浅谈视频监控系统在水力发电系统的运用

田长波靳雷

摘要：简要介绍电力系统的发展趋势，五遥的技术特点和五遥在电力系统起到的作用。对视频监控系统的结构进行的详细分析，简述了视频编码、视频解码的原理，阐述了视频监控系统的现状，并对视频监控系统及解码技术的未来进行了展望。

关键词：视频监控系统；编码；遥视；原理

Abstract Abstract: This paper describes the development trend of the power system, five away from the technical characteristics and the role played by the five remote power systems. Detailed analysis of the structure of the video surveillance system, video encoding, video decoding principle, described the status of the video surveillance system and video surveillance systems and decoding technology, the future outlook.

Keywords: video surveillance system; coding; clairvoyance; principle

中图分类号: TM612 文献标识码：A文章编号：

一、引言

从十二五电力规划内容可以看出，电力行业正在向高科技、低能耗、绿色、环保等可持续方向发展。水力发电作为国家能源组成的一部分，更加符合了规划的发展要求。根据第五次全国水能资源普查的结果来看，我国的水资源开发量约为6.76亿kW，未开发的水能资源约为3.14亿kW。

近年来，水力发电行业正在向少人值守水电站和无人值守变电站的形势发展。目前已有相当多的水电站及变电站实现了“五遥”，即遥测、遥信、遥控、遥调、遥视功能。综合的提升了水电站和变电站的自动化程度，提高了水电站和变电站运行管理的效率。在四遥的基础上增加了遥视功能。使运行管理部门可以远程监视水电站及变电站的设备运行情况，出现险情时可以及时观察现场情况以便及时指挥调度，把危险损失降到最低。

二、应用背景

水电站和变电站是电力系统中的重要组成部分。对水电站和变电站进行集中监控，实施少人值班和无人值班是一项涉及电网电气设备、调度自动化系统、通信方式、防火、防盗和运行管理等方面的系统工程。少人值守水电站和无人值守变电站远程图像监控技术是20世纪90 年代后期在计算机技术、通信技术和超大规模集成电路技术的基础上发展起来的一项综合性技术。

水电站和变电站现有的遥测、遥调、遥信、遥控系统虽然能提高变电站的自动化水平，但由于管理和技术等方面的原因，还难以真正实现水电站和变电站无人值班。在变电站中安装上远程图像监控系统,增加在线遥视功能后，不但就能监视、记录变电站的安全及设备运行情况, 为事后分析事故提供有关图像资料, 而且能起防火、防盗等作用。如主变，断路器，隔离刀闸等运行状态的实时图像。防火防盗等智能设备报警信息传输到监控中心，监控人员可通过实时图像和运动信息，对变电站的运行情况进行综合监控分析，这样可提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全可靠。

由于过去技术及成本的限制，“五遥”技术仅应用于我国的高压输配电系统及其相关行业，系统组成复杂、成本高、精度低、体积庞大，主要由各种电量变送器、数目可观的连接电缆、现场管理机柜、总站管理系统组成，其形式在现在建设的一些配电监控系统中仍可见到，作为中压系统回路较少的系统中应用尚可，但如果应用到配电回路较多0.4KV系统，则有些力不从心捉襟见肘，不仅系统成本巨大，实时维护、故障处理复杂，体积庞大，并且对管理人员的技术素质要求很高，这也是长期以来仅在高中压输变电系统应用的主要原因。随着我国经济的飞速发展，国家的基本设施建设如雨后春笋，重点项目建设、高层智能建筑、大型公共设施、大面积多变电所用户的急剧增加，要求与之配套的电气控制设备的监控技术已非昔日所成，不仅高压回路需要自动化控制，0.4KV低压回路也需要监控保护实现网络化集中管理，并且对电力系统及控制系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。我们知道在用户10/0.4KV变配电系统中，10KV侧的过流、过负荷等故障在0.4KV侧的回路已先有反应，而等到10KV侧保护动作后，受到停电影响的不仅仅是0.4KV侧的故障回路。因此要想减少故障回路对区域供电的影响，则需要利用“五遥”监控系统对0.4KV侧进行监控保护。

三、视频监控系统的发展历程

视频监控系统的发展大致经历了三个阶段。

3.1 模拟监控系统（CCTV）

在九十年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。

其特点是：1、有限监控能力只支持本地监控，受到模拟视频缆传输长度和缆放大器限制；

2、有限可扩展性系统通常受到视频画面分割器、矩阵和切换器输入容量限制；

3、录像负载重用户必须从录像机中取出或更换新录像带保存，且录像带易于丢失、

被盗或无意中被擦除；

4、录像质量不高录像是主要限制因素。录像质量随拷贝数量增加而降低。

3.2 模拟+数字监控系统（DVR）

九十年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，利用显示器的高分辨率实现图像的多画面显示，从而大大提高了图像质量，这种基于PC机的多媒体主控台系统称为第二代数字化本地视频监控系统。

其特点是：1、布线复杂，每台前端摄像机到后端控制都是点对点传输；

2、受硬盘录像机的限制，扩展性差；

3、只能通过硬盘录像机间接访问摄像机；

4、存在磁盘故障风险。

3.3 全数字监控系统（IPVS）

九十年代末，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的快速提高，以及各种实用视频处理技术的出现，视频监控步入了全数字化的网络时代，称为第三代远程视频监控系统。第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界和使用部门的高度重视。

其特点是：1、基于网络传输视频信号；

2、可扩展性强，坚固冗余存储器-可同时利用SCSI、RAID以及磁带备份存储技术

永久保护监视图像不受硬盘驱动器故障影响；

3、经受权可远程访问任意摄像机；

4、存在网络安全风险。

四、视频监控系统组成及原理

4.1 系统组成

视频监控系统分为：前端部分（设备），传输部分，后端设备三大部分。前端主要包括摄像机、编码器、报警色设备、照明设备及其他辅助设备。传输可按系统结构分为，模拟结构和模数混合结构采用视频线缆、控制线缆、电源线缆、光缆；数字结构采用双绞线、光缆、ISDN。后端设备主要包括视频分配器、硬盘录像机、磁盘整列、视频解码器、视频矩阵、电视墙、视频服务器等。

现今常采用的系统模型是模拟-数字视屏监控系统，在网络不断发展的今天有扩展出基于网络的模拟-数字视屏监控系统。可以说网络的模拟-数字视屏监控系统远程调用和访问方面有着一定的优越性。

图1 基于网络的模拟-数字视屏监控系统

在基于网络的模拟-数字视屏监控系统的基础上，网络全数字视屏监控系统孕育而生。他从前端到后端都是采用数字化设备，采用网络全数字视屏监控系统的成本还太高。但可以说他是未来几年里视频监控系统的发展方向。

图2 网络全数字视屏监控系统

4.2基本原理

视频监控系统的核心是数据存储，特别是数字视频监控系统。图像存储及压缩技术的好坏直接影响到系统的可靠性。

图3 模拟、模拟-数字及数字系统的基本原理

五、视频监控系统的关键技术

视频编码和解码

视频压缩标准是数字视频应用发展的推进器。目前采用的视频压缩标准的主要是由ITU-T和ISO/IEC制定的。如H.261、H.262、H.263、H.264;或是ISO/IEC的MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等。

图4 混合编码框架

视频编码是指通过特定的压缩技术，将视频文件保存成一种高质量和高效存储利用的方法。

视频信号的传输由于信息量大，传输网络宽带要求高，如果直接对视频信号进行传输，以现在的网络宽带来看很难达到，所以就要求我们在视频信号传输前先进行压缩编码，即进行视频源压缩编码，然后再传送以节省带宽和存储空间。对于视频压缩有两个最基本的要求：

1.必须压缩在一定的带宽内，即视频编码器应具有足够压缩比的功能。

2.视频信号压缩之后，经恢复应保持一定的视频质量。

在视频监控系统中，我们常常需要两份码流，一份为了本地存储，需要高分辨率高质量的视频，另一份是为了网络传输到监控中心实时查看，需要低分辨率中等画质。

六、结束语

遥视，视频监控系统，实现了电站的远程可视化管理，是四遥的功能补充。视频监控系统在水电站中的应用对提高电站运行的安全性、可靠性，提高运行和管理的科学性，充分发挥电站的效力，实现管理的自动化、现代化有着重要的意义，对提高电站的运行发展起到了积极的作用。为促进实现少人值守水电站和无人值守变电站提供了有力保证。五遥成为今后现代化电站发展的基本要求。