石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫(kù)管理處，河北　遷西　064300）

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大黑汀水電站的應(yīng)用

石明忠

（水利部海委引灤局 大黑汀水庫(kù)管理處，河北遷西064300）

大黑汀水電站具有廠區(qū)分布較寬、運(yùn)行設(shè)備較多等特點(diǎn)，在近年來電站運(yùn)行人員逐年減少的情況下，如何更加有效地保障電站安全可靠地運(yùn)行呢？在這樣的需求下，大黑汀水電站選擇視頻監(jiān)控系統(tǒng)來作為電站機(jī)組設(shè)備運(yùn)行管理的補(bǔ)充手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站機(jī)組設(shè)備運(yùn)行及廠站環(huán)境的全方位監(jiān)控管理。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)；大黑汀水電站；應(yīng)用

1　總體設(shè)計(jì)思路及功能要求

大黑汀水電站為水利部海委引灤工程管理局大黑汀水利樞紐工程的一部分，位于河北省遷西縣城北5km的灤河干流上，地處燕山山脈山區(qū)?？紤]到山區(qū)防雷以及水電站復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的影響，為提高防雷能力和傳輸可靠性，大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了全光傳輸技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下進(jìn)行搭建的設(shè)計(jì)思路，為高清（1080P）IP網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。它以全光IP網(wǎng)絡(luò)，MPEG4/H.264壓縮技術(shù)、千兆網(wǎng)絡(luò)交換、流媒體等技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）可實(shí)現(xiàn)12路960P準(zhǔn)高清網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)及反向控制信號(hào)接入；（2）可實(shí)現(xiàn)12路視頻信號(hào)接入、回放和存儲(chǔ)；（3）可實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)壓縮編碼后的網(wǎng)絡(luò)接入功能；（4）可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻信號(hào)光傳輸；（5）實(shí)現(xiàn)12路視頻信號(hào)在監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)對(duì)大黑汀水電站重點(diǎn)建筑物、機(jī)電設(shè)備環(huán)境及運(yùn)行情況的安全監(jiān)控功能；（6）監(jiān)視水輪機(jī)組及附屬設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、異常情況，監(jiān)視低壓配電室及10kV高壓配電室儀器儀表運(yùn)行狀態(tài)、異常情況，監(jiān)視升壓站、變壓器現(xiàn)場(chǎng)情況、異常情況及工況等。

2　視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1采用先進(jìn)的視頻編碼技術(shù)

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)（Network Video Recorder，NVR），是以國(guó)際先進(jìn)的MPEG4/H.264編碼技術(shù)為基礎(chǔ)對(duì)采集的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)。該編碼技術(shù)在本系統(tǒng)中可以針對(duì)運(yùn)動(dòng)物體（人、運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備）的編碼分配較高的碼率，而對(duì)靜止的環(huán)境背景分配較少的碼率，這樣就保證了在有限的處理時(shí)間和資源的情況下壓縮視頻中被監(jiān)控目標(biāo)具有較高的清晰度。

2.2基于全光架構(gòu)的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸載體

大黑汀水電站12路視頻終端均為960P規(guī)格，其單路碼流帶寬約為4M左右，12路帶寬為48M左右。以100M以太網(wǎng)為例，在確保流暢的前提下，實(shí)際上同時(shí)只能承載24路左右的高清圖像，但如果同一視頻源有多個(gè)用戶訪問，占用的帶寬會(huì)更大，再考慮到以后擴(kuò)充視頻終端數(shù)量，100M以太網(wǎng)無疑成為數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i，換成千兆以太網(wǎng)可以承擔(dān)幾十路，對(duì)于大黑汀水電站這樣十幾路多用戶訪問的高清監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效解決。

同時(shí)，以光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)在山區(qū)水電站監(jiān)控系統(tǒng)中作為首先還體現(xiàn)在以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（1）大通信量，適用遠(yuǎn)距離傳輸。光纖通信具有很寬的傳輸頻帶，理論上可以達(dá)到30億MHz，足可以保證數(shù)字高清信號(hào)的傳輸帶寬和質(zhì)量。傳統(tǒng)的同軸電纜及雙絞線根本無法與其比擬。所以在高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸中光傳輸架構(gòu)成了理想基礎(chǔ)技術(shù)。

使用雙絞線傳輸高清信號(hào)有效距離不過百米，傳統(tǒng)的同軸電纜傳輸有效距離也不過為幾百米；而用光纖可傳輸幾公里甚至幾十公里遠(yuǎn)。對(duì)于降低高清信號(hào)通信成本、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別重要的意義。

（2）電站環(huán)境下適應(yīng)性強(qiáng)，抗電磁干擾，無串音干擾。水電站的環(huán)境復(fù)雜，其正常運(yùn)行時(shí)的高電壓、大電流以及開關(guān)操作產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾等相互作用，構(gòu)成了復(fù)雜的電磁環(huán)境，電力系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾也更嚴(yán)重和復(fù)雜，同軸電纜及雙絞線作為高清視頻傳輸媒介在水電站復(fù)雜的電磁環(huán)境中無法保證圖像的傳輸質(zhì)量。由于光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化干擾，不受電磁場(chǎng)和電磁輻射的影響，且在光纜內(nèi)多光纖也無串音干擾，提供了比銅線更清晰的信號(hào)。

（3）便于施工維護(hù)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。光纖具有抗張強(qiáng)度好，質(zhì)量小的特點(diǎn)，而且比較小巧，所以光纜能最大限度地?cái)U(kuò)大配線管道的使用率，并且能夠盡可能地減少安裝問題。通過以下的數(shù)字可以分析出光纖的優(yōu)勢(shì)，1 000根1km長(zhǎng)的雙絞線重達(dá)8 000kg，而容量更大的1km長(zhǎng)的兩根光纖的重量只有100kg重，這就極大減少了必須維護(hù)的昂貴機(jī)械支撐系統(tǒng)的需要，所以光纖要?jiǎng)龠^銅線。

以光纖為傳輸介質(zhì)的系統(tǒng)擴(kuò)展能力很強(qiáng)，由于光纖的通頻帶很寬，且抗化學(xué)腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。投資一次形成物理鏈路后，即可在原有鏈路的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)容，只需更換設(shè)備部分，而不必更換原有的光纖網(wǎng)絡(luò)，大大地節(jié)約系統(tǒng)的升級(jí)成本。

2.3基于TCP/IP分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)即采用了基于TCP/IP分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)，可以讓數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分發(fā)、交換、復(fù)用，用戶能隨時(shí)隨地進(jìn)行監(jiān)控、管理，并且可以讓監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)無縫對(duì)接。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。在大黑汀水電站局域網(wǎng)范圍內(nèi)能夠使多個(gè)用戶共用一套中心控制平臺(tái)，并通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控及視頻圖像的控制、錄像、存儲(chǔ)、回放以及相關(guān)的應(yīng)用管理。同時(shí)還引入了許多新的數(shù)字化技術(shù)成果（如圖像識(shí)別技術(shù)），彌補(bǔ)了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的不足，提供了增值業(yè)務(wù)能力，擴(kuò)展了功能和范圍，提高了系統(tǒng)的性能和智能化。

圖1　大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.4基于先進(jìn)的視頻服務(wù)及控制軟件

大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用了海康威視公司的主流監(jiān)控設(shè)備及iVMS-4200網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控軟件系統(tǒng)。iVMS-4200適用于嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、混合型網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備（CVR）、網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、NVR，IP Camera，IP Dome，PCNVR和解碼設(shè)備、云服務(wù)設(shè)備，支持實(shí)時(shí)預(yù)覽、遠(yuǎn)程配置設(shè)備參數(shù)、錄像存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程回放和下載、報(bào)警信息接收和聯(lián)動(dòng)、電視墻解碼控制、電子地圖、日志查詢等多種功能。

iVMS-4200特別針對(duì)大黑汀水電站這類小型系統(tǒng)，還可以將多個(gè)組件安裝在同一PC上，進(jìn)行高度集成；同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)超級(jí)管理員，管理員和操作員三級(jí)用戶權(quán)限管理和多達(dá)50個(gè)用戶的賬戶管理，并充分滿足各個(gè)系統(tǒng)的權(quán)限管理。

3　應(yīng)用效果

大黑汀水電站全光傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)布放如圖2所示。

供電方案采取就近集中供電原則：升壓站2個(gè)監(jiān)控點(diǎn)、渠首電站6個(gè)監(jiān)控點(diǎn)取自渠首電站220V直流經(jīng)電力逆變器逆變后集中供電；河床電站4個(gè)監(jiān)控點(diǎn)取自河床電站220V直流經(jīng)電力逆變器逆變后集中供電。

視頻監(jiān)控中控室設(shè)在渠首電站中控室，并在交接班值班室與渠首電站中控室各設(shè)一個(gè)監(jiān)控工作站。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，易于操作，監(jiān)控點(diǎn)布置合理，影像清晰；通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控客戶端軟件，主管領(lǐng)導(dǎo)及運(yùn)行管理人員可以及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取現(xiàn)場(chǎng)情況，體現(xiàn)了以人為本的運(yùn)行管理理念，實(shí)現(xiàn)了工作人員在遠(yuǎn)離惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下（如雷雨、冰雹、風(fēng)暴等）實(shí)現(xiàn)對(duì)電站設(shè)備及附屬設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不間斷巡視監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端無人或少人值守的目的，起到了減員增效的作用，同時(shí)對(duì)大黑汀水庫(kù)管理處東渠首小水電的無人值守方案設(shè)計(jì)起到了借鑒作用。

圖2　大黑汀水電站全光傳輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)布放

4　結(jié)語(yǔ)

由于各個(gè)水電站對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求的不同，以上只是針對(duì)大黑汀水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)作了一個(gè)簡(jiǎn)單的解析，不妥之處敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正，希望此文能夠在技術(shù)方面為其他水電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)起到一定的借鑒作用。

［1］西剎子.智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實(shí)踐［M］. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.

［2］周迪.玩轉(zhuǎn)IP看監(jiān)控［M］. 北京：電子工業(yè)出版社，2015.

Application of video monitoring system

Shi Mingzhong
（Daheiting Reservoir Management Offce of Luanhe Ministry of Water Conservancy， Qianxi 064300， China）

Daheiting hydropower station has the features of wide distribution， more operation of the equipment and so on， in the station of operating personnel in recent years is decreasing year by year， how to ensure the safe and reliable operation of the power station more effectively？ In such demand，Daheiting hydropower station's using video surveillance system as a supplementary means of operation and management of power plant equipment to achieve all-round monitoring of hydropower station's equipment operation management and plant environment is a good choice.

video monitoring system； Daheiting hydropower station； application

石明忠（1979— ），男，河北承德，工程師；研究方向：水利信息工程管理。