僅僅涵蓋視頻監(jiān)控還應包含環(huán)境量的檢測以及對視頻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)所表達內容的分析。然而這些努力的目的只有一個：讓我們的“無人值守”變電站運行的更加安全，這也是安全監(jiān)控的初衷?，F(xiàn)在，智能變電站的建設中也更加突出對變電站的安全監(jiān)控，這也是建設“智能堅強電網(wǎng)”和有關能源安全的一個組成部分。

　　系統(tǒng)特點

　　監(jiān)控對象類型復雜多樣

　　在變電站中為了安全目的需要監(jiān)控的對象類型較多，包括人、物和環(huán)境。設備和建筑物就其監(jiān)控而言最大的特點是“它們是固定的”，人大部分時間內是活動的，工具有時候是動的。根據(jù)這個特點在視頻上處理會采用不同的技術。

　　1、對人的監(jiān)控

　　雖然變電站是“無人值守”的，但總要有工作人員去巡檢、安檢、維修或施工等正常的工作，另外還有不請自來盜賊和恐怖分子，這都需要對“人”這個活動的目標進行監(jiān)控。對工作人員的監(jiān)控主要是防止誤操作、誤入?yún)^(qū)域和其他不規(guī)范的行為。對盜賊主要是防盜、防人為破壞。

　　2、對物的監(jiān)控

　　被監(jiān)控的物主要包括站內設備、建筑物、工具等，設備的監(jiān)控主要是從安全運行和其表觀方面進行，比如運行是否正常，外觀是否完好、有無破損等;對建筑物的監(jiān)控主要用于防盜，門窗圍墻是否有安全漏洞，是否有翻越非法入侵等。

　　3、對環(huán)境的監(jiān)控

　　與環(huán)境有關的監(jiān)控主要包括自然環(huán)境中的風、霜、雪、雨、雷電以及建筑物內的氣體。有關的量包括環(huán)境溫度、濕度，風向風速等。這部分監(jiān)控主要起到預防作用，監(jiān)控如雷雨大風、臺風、龍卷風、冰雹等惡劣天氣給室外設備可能造成的危害。建筑物內的氣體顏色變化、是否有害、溫濕度是否正常等。

　　監(jiān)控環(huán)境相對惡劣

　　由于變電站的選址要求，變電站多數(shù)建在荒郊野外，所處的雷擊、電暈、噪音、電磁場干擾等復雜環(huán)境，對監(jiān)控設施要求較高，尤其是高壓場地，對攝像機等核心設備的電磁兼容性要求很高，有的設備EMC指標要滿足《遠動終端設備》GB/T13729-2002規(guī)定中4級的要求。

　　空間范圍大且分散

　　變電站的分布相對分散，距離監(jiān)控中心遠，從幾公里到幾百公里不等。整個監(jiān)控網(wǎng)絡覆蓋范圍很大，必須分層級、分塊進行監(jiān)控管理。

　　帶寬限制技術要求高

　　成本、距離、環(huán)境和所承載業(yè)務較多因素，分配給監(jiān)控系統(tǒng)的帶寬有限，一般只有2M。所以應用時對壓縮技術、網(wǎng)絡傳輸技術的要求較高，諸如H.264編解碼標準、IP組播、RTP/RTCP、SIP等已經(jīng)成了基本要求。

　　拓撲結構

　　通常，在變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)中，攝像機不再是幾百幾千了，而是幾萬甚至幾十萬個，完全的集中管理平臺不具有可行性，必須采用多層級分布式架構的視頻環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，以下以某系統(tǒng)為原型介紹變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲結構。視頻環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)有兩個類型：一個是主站系統(tǒng)，一個是站端系統(tǒng)。站端系統(tǒng)部署在變電站或集控站，主站系統(tǒng)部署在地市級供電局或省級供電局。部署在地市級供電局的主站系統(tǒng)也可稱為地市級監(jiān)控中心，部署在省局的可稱為省級監(jiān)控中心。在全網(wǎng)范圍內能夠監(jiān)控所有站端的中心可稱為總控中心，其他監(jiān)控中心為分控中心(圖1)。

　　站端系統(tǒng)由站端處理單元RPU、視頻監(jiān)控設備、通信電源信息采集設備、環(huán)境量采集設備、報警控制設備、門禁管理設備、網(wǎng)絡設備、存儲設備等組成，實現(xiàn)對變電站現(xiàn)場視頻、通信電源信息及各種環(huán)境及門禁信息采集、處理、監(jiān)控等功能。站端設備通過三層交換機組網(wǎng)，滿足站端對光口接入和電口的接入要求。通過三層轉發(fā)功能接入到電力專網(wǎng)。[nextpage]

　　站端處理單元RPU由一組設備組成，包括：站端通信控制器、站端存儲單元、站端動力環(huán)境處理單元。

　　1、站端通信控制器：負責集中管理站端視頻監(jiān)控、環(huán)境告警、門禁等子系統(tǒng)，雙向轉發(fā)地區(qū)級主站與站端其他子系統(tǒng)設備的通信命令。通信控制器支持主備方式，支持堆疊方式，負責與地區(qū)級主站、站端設備的通信、控制，當主通信控制器發(fā)生故障時，備設備可以自動接管;

　　2、站端存儲單元：負責對前端攝像機視頻數(shù)據(jù)的存儲、點播回放等，支持網(wǎng)絡方式疊加擴充存儲容量。

　　3、站端動力環(huán)境處理單元：負責集中采集環(huán)境、告警、門禁等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對所采集數(shù)據(jù)按照配置進行存儲，并轉發(fā)至地區(qū)級主站。

　　站端系統(tǒng)構成最低層級，各地市供電局監(jiān)控中心構成第二層級，省電網(wǎng)監(jiān)控中心構成第三層級，監(jiān)控范圍逐步放大(圖2)。

　　整個網(wǎng)絡的通信由電力綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)絡作為支撐，所有接入網(wǎng)絡的設備都支持了IP網(wǎng)絡，包括前端的攝像機、傳感器和收斂采集設備，便于設備管理。

　　冗余設計

　　由于電力用戶對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高，系統(tǒng)采用冗余架構，以保證不間斷運行，這里主要采用的技術有服務器冗余和網(wǎng)絡冗余技術。

　　服務器冗余采用基于“心跳”和“數(shù)據(jù)庫共享”的雙機熱備方式，在Cluster系統(tǒng)基礎上由兩臺服務器組成，對客戶端來講他們是一個整體(圖3)。

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　　存儲設計

　　存儲總體上有以下可選的兩種設計方案：

　　1、分布式存儲

　　站端處理單元RPU能以系統(tǒng)定時錄像、報警啟動錄像、用戶手動錄像等多種方式啟動錄像功能，對所有攝像點的長時間循環(huán)錄像。在錄像存儲容量需求比較大時，可以通過配置多個模塊來滿足視頻監(jiān)控和錄像需求。該存儲方案可滿足對錄像功能及性能無特殊要求的常規(guī)變電站的錄像要求。當某個監(jiān)控點圖像需要進行存儲時，IPC與站端存儲設備建立TCP連接，然后將視頻流按照錄像協(xié)議封裝，采用磁盤預分配技術。

　　2、集中式存儲

　　可在站端或主站配置IP SAN存儲設備。對前端設備進行存儲計劃管理，可以根據(jù)存儲計劃動態(tài)調整存儲空間?？芍С侄囗桼AID策略，為數(shù)據(jù)存儲提供冗余保護。并可作為VOD點播服務器為歷史圖像回放提供支持，可進行快進、快退等各項RTSP播放控制。該存儲方案能夠滿足對錄像功能、性能及安全級別要求較高的應用需求。

　　當某個監(jiān)控點的圖像需要進行存儲時，IPC與IP SAN設備建立iSCSI連接，然后將存儲視頻流進行iSCSI協(xié)議封裝，直接采用數(shù)據(jù)塊的方式將視頻數(shù)據(jù)寫入IP SAN存儲設備中。通過這種方式，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的存儲不需要轉換為視頻文件，也不需要流媒體服務器。從而有效的規(guī)避了文件系統(tǒng)問題和流媒體服務器性能瓶頸問題，具備良好的可擴展性。

　　基于ISCSI編解碼器直接寫入IP存儲系統(tǒng)的集中監(jiān)控模式下，需要專門的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，管理軟件，實現(xiàn)監(jiān)控錄像數(shù)據(jù)的集中管理、檢索與調閱(圖4)。

　　系統(tǒng)功能

　　變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)可用“監(jiān)”、“控”、“查”、“管”、“報”五個字來概括。具體如下：

　　1、“監(jiān)”包括監(jiān)視和監(jiān)聽，即視頻與語音功能。

　　· 實時視頻瀏覽：對監(jiān)控范圍內的設備實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控;在可設定的間隔時間內對站內攝像機進行視頻巡檢，參與巡檢的對象可以任意設定，包括同一站端的不同攝像機、同一攝像機的不同預置位等，巡檢間隔時間可設置;具備視頻自動跟蹤、移動檢測等功能。

　　· 語音功能：變電站端場景錄音、傳輸和播放;實現(xiàn)實時與省級主站和地區(qū)級主站的雙向語音對講及語音廣播;實現(xiàn)雙向語音錄音功能，播放、保存、回放語音。

　　2、“控”即控制功能，包括PZT,預置位操作，云臺鎖定，支持云臺看守位。

　　· 支持對站內精密空調進行狀態(tài)讀取、開啟、關閉、升溫、降溫、調整出風等操作。

　　· 支持對站內門禁系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)讀取、開關控制及權限配置操作。

　　3、“查”即查詢功能，包括：各類信息的檢索和查詢，諸如告警信息查詢、錄像查詢及點播、查詢地圖、人員的登入登出、操作信息、事件調查和用戶審計、設備在線信息、用戶在線信息等，主要就是對數(shù)據(jù)的查詢操作。

　　4、“管”即管理功能，包括：設備管理、報警管理、用戶權限管理。[nextpage]

　　· 設備管理主要體現(xiàn)在“系統(tǒng)配置”和“參數(shù)調整”上。系統(tǒng)配置實現(xiàn)對所有前端設備(RPU、IPC)、與流媒體服務、存儲服務、數(shù)據(jù)庫服務、web服務的邏輯關系建立。參數(shù)調節(jié)主要起到對系統(tǒng)性能和適應性進行調節(jié)，諸如分辨率、幀率、碼流、圖像參數(shù)、聯(lián)動關系、報警參數(shù)、網(wǎng)絡參數(shù)的調整。

　　· 報警管理體現(xiàn)在報警參數(shù)預設、隊列和通知處理上。將報警分為站端系統(tǒng)軟硬件異常告警和監(jiān)測告警，其中監(jiān)測告警包括環(huán)境信息異常告警、消防告警、非法闖入告警、視頻異動告警(變化率的設置);告警可設置為嚴重告警、一般告警級別。

　　· 用戶權限的管理通常分為“用戶操作權限的分配”和“用戶有限控制權限的分配”。設備操作權限是根據(jù)用戶職能劃分的，以確定特定用的操作范圍。優(yōu)先權是對同一設備而言不同用戶的有限控制權。權限管理主要體現(xiàn)密碼保護、同級別先來先控、高級別高優(yōu)先、功能性權限和是提醒權限分開的原則。

　　5、“報”即報表分析及報表定制開發(fā)功能，包括：操作報表、運行日志報表、環(huán)境信息報表、告警信息報表等功能。通過報表可迅速實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，以輔助領導決策。同時，結合用戶實際應用要求可進行報表的定制開發(fā)。

　　企業(yè)標準

　　一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展標準的制定非常重要。變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)從上世紀末期開始實際應用以來，先后發(fā)布的企業(yè)標準有廣東電網(wǎng)2002年發(fā)布的《廣東省廣電集團有限公司電力遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術標準(試行)》Q/001-123.01-2002、鐵越公司2006年發(fā)布的《電力數(shù)字圖像遠程集中監(jiān)控系統(tǒng)》Q/TWE001-2006和廣東電網(wǎng)2009年發(fā)布的《廣東電網(wǎng)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》S.00.00.05/Q106-0001-0909-6098。文中所提到的站端處理單元RPU、視頻處理單元RVU、主站、站端、前端等術語在標準中均有定義，標準還對視頻編解碼標準、通信控制協(xié)議、級聯(lián)協(xié)議提出了具體要求，便于系統(tǒng)的互聯(lián)互通，規(guī)范了企業(yè)競爭行為，有力的促進了行業(yè)的健康發(fā)展。

　　發(fā)展方向

　　變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)十一五期間隨著電網(wǎng)建設的提速得到了快速發(fā)展， 其發(fā)展方向主要是智能化、高清化、平臺的集中統(tǒng)一和聯(lián)動。

　　1、智能化

　　隨著視頻智能分析技術的發(fā)展和智能電網(wǎng)概念的提出，變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)越來越向智能化的方向發(fā)展。智能化就是讓系統(tǒng)具有人類的思維，有判斷能力，利用模式識別和智能分析技術，將值班員長期盯屏幕的監(jiān)控狀態(tài)解脫出來，為監(jiān)控系統(tǒng)增加智能識別、預告警及智能檢索功能。具體分析模式有入侵探測、滯留、違規(guī)動作識別、危險行為識別等

　　· 技術難點：區(qū)域不規(guī)則、應用環(huán)境復雜，特別是場地設備都是長條桿狀成三維立體網(wǎng)結構，動作方向也各不相同，動作時間沒有規(guī)律性。

　　· 應用模式：采用對景深預先設置、勾畫區(qū)域絆線和定義行為來完成實際應用。

　　· 構架方式：目前多采用集中后端服務器方式，但隨著智能分析技術大量應用越來越多的人傾向于前端DSP方式，即分布式智能分析。

　　2、高清化

　　系統(tǒng)能夠呈現(xiàn)出來的圖像如果不清楚，它能提供的有效信息就會大打折扣。高清化是視頻監(jiān)控永恒的主題，高清化就是要看得清(輪廓)、看得準(色彩不失真)。目前市面上能支持高清(1080P)攝像機，變電站中都有應用，只是囿于帶寬等條件的限制還沒有普遍高清華，隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡技術的發(fā)展普遍高清應用是必然的趨勢。

　　3、平臺的集中統(tǒng)一

　　因為電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡承載的業(yè)務繁多，各個系統(tǒng)管理起來不方便，需要集中統(tǒng)一管理平臺，用統(tǒng)一的人機界面呈現(xiàn)給工作人員。特別是業(yè)務相近的系統(tǒng)諸如消防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、機房動力環(huán)境、桿塔監(jiān)控和應急指揮等不管是以那個平臺為基礎進行整合，目的都是通過平臺的集中統(tǒng)一，方便用戶管理。

　　4、聯(lián)動

　　聯(lián)動的核心就是數(shù)據(jù)交換、業(yè)務間相互通信，目的就是充分挖掘有用信息，通過技術手段提高對無人值守變電站管理水平。這里最重要的聯(lián)動就是與CSADA系統(tǒng)的聯(lián)動。

　　技術難點在于如何做好隔離，保證SCADA系統(tǒng)的安全，因為監(jiān)控系統(tǒng)往往有Web服務會連外網(wǎng)。而SCADA系統(tǒng)又是對變電站管理的基礎，馬虎不得。

　　結語

　　在近兩年電網(wǎng)建設不斷在加大投入大背景下，特別是十二五對電力行業(yè)的規(guī)劃以及智能堅強電網(wǎng)概念的提出，為變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)提供了廣闊的市場前景，它也必將迎來一個發(fā)展的光輝歲月!