無(wú)人值守變電站下視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

無(wú)人值守變電站下視頻監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

0實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的全方位監(jiān)控,更好地發(fā)揮系統(tǒng)的實(shí)隨著電氣系統(tǒng)的不斷發(fā)展和體制改革的深入，越來(lái)越多的核電站在擴(kuò)大規(guī)模、實(shí)施無(wú)人補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)逐漸實(shí)現(xiàn)規(guī)模。這就要求在變電站運(yùn)行過(guò)程中,必須有一個(gè)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境,對(duì)變電站各種設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位的安全監(jiān)控。要確保無(wú)人值守變電站的安全可靠運(yùn)行,就要求各級(jí)調(diào)度人員和運(yùn)行監(jiān)控人員在獲得各類(lèi)數(shù)據(jù)信息、設(shè)備運(yùn)行狀況的同時(shí),也應(yīng)獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)圖像和環(huán)境情況,真正實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的全方位監(jiān)控。數(shù)字視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)不但彌補(bǔ)了上述不足,而且不影響變電站設(shè)備的正常工作和原有的控制功能,是對(duì)無(wú)人值班變電站的進(jìn)一步完善。本文就針對(duì)新型網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控平臺(tái)的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu),與其在當(dāng)今無(wú)人值守變電站下的應(yīng)用進(jìn)行深入剖析與解讀。1視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名在20世紀(jì)90年代初及以前,主要是以模擬設(shè)備為主的閉路系統(tǒng),稱(chēng)為第一代視頻監(jiān)控系統(tǒng),即模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng),這是監(jiān)控系統(tǒng)早期的構(gòu)建模型。到20世紀(jì)90年代中期,隨著計(jì)算機(jī)處理能力的提高和視頻技術(shù)的發(fā)展,人們利用計(jì)算機(jī)的高速數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行視頻的采集和處理,從而大大提高了圖像質(zhì)量,增強(qiáng)了視頻監(jiān)控的功能。這種基于多媒體計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)稱(chēng)為第二代視頻監(jiān)控系統(tǒng),即模擬輸入與數(shù)字壓縮、顯示和控制系統(tǒng)。因?yàn)楹诵脑O(shè)備是數(shù)字設(shè)備,因此可以稱(chēng)為數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)較模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)有著本質(zhì)的飛躍,為監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。近兩三年,隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬、計(jì)算機(jī)處理能力和存儲(chǔ)容量的迅速提高,以及各種實(shí)用視頻信息處理技術(shù)的出現(xiàn),視頻監(jiān)控進(jìn)入了全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,稱(chēng)為第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng),即全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控。第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托,以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和播放為核心,以智能實(shí)用的圖像分析為特色,引發(fā)了視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命。全數(shù)據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)基于fpga傳輸視頻的模擬視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化的好處是視頻、音頻、數(shù)據(jù)可以在一條網(wǎng)絡(luò)線纜內(nèi)同時(shí)傳輸,解決了傳統(tǒng)布線一種電纜僅僅能夠傳輸一種信號(hào)的問(wèn)題。前端攝像機(jī)直接接入網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的IP包,通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字視頻,不再需要經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的布線,如光纖、同軸電纜等等。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以利用系統(tǒng)已經(jīng)具備的LAN布線系統(tǒng)極其方便地傳輸視頻信號(hào)。打破了傳統(tǒng)布線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式,有效地節(jié)省用戶(hù)的前期投資以及后期的線路維護(hù)工作投資。即使是需要新敷設(shè)線路,其鏈路所需要的線纜量以及線纜敷設(shè)、維護(hù)的工作量也較模擬系統(tǒng)小得多(見(jiàn)圖1)。(2)良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)使得日后系統(tǒng)的擴(kuò)展工作變得極其容易。我們僅僅需要找到一個(gè)信息點(diǎn)(網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn))就可以,不必再敷設(shè)任何的電纜。(3)嵌入式操作系統(tǒng)的高穩(wěn)定性網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器使用嵌入式操作系統(tǒng),系統(tǒng)的穩(wěn)定性能、安全性能極高。通過(guò)網(wǎng)絡(luò),用戶(hù)可以方便地進(jìn)行遠(yuǎn)程的管理以及固件的更新。(4)客戶(hù)存儲(chǔ)及管理服務(wù)器基于B/S(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)提供多服務(wù)器服務(wù),允許客戶(hù)根據(jù)實(shí)際需要靈活配置存儲(chǔ)和管理服務(wù)器。存儲(chǔ)服務(wù)器可以在目錄服務(wù)器的管理下任意的分配和切換需要存儲(chǔ)的攝像機(jī)圖像,結(jié)合硬盤(pán)錄像服務(wù)器的本地錄像功能,可以為系統(tǒng)提供更多的靈活性。(5)速度下降系統(tǒng)的客戶(hù)端可以分散在LAN的任何地點(diǎn),數(shù)量沒(méi)有限制。假如不對(duì)客戶(hù)端的權(quán)限進(jìn)行限制的話,那么每一個(gè)客戶(hù)端都可以觀看所有網(wǎng)絡(luò)上的圖像。這一點(diǎn)是DVR系統(tǒng)目前的技術(shù)所不能夠達(dá)到的。目前的DVR系統(tǒng)同時(shí)可登陸的用戶(hù)數(shù)量不會(huì)超過(guò)5個(gè),在多于這個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí),系統(tǒng)的速度會(huì)明顯下降,表現(xiàn)的現(xiàn)象為:圖像刷新速度下降、丟幀(見(jiàn)圖2)。B/S結(jié)構(gòu)以及多服務(wù)器結(jié)構(gòu)有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。(6)強(qiáng)大的零組播和更靈活的網(wǎng)絡(luò)機(jī)制圖像存儲(chǔ)和圖像瀏覽可以同時(shí)進(jìn)行(見(jiàn)圖3)。全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分是軟件平臺(tái)。2視頻監(jiān)控的需求對(duì)于現(xiàn)在的變電站,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守是必然的發(fā)展趨勢(shì),這就要求現(xiàn)代的視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)除了滿(mǎn)足本地安防的需要,還要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。集控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解下屬變電站的運(yùn)行狀態(tài),而每個(gè)變電站的視頻網(wǎng)絡(luò)又是獨(dú)立運(yùn)行,不會(huì)受到其他網(wǎng)絡(luò)的干擾。變電站的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),將視頻負(fù)載平衡,系統(tǒng)可容納上千路的視頻接入。(見(jiàn)圖4)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)包括(1)攝像機(jī)及報(bào)警設(shè)備前端設(shè)備分為圖形采集設(shè)備和報(bào)警設(shè)備兩類(lèi):圖形采集設(shè)備根據(jù)需要可選用高速球型攝像機(jī)或槍式攝像機(jī)。報(bào)警設(shè)備有溫濕度采集器、紅外對(duì)射報(bào)警器、高壓脈沖報(bào)警器等。前端設(shè)備將采集到的模擬信號(hào)傳輸給服務(wù)器進(jìn)行編碼處理。(2)數(shù)字信號(hào)編碼網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的主要功能是視頻編碼,它將前端采集到的模擬信號(hào)編碼成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò),另外它也將前端的報(bào)警信號(hào)同時(shí)編碼,以便處理。(3)視頻工作站視頻工作站是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的核心,負(fù)責(zé)處理所有用戶(hù)的登錄、瀏覽及其他功能請(qǐng)求,用戶(hù)也可以通過(guò)工作站對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。(4)網(wǎng)絡(luò)接口下視頻轉(zhuǎn)發(fā)流媒體服務(wù)器是用于配合視頻工作站,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)視頻轉(zhuǎn)發(fā),平衡網(wǎng)絡(luò)視頻負(fù)載。它根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不同既可以與視頻工作站合為一體,又可以多臺(tái)同時(shí)使用,靈活多變。(5)磁盤(pán)存儲(chǔ)組磁盤(pán)存貯陣列用于儲(chǔ)存整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的視頻信號(hào),方便日后查看和調(diào)用。磁盤(pán)陣列多采用冗余存儲(chǔ)方式,防止磁盤(pán)意外損壞而造成視頻丟失。(6)網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端可以根據(jù)權(quán)限收看視頻監(jiān)控畫(huà)面,客戶(hù)端可以處在變電站視頻內(nèi)網(wǎng)中也可處在集控中心的上級(jí)網(wǎng)絡(luò)中。3多服務(wù)器平臺(tái)軟件平臺(tái)是整個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的核心,它多采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu),運(yùn)行在Windows2000/XP平臺(tái),由分層的各級(jí)集控中心組成多服務(wù)器結(jié)構(gòu),平臺(tái)直接利用網(wǎng)絡(luò)傳輸圖像、聲音、控制信令及其他數(shù)據(jù)信息等,以達(dá)到對(duì)被監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控。平臺(tái)提供控制優(yōu)先級(jí)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)電子地圖、分布式與分級(jí)式服務(wù)器結(jié)構(gòu)、云臺(tái)鏡頭控制、數(shù)據(jù)監(jiān)控等高級(jí)模塊。在網(wǎng)絡(luò)帶寬足夠的情況下,可以滿(mǎn)足上千個(gè)并發(fā)用戶(hù)訪問(wèn)。(見(jiàn)圖5)攝像機(jī)與攝像機(jī)之間、攝像機(jī)與服務(wù)器之間、攝像機(jī)與用戶(hù)之間沒(méi)有地理位置的界限。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)采用b/s模式在B/S體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中,用戶(hù)通過(guò)瀏覽器向分布在網(wǎng)絡(luò)上的服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求,服務(wù)器對(duì)瀏覽器的請(qǐng)求進(jìn)行處理,將用戶(hù)所需信息返回到瀏覽器。B/S結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了客戶(hù)機(jī)的工作,客戶(hù)機(jī)上只需配置少量的客戶(hù)端軟件。服務(wù)器擔(dān)負(fù)更多的工作,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)、視頻流的處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)等各種服務(wù)都是在服務(wù)器上執(zhí)行。(2)分布式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序跨多個(gè)服務(wù)器分布和運(yùn)行、連接到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)源和WebServer,并可通過(guò)Internet訪問(wèn),分布式計(jì)算功能強(qiáng)大,很適合應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)體系。(3)主流分析：部署營(yíng)造android平臺(tái),減少道式機(jī)病系統(tǒng)基于Java驗(yàn)證和授權(quán)服務(wù)(JavaAuthenticationandAuthorizationService,JAAS),使用Java驗(yàn)證和授權(quán)服務(wù)(JAAS)API至少可以明顯地降低為你的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)安全性的影響。JAAS應(yīng)用程序必須提供兩個(gè)特性:驗(yàn)證和授權(quán)。(4)利用多媒體技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)基于最新的Directshow體系架構(gòu),為在Windows平臺(tái)上處理各種格式的媒體文件的回放、音視頻采集等高性能要求的多媒體應(yīng)用,提供了完整的解決方案。(5)長(zhǎng)絲管的分組管理設(shè)備管理提供視頻服務(wù)器、附屬設(shè)備等的增加、修改和刪除功能。攝像頭分組將系統(tǒng)中的攝像頭進(jìn)行分組管理,便于監(jiān)控管理。提供4種用戶(hù)類(lèi)型(系統(tǒng)管理員、超級(jí)用戶(hù)、一般用戶(hù)和瀏覽用戶(hù))及255級(jí)控制權(quán)的用戶(hù)管理,可向用戶(hù)分配攝像頭、組,可根據(jù)用戶(hù)的優(yōu)先級(jí)分配控制云臺(tái)和攝像機(jī)的權(quán)限。軟件特點(diǎn)(1)“分布式綜合管理平臺(tái)”做網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理軟件不僅適用于本地的視頻監(jiān)控系統(tǒng),而且更可應(yīng)用于大規(guī)模、多層次、分布式的大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中提出的流媒體服務(wù)器與視頻工作站理念,對(duì)所管轄范圍廣,系統(tǒng)龐大的監(jiān)控應(yīng)用用戶(hù)來(lái)講,使用本“分布式綜合管理平臺(tái)”將能提供更加清晰的組網(wǎng)、監(jiān)視、控制、管理邏輯關(guān)系,從而提高系統(tǒng)使用率、降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用與系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用。在這樣的視頻監(jiān)控管理平臺(tái)軟件下,流媒體服務(wù)器與視頻工作站可進(jìn)行堆疊,也就是說(shuō)一個(gè)視頻工作站不僅可以包含子視頻服務(wù)器還可以包含更多下級(jí)視頻工作站。這樣系統(tǒng)將提供更加強(qiáng)大的管理能力和擴(kuò)展能力。利用視頻工作站的這一特點(diǎn),將各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置、集成、集中管理,為架構(gòu)大型、超大型綜合管理平臺(tái)提供了強(qiáng)大的平臺(tái)。(2)錄像錄像控制限制系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)和各客戶(hù)端可以對(duì)管轄范圍內(nèi)多個(gè)本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控前端進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,不同的用戶(hù)可根據(jù)職務(wù)分配不同的控制權(quán)限。現(xiàn)場(chǎng)圖像可根據(jù)地點(diǎn)分成監(jiān)控組,以4分屏、9分屏或者16分屏方式顯示,可設(shè)置手動(dòng)錄像、計(jì)劃錄像和報(bào)警自動(dòng)錄像等多種錄像方式。在本系統(tǒng)中由于合理的配置了流媒體服務(wù)器與存儲(chǔ)服務(wù)器,以及前端網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器,系統(tǒng)將發(fā)揮他們最大的效率。(3)轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求服務(wù)在帶寬有限的環(huán)境下,系統(tǒng)提供代理訪問(wèn)機(jī)制,即當(dāng)多個(gè)用戶(hù)集中訪問(wèn)某一路圖像時(shí),此路圖像由本地的視頻工作站轉(zhuǎn)發(fā)給發(fā)出訪問(wèn)請(qǐng)求的用戶(hù),從而節(jié)省了有限的互聯(lián)網(wǎng)帶寬資源。同時(shí),圖像傳輸以“點(diǎn)播”的方式發(fā)送,即當(dāng)有用戶(hù)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)才發(fā)送圖像,沒(méi)有用戶(hù)觀看時(shí),不占用網(wǎng)絡(luò)資源,從而使網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率更高。(4)基于中方功能的監(jiān)控功能操作界面人性化設(shè)計(jì),全部為中文可視化界面,用戶(hù)可根據(jù)清晰的中文功能提示,實(shí)現(xiàn)全部的監(jiān)控操作。用戶(hù)在實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中,可利用鼠標(biāo)移動(dòng)對(duì)前端監(jiān)控點(diǎn)的攝像機(jī)進(jìn)行控制。(5)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的完善視頻工作站提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能,管理員不必到達(dá)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng),就可修改前端視頻服務(wù)器的各項(xiàng)參數(shù),提高了系統(tǒng)的維護(hù)效率。同時(shí),管理員可以遠(yuǎn)程增加、刪除、修改用戶(hù)、監(jiān)控地點(diǎn)、用戶(hù)的控制權(quán)限、錄像時(shí)間和報(bào)警等信息。當(dāng)這些信息修改之后,管理員不用對(duì)客戶(hù)端進(jìn)行維護(hù),用戶(hù)只要在重新登錄系統(tǒng)一次,即可得到管理員重新分配的信息,大大減輕了管理人員的軟件維護(hù)工作量。(6)快速的網(wǎng)絡(luò)實(shí)名技術(shù)—易于與本地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合系統(tǒng)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議,具有很強(qiáng)的開(kāi)放性和兼容性,完全能與各系統(tǒng)方便地聯(lián)網(wǎng),網(wǎng)內(nèi)的用戶(hù)只要使用客戶(hù)端軟件即可進(jìn)行圖像監(jiān)控,無(wú)需任何設(shè)置。監(jiān)控前端可以將許多現(xiàn)有的資源接入本系統(tǒng),避免重復(fù)投資。(7)布署中心內(nèi)的前端監(jiān)控點(diǎn)“分布式綜合管理平臺(tái)”的前端監(jiān)控點(diǎn)采用模塊化設(shè)計(jì),當(dāng)系統(tǒng)需要擴(kuò)容時(shí),可以很方便地增加前端監(jiān)控點(diǎn)。在監(jiān)控中心,只需要將增加的前端監(jiān)控點(diǎn)加入系統(tǒng),這樣就完成了全部的系統(tǒng)擴(kuò)容工作。系統(tǒng)不限制用戶(hù)數(shù)量,用戶(hù)利用瀏覽器、使用辦公微機(jī),只要達(dá)到一定配置隨時(shí)隨地可以監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。(8)完善的安全機(jī)制網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控管理軟件采用多種安全機(jī)制,確保系統(tǒng)高可靠性。1加密認(rèn)證產(chǎn)品客戶(hù)端程序與平臺(tái)服務(wù)進(jìn)行通信,采用高加密認(rèn)證產(chǎn)品,用戶(hù)登錄服務(wù)器必須使用硬件身分標(biāo)識(shí),并要求用戶(hù)名密碼,具有極高的身份認(rèn)證級(jí)別及通信數(shù)據(jù)的不可更改性。22視頻服務(wù)與平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)之間的安全機(jī)制系統(tǒng)視頻服務(wù)器采用CA證書(shū)技術(shù)進(jìn)行通信身分認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密。應(yīng)用程序必須提供正確的CA證書(shū)才能與視頻服務(wù)器進(jìn)行安全通信。32設(shè)備接入認(rèn)證機(jī)制每臺(tái)視頻服務(wù)器,具有128位身分標(biāo)識(shí)。設(shè)備網(wǎng)關(guān)服務(wù)只允許在系統(tǒng)中注冊(cè)的設(shè)備接入系統(tǒng)。4日記系統(tǒng)提供完整的日志功能,所有用戶(hù)事件和系統(tǒng)事件都能完整記錄。并提供詳細(xì)的查詢(xún)功能。5數(shù)字簽名控制視頻加密(水印)是通過(guò)給每一幀被保存的圖像加一個(gè)數(shù)字簽名來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果之后有人想更