王世文，謝 波

(河南省電力通信自動化公司，河南 鄭州 450052)

責(zé)任編輯:任健男

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃，電力通信網(wǎng)數(shù)字化、寬帶化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展進(jìn)一步推動了智能變電站的興起，而且智能變電站對視頻監(jiān)控的需求越來越高，高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在未來將會全力支撐智能電網(wǎng)的發(fā)展［1］。2010年，國家電網(wǎng)公司頒布《國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)－電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》規(guī)范［2］，進(jìn)一步規(guī)范了全網(wǎng)各視頻監(jiān)控站點和各級監(jiān)控中心的建設(shè)模式和標(biāo)準(zhǔn)，將推動電力行業(yè)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展。

1 WOPN無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸通道

高清視頻監(jiān)控的視頻畫質(zhì)清晰、成像分辨力高，調(diào)閱多個高清攝像機監(jiān)控點的視頻，需要足夠大的帶寬，高清攝像機即使采用H.264等高壓縮比的算法壓縮后依然需要多達(dá)每路數(shù)兆的帶寬，勢必造成電力專網(wǎng)廣域網(wǎng)系統(tǒng)的帶寬的瓶頸，很大程度上限制了“企業(yè)級”大規(guī)模高清視頻應(yīng)用，電力專網(wǎng)帶寬需求是高清視頻發(fā)展迫切需要解決的問題之一。WPON無源光網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前光通信行業(yè)內(nèi)的前沿技術(shù)，其將波分復(fù)用技術(shù)運用在PON中［3］，為高清視頻監(jiān)控提供了專用IP網(wǎng)絡(luò)通道，很好地解決了傳輸帶寬的問題，具有以下優(yōu)勢:

1)WPON具有高速率、支持多業(yè)務(wù)、傳輸距離遠(yuǎn)、擴展性和擴容性強等優(yōu)點，特別適合電力專網(wǎng)變電站群遠(yuǎn)距接入IP業(yè)務(wù)的需求，適合大顆粒IP數(shù)據(jù)包的傳送。

2)WPON具備智能電網(wǎng)通信所要求的高速雙向、高可靠性、高帶寬的特點，在雙鏈狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中實現(xiàn)多斷點條件下的光網(wǎng)絡(luò)自愈功能。

3)WPON系統(tǒng)對業(yè)務(wù)完全透明，無需任何封裝協(xié)議，各波長相互獨立工作，同一PON口下所有ONU物理隔離，所承載的業(yè)務(wù)之間采用專業(yè)交換芯片進(jìn)行物理隔離，具有極高的安全性。

4)WPON網(wǎng)管系統(tǒng)可以進(jìn)行靈活的業(yè)務(wù)、安全、通道及設(shè)備維護(hù)等綜合管理，在實際應(yīng)用中組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便。

2 高清視頻智能平臺系統(tǒng)構(gòu)架

基于WPON和SIP協(xié)議的變電站高清視頻智能監(jiān)控平臺采用分層設(shè)計的架構(gòu)，將平臺分為4層，由下至上分別為接入層、交換層、核心層和業(yè)務(wù)層?；谲浗粨Q的視頻監(jiān)控統(tǒng)一通信平臺分層架構(gòu)見圖1。

圖1 基于軟交換的視頻監(jiān)控平臺分層架構(gòu)

2.1 接入層

接入層主要包括前端系統(tǒng)各個廠商的視頻服務(wù)器(DVS)、硬盤錄像機(DVR)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(SIP協(xié)議)、各類報警輸入/輸出裝置和輸電線監(jiān)測系統(tǒng)等，實現(xiàn)對變電站視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集，對非標(biāo)準(zhǔn)格式的前端系統(tǒng)或設(shè)備通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為符合國家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)標(biāo)中定義的標(biāo)準(zhǔn)接口接入平臺，并通過WPON無源光網(wǎng)絡(luò)與平臺連接，對于前端標(biāo)準(zhǔn)的SIP高清網(wǎng)絡(luò)攝像機無須經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)直接接入平臺。

2.2 交換層

傳輸網(wǎng)絡(luò)由WPON無緣光網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備與千兆交換機交換設(shè)備組成，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的承載基礎(chǔ)。交換層將各系統(tǒng)設(shè)備通過協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)，把信令控制協(xié)議統(tǒng)一為SIP協(xié)議，把媒體控制協(xié)議統(tǒng)一為RTCP和RTSP協(xié)議，把媒體傳輸協(xié)議統(tǒng)一為RTP協(xié)議［4－5］，將數(shù)據(jù)封裝傳輸轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的音視頻數(shù)據(jù)接入統(tǒng)一平臺。

2.3 核心層

核心層主要由軟交換服務(wù)單元、流媒體回放服務(wù)單元、錄像存儲服務(wù)單元、媒體轉(zhuǎn)發(fā)分發(fā)服務(wù)單元、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)單元、Web服務(wù)單元、認(rèn)證服務(wù)單元和輸電線數(shù)據(jù)分析服務(wù)單元等組成，完成呼叫的認(rèn)證、建立及媒體流存儲、分發(fā)等相應(yīng)功能，為用戶提供網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務(wù)。

2.4 業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層主要包括監(jiān)控中心視頻客戶端、維護(hù)客戶端、應(yīng)急指揮中心客戶端、IE通用客戶端、SIP協(xié)議可視話機、多媒體終端等設(shè)備，實現(xiàn)對多媒體信息的展示、監(jiān)控和對多業(yè)務(wù)平臺的管理功能。與多媒體調(diào)度通信系統(tǒng)、IP視頻會議系統(tǒng)、軟交換系統(tǒng)、WiFi/3G手機、程控交換機進(jìn)行融合，實現(xiàn)互聯(lián)互通，達(dá)到統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一管理的目的。

3 智能平臺協(xié)議交互流程

省級視頻監(jiān)控平臺通過電力信息網(wǎng)與地市供電公司視頻監(jiān)控平臺互聯(lián)，地市供電公司視頻平臺與變電站通過WPON無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)。智能視頻監(jiān)控平臺基于SIP會話初始協(xié)議，它是由IETF組織提出的在IP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多媒體通信的應(yīng)用層控制協(xié)議，以下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)SIP協(xié)議為基礎(chǔ)構(gòu)建的智能電網(wǎng)視頻監(jiān)控平臺能夠承載高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量［6］，平臺間采用符合國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》的規(guī)范要求設(shè)計。

軟交換服務(wù)器完成SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)和路由，AAA認(rèn)證服務(wù)器完成用戶認(rèn)證和鑒權(quán)，管理服務(wù)單元實現(xiàn)各服務(wù)單元、接入前端設(shè)備用戶的管理及對服務(wù)器的訪問，協(xié)議轉(zhuǎn)換單元完成前端設(shè)備接入，轉(zhuǎn)發(fā)分發(fā)服務(wù)單元完成媒體轉(zhuǎn)發(fā)和分發(fā);流媒體服務(wù)單元實現(xiàn)媒體流式回放，錄像服務(wù)單元實現(xiàn)媒體集中存儲。軟交換協(xié)議平臺組成單元及協(xié)議見圖2。

圖2 軟交換協(xié)議平臺組成單元及協(xié)議

平臺各組成部分基于指定的協(xié)議攜帶交互信息，完成UA(平臺內(nèi)軟件以及客戶端軟件)注冊和注銷，協(xié)議轉(zhuǎn)換單元注冊和注銷，訪問實時音視頻和結(jié)束實時音視頻，開始和結(jié)束錄像，開始和結(jié)束回放等功能［7］。圖3是以協(xié)議轉(zhuǎn)換單元注冊說明各功能單元如何通過SIP協(xié)議傳遞注冊流程信息。

圖3 協(xié)議轉(zhuǎn)換單元注冊流程

4 高清視頻接入方案

視頻監(jiān)控統(tǒng)一服務(wù)平臺主要由軟交換服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、網(wǎng)管服務(wù)器、Web服務(wù)器、電視墻服務(wù)器、監(jiān)控客戶端、管理客戶端等主要設(shè)備組成，提供各種遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控所需功能，實現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的統(tǒng)一服務(wù)［8］。平臺可以通過客戶端工作站和大屏幕電視墻同步實時顯示變電站視頻圖像信息［9］，高清視頻組成結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 高清視頻組成結(jié)構(gòu)圖(截圖)

4.1 變電站原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入

前端變電站原有視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的各個不同廠家、不同型號的硬盤錄像機(DVR)或視頻服務(wù)器(DVS)、IP攝像機和控制設(shè)備通過內(nèi)部局域網(wǎng)與協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)相連。變電站視頻監(jiān)控端通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的RTP將視頻數(shù)據(jù)流發(fā)給監(jiān)控中心，遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通過SIP(RTCP，RTSP)向變電站視頻監(jiān)控端發(fā)送控制和操作命令。實現(xiàn)用戶訪問遠(yuǎn)端不同視頻廠家的攝像機和對遠(yuǎn)端攝像機的視頻實時監(jiān)控。

4.2 變電站高清視頻監(jiān)控接入

在變電站龍門架設(shè)計位置安裝高清攝像機以及傳感系統(tǒng)，變電站是強電磁環(huán)境，對前端高清攝像機設(shè)備的抗干擾性要求嚴(yán)格，變電站現(xiàn)場具有強電磁場和傳輸距離長的特點，高清攝像機采用光纖接口輸出視頻的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可解決電磁干擾和傳輸距離問題。前端變電站部署的高清攝像頭設(shè)備通過內(nèi)部局域網(wǎng)與協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)相連，協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)對其私有信令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，把控制協(xié)議統(tǒng)一為SIP協(xié)議，把媒體控制協(xié)議統(tǒng)一為RTCP和RTSP協(xié)議，把媒體傳輸協(xié)議統(tǒng)一為RTP協(xié)議，并將數(shù)據(jù)封裝通過WPON傳輸至上級主站中心平臺，實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控的接入。

4.3 輸電線監(jiān)測系統(tǒng)接入

輸電線檢測系統(tǒng)集成了各種氣象條件參數(shù)監(jiān)測功能，將線路導(dǎo)線的重量變化、絕緣子的傾斜角/風(fēng)偏角以及桿塔受力變化等參數(shù)實時采集后，進(jìn)行壓縮處理，通過WLAN無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸數(shù)據(jù)至平臺，智能平臺進(jìn)行微氣象數(shù)據(jù)、覆冰載荷、覆冰生長機理、導(dǎo)線舞動、桿塔和金具強度等參數(shù)的分析，結(jié)合智能軟件和各種修正理論模型給出冰情預(yù)報，及時給出除冰信息，計算出覆冰危害程度，讓生產(chǎn)部門及時準(zhǔn)確地了解氣象預(yù)報盲區(qū)或局部地區(qū)的氣象狀況，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，采用聲、光報警，最終使高清視頻平臺軟件實現(xiàn)智能分析傳感器采集信息與圖像之間的聯(lián)動，提高對變電站發(fā)生事故時的應(yīng)急處置能力。

5 結(jié)束語

數(shù)字圖像處理技術(shù)、傳輸通信技術(shù)、多媒體技術(shù)以及智能分析技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步推動了智能化變電站高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展，以WPON無源光網(wǎng)絡(luò)大帶寬傳輸通道為依托、SIP協(xié)議軟交換為構(gòu)架，構(gòu)建視頻智能化、網(wǎng)絡(luò)寬帶化、集成平臺化、圖像高清化的高清視頻監(jiān)控平臺，可以實現(xiàn)變電站視頻圖像信息多級共享，為電力企業(yè)帶來潛在的經(jīng)濟效益。

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