國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院 余 昇 唐棟君

1.引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通、公安、金融證券、電信、電力等各個(gè)行業(yè)[2]。而現(xiàn)今電力行業(yè)中的視頻監(jiān)控系統(tǒng)往往只能達(dá)到調(diào)閱視頻、控制、系統(tǒng)設(shè)備告警等功能。越來(lái)越不能滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)用戶對(duì)電力生產(chǎn)安全狀況進(jìn)行及時(shí)掌握的需求。所以研究并實(shí)現(xiàn)一種適用于智能水電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)技術(shù)十分必要。

2.水電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

在水利水電領(lǐng)域，水電廠是一種生產(chǎn)型的企業(yè)，電廠的一切設(shè)備都是服務(wù)于生產(chǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)也一樣，其主要的目標(biāo)也在于輔助安全生產(chǎn)，其目標(biāo)是監(jiān)視電廠各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)量和勞動(dòng)強(qiáng)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種危險(xiǎn)狀況，制止事故的發(fā)生，且隨著我國(guó)許多水電站及變電站實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班、少人值守”的運(yùn)行管理模式，在較少運(yùn)行人員的情況下，為有效地保障電站安全可靠的運(yùn)行，運(yùn)行管理人員借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行水利水電工程內(nèi)設(shè)備監(jiān)視控制的同時(shí)能夠觀看遠(yuǎn)方穩(wěn)定而且清晰的現(xiàn)場(chǎng)圖像信息的愿望更為迫切。所以，大部分水電廠已經(jīng)完成視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)。

然而，由于受視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的影響，許多水電廠仍然采用數(shù)模結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以模擬視頻切換矩陣、數(shù)字硬盤(pán)錄像機(jī)為核心，前端視頻圖像采集主要采用模擬攝像機(jī)。目前已建設(shè)完成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能相對(duì)單一，僅實(shí)現(xiàn)了水電站視頻圖像觀看、云臺(tái)控制和基本的報(bào)警功能聯(lián)動(dòng)，不能接入火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、智能門(mén)禁系統(tǒng)、電子巡檢、在線監(jiān)測(cè)、綜合自動(dòng)化及其它計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，限制了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的橫向互聯(lián)功能，已經(jīng)無(wú)法滿足未來(lái)水電廠數(shù)字化、智能化的總體發(fā)展趨勢(shì)。所以，建設(shè)一套能與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化聯(lián)動(dòng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯得十分重要。

3.視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)端聯(lián)動(dòng)技術(shù)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以與水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，即計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生告警信號(hào)時(shí)，通過(guò)接口傳給視頻監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入服務(wù)，服務(wù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)議的信令傳送給視頻監(jiān)控系統(tǒng)中心管理服務(wù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)原理如圖1所示。

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)流程包括告警數(shù)據(jù)傳輸、回復(fù)確認(rèn)、告警數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)動(dòng)動(dòng)作產(chǎn)生幾個(gè)過(guò)程：

(1)告警數(shù)據(jù)傳輸

告警數(shù)據(jù)指計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的告警事件，以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的形式傳輸給視頻監(jiān)控系統(tǒng)。若告警事件被成功接收，則回復(fù)成功消息給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

(2)告警數(shù)據(jù)接入

視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有獨(dú)立告警聯(lián)動(dòng)模塊，用于接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，接收其產(chǎn)生的聯(lián)動(dòng)信號(hào)，如機(jī)組開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)、刀閘開(kāi)、合等信息。

(3)數(shù)據(jù)處理

視頻監(jiān)控系統(tǒng)用戶對(duì)指定告警進(jìn)行聯(lián)動(dòng)配置，當(dāng)產(chǎn)生告警時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)讀取配置判斷該條告警需要進(jìn)行的聯(lián)動(dòng)類(lèi)型，例如彈出視頻、進(jìn)行錄像、調(diào)用攝像機(jī)預(yù)置位等。

(4)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)

通過(guò)一系列信令交互及視頻流傳輸，視頻監(jiān)控系統(tǒng)將執(zhí)行告警事件對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。例如將告警視頻在展現(xiàn)界面中播放，調(diào)用相應(yīng)預(yù)置位，或?qū)⒏婢录?duì)應(yīng)攝像機(jī)進(jìn)行錄像，以備后期可查。

圖1 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)架構(gòu)

圖2 視頻系統(tǒng)告警接入模塊設(shè)計(jì)

圖3 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)流程設(shè)計(jì)

圖4 告警相關(guān)畫(huà)面顯示

4.視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入模塊設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，即水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生告警信號(hào)時(shí)，通過(guò)接口傳給視頻監(jiān)控系統(tǒng)告警接入服務(wù)，服務(wù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)議的信令傳送給中心管理服務(wù)進(jìn)行處理。

4.1 模塊主要功能

●將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的告警信息轉(zhuǎn)換為符合視頻監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)議的數(shù)據(jù)報(bào)文。

●實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)告警信息。

4.2 模塊架構(gòu)

圖2為視頻系統(tǒng)告警接入模塊設(shè)計(jì)。

●應(yīng)用層：主要是協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)模塊；

●控制層：實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)服務(wù)模塊的框架構(gòu)建，對(duì)其他所有模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，由主控制模塊構(gòu)成；

●通信層：有串口通信模塊組成，在模塊中起到串口數(shù)據(jù)的收發(fā)作用。

5.聯(lián)動(dòng)流程設(shè)計(jì)

針對(duì)告警聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)出一套簡(jiǎn)潔、完整、實(shí)用且穩(wěn)定的信令流程，如圖3所示。

告警觸發(fā)及聯(lián)動(dòng)流程如上圖所示，其中：

●告警事件通知。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)自定義協(xié)議，將告警事件通知視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入模塊，數(shù)據(jù)包括電廠號(hào)、事件編號(hào)、事件描述信息。

●告警事件確認(rèn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)成功接收并解析告警事件通知后，給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送確認(rèn)信息，告知計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)告警通知已被成功接收。

●告警事件通知。視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入模塊通過(guò)查找數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)事件ID與聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)ID進(jìn)行比對(duì)，將聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)ID、預(yù)置位ID信息傳送給中心管理模塊進(jìn)行聯(lián)動(dòng)處理。

●告警聯(lián)動(dòng)通知。視頻監(jiān)控系統(tǒng)中心管理模塊接收到告警聯(lián)動(dòng)通知報(bào)文后，確定彈出告警視頻、調(diào)用預(yù)置位、錄像等聯(lián)動(dòng)行為組合，并將彈出告警視頻通知應(yīng)用客戶端。同時(shí)，中心管理服務(wù)調(diào)用相應(yīng)攝像機(jī)預(yù)置位，并進(jìn)行相關(guān)錄像指令的發(fā)送。

●告警聯(lián)動(dòng)確認(rèn)應(yīng)用客戶端收到告警聯(lián)動(dòng)通知后，發(fā)送回執(zhí)信息確認(rèn)信息的接收，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)攝像機(jī)的視頻請(qǐng)求。在展現(xiàn)頁(yè)面指定窗口上將彈出告警視頻畫(huà)面。

6.聯(lián)動(dòng)協(xié)議設(shè)計(jì)

為了使信息和數(shù)據(jù)能夠在兩系統(tǒng)之間可靠、高效的傳輸，必須制定一套穩(wěn)定、可靠、高效的傳輸協(xié)議。在MODBUS協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)特征，做了相應(yīng)修改和創(chuàng)新。以下是傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及報(bào)文定義。

字段定義 站地址 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)碼(CRC16)字段長(zhǎng)度 1 byte N byte 2 byte

(1)站地址(占1字節(jié))

每個(gè)站代表一套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，均需規(guī)定一個(gè)唯一的站地址，即唯一標(biāo)識(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的站地址。只有被尋址到的站才能響應(yīng)包含該站地址的詢(xún)問(wèn)。當(dāng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)答計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)告訴計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是哪一個(gè)站進(jìn)行通訊。

(2)數(shù)據(jù)

標(biāo)識(shí)廠號(hào)、告警事件號(hào)、事件描述信息，其結(jié)構(gòu)如下所示：

總廠號(hào)（高位）總廠號(hào)（低位）攝像頭號(hào)（高位）攝像頭號(hào)（低位）

(3)校驗(yàn)碼(占2字節(jié))

RTU傳送方式只能用循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。

循環(huán)碼形成方法：將報(bào)文F(X)乘以X16(左移16位)，再用發(fā)生多項(xiàng)式(G(X)=X16+X15+X2+1)來(lái)除，得16位余數(shù)R(X)，將余數(shù)R(X)附在報(bào)文F(X)后，就得到包含CRC16校驗(yàn)碼的發(fā)送的報(bào)文，也就是循環(huán)碼。接收端在收到包含CRC16校驗(yàn)碼的報(bào)文后，用同樣的發(fā)生多項(xiàng)式G(X)=X16+X15+X2+1(18005H)來(lái)除，如果通訊無(wú)錯(cuò)，則所得的余數(shù)應(yīng)為“0”。

進(jìn)行串行傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備，總是先發(fā)送每個(gè)字符的最低有效位(LSB)，但在生成CRC時(shí)，發(fā)送的第一位卻是最高有效位(MSB)，由于在運(yùn)算時(shí)不考慮進(jìn)位，在計(jì)算CRC時(shí)假設(shè)MSB位于最右端，發(fā)生多項(xiàng)式(18005H)的位次序可以顛倒過(guò)來(lái)，又由于發(fā)生多項(xiàng)式的最高有效位只影響商數(shù)而不影響余數(shù)，這樣發(fā)生多項(xiàng)式(18005H)就變?yōu)锳001H。CRC16校驗(yàn)碼可以用“異或”和“移位”代替除法運(yùn)算得到。

為保證傳輸質(zhì)量，該協(xié)議滿足以下原則：工業(yè)電視系統(tǒng)側(cè)收到報(bào)文后，進(jìn)行CRC校驗(yàn)，若報(bào)文正確，發(fā)送跟收到相同的報(bào)文作為回應(yīng)；否則，不回應(yīng)；

集控側(cè)若沒(méi)收到回應(yīng)，該條報(bào)文將連續(xù)發(fā)送三次；

集控側(cè)若沒(méi)收到回應(yīng)的次數(shù)超過(guò)某值N_MAX后，將報(bào)“集控側(cè)與工業(yè)電視通訊故障”。

7.聯(lián)動(dòng)效果展現(xiàn)

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)效果展現(xiàn)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用客戶端中，系統(tǒng)接收到告警信息后，可彈出相關(guān)視頻畫(huà)面，以下截取了視頻聯(lián)動(dòng)技術(shù)在某水電廠的應(yīng)用，其中告警聯(lián)動(dòng)畫(huà)面如圖4所示。

8.結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)水電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)做了簡(jiǎn)單介紹，其次通過(guò)模塊設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)、消息內(nèi)容設(shè)計(jì)幾個(gè)層面詳細(xì)闡述了視頻監(jiān)控系統(tǒng)與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接及聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。該技術(shù)已經(jīng)成功運(yùn)行于生產(chǎn)環(huán)境，運(yùn)行穩(wěn)定。下一步的研究主要集中在視頻系統(tǒng)與電廠多系統(tǒng)對(duì)接及聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)上。

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