現(xiàn)代遙視技術(shù)在數(shù)字監(jiān)控中的應(yīng)用

現(xiàn)代遙視技術(shù)在數(shù)字監(jiān)控中的應(yīng)用

0可實(shí)現(xiàn)設(shè)備前遙調(diào)和全遙感控制隨著自動(dòng)站技術(shù)的發(fā)展，無人站運(yùn)營模式已成為趨勢。目前,許多變電站實(shí)現(xiàn)了“四遙”功能,即遙控、遙信、遙測及遙調(diào),其主要依靠SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition,數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)接收站內(nèi)遙測量、遙信量,實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遙控和遙調(diào)。然而傳統(tǒng)的“四遙”只能反映電流值、電壓值以及設(shè)備變位信號,對一次設(shè)備的運(yùn)行情況不具有直觀性。變電站視頻及環(huán)境遠(yuǎn)方監(jiān)視技術(shù)已作為“第五遙”引入到變電站無人值守系統(tǒng)中,用以及時(shí)地監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行有效控制。變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的引入能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況及周邊環(huán)境的監(jiān)視,能夠監(jiān)測電力設(shè)備發(fā)熱程度,實(shí)現(xiàn)防盜、防火、防爆、防漬、防水氣泄漏等目的,進(jìn)一步提高變電站的安全運(yùn)行水平。1視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度scad系統(tǒng)未形成統(tǒng)一體變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)隨著無人值班變電站的發(fā)展,已經(jīng)成為變電站自動(dòng)化“遙控、遙調(diào)、遙信、遙測”的第五遙—“遙視”,通過對變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用情況的調(diào)研,發(fā)現(xiàn)目前變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)未形成統(tǒng)一體。若調(diào)度運(yùn)行人員要查看開關(guān)、刀閘位置或狀態(tài)時(shí),需要人工在遙視監(jiān)控后臺機(jī)進(jìn)行切換,并調(diào)整攝像頭直到理想位置,整個(gè)過程約10min,因此調(diào)度值班人員在操作中沒有時(shí)間去用變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)核對開關(guān)、刀閘位置?？紤]到以上問題,目前調(diào)度值班人員在操作前后仍然需要安排變電站巡檢人員到站檢查設(shè)備確認(rèn)操作的正確性。所以,在一定程度上放棄了變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的部分功能。如何實(shí)現(xiàn)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)變電站真正意義上的無人值班,是文章需要解決的問題。2供電視頻監(jiān)控系統(tǒng)與scada系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)2.1遙視系統(tǒng)與scda系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)文章的設(shè)計(jì)理念是:通過在變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)之間建立接口,根據(jù)SCADA廠家提供的規(guī)約解析SCADA系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù),然后利用這些數(shù)據(jù)完成預(yù)定的關(guān)聯(lián)功能,從而實(shí)現(xiàn)變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)對SCADA系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。經(jīng)過對調(diào)度員以及運(yùn)行人員的調(diào)研,總結(jié)出變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施后除具備基本功能外,還需增加如下功能:1)可以實(shí)現(xiàn)用戶要求單路視頻(例如:某刀閘附近的攝像機(jī)在該刀閘動(dòng)作時(shí)對該刀閘進(jìn)行錄像)與SCADA聯(lián)動(dòng)的要求,并能準(zhǔn)確定位和變焦。2)在做遙視系統(tǒng)與SCADA聯(lián)動(dòng)時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)多路視頻(不限路數(shù))響應(yīng)一個(gè)SCADA動(dòng)作信號的功能,這個(gè)功能可以解決因?yàn)槟撑_設(shè)備狀態(tài)變化造成其他設(shè)備關(guān)聯(lián)動(dòng)作或需要關(guān)注多個(gè)設(shè)備狀態(tài)、多個(gè)表計(jì)讀數(shù)的需求,為用戶提供全面的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息。3)針對聯(lián)動(dòng)的拓展應(yīng)用,系統(tǒng)記錄設(shè)備狀態(tài)變化事件,保存到數(shù)據(jù)庫中,可以以報(bào)表形式提供給用戶,同時(shí)系統(tǒng)還可有把設(shè)備變化事件與視頻文件關(guān)聯(lián),在以二維表的方式察看設(shè)備狀態(tài)變化數(shù)據(jù)時(shí)可以隨時(shí)打開與該事件對應(yīng)的視頻圖像。遙視系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中具體實(shí)現(xiàn)圖像監(jiān)控系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的設(shè)計(jì)思路,SCADA系統(tǒng)把從前端設(shè)備獲得的信息碼,按照規(guī)約形成碼流,并把碼流發(fā)送到遙視系統(tǒng),遙視系統(tǒng)接收到碼流后,系統(tǒng)根據(jù)碼流特點(diǎn)自動(dòng)實(shí)例化規(guī)約解析器,這樣就可以針對不同的規(guī)約做出不同的解析。規(guī)約解析器根據(jù)聯(lián)動(dòng)設(shè)備狀態(tài)庫以及狀態(tài)過濾器過濾出系統(tǒng)要?jiǎng)幼鞯男畔?并調(diào)用命令規(guī)則組件形成一組命令,把該組命令傳給遙視報(bào)警響應(yīng)模塊,報(bào)警響應(yīng)模塊根據(jù)遙視系統(tǒng)中原設(shè)功能完成各種響應(yīng)(調(diào)球機(jī)預(yù)置位、開始錄像、彈出對應(yīng)視頻畫面、調(diào)報(bào)警設(shè)備發(fā)出報(bào)警等)。2.2動(dòng)態(tài)scda的通信聯(lián)系聯(lián)動(dòng)考慮到調(diào)度計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)中,有多臺計(jì)算機(jī)來完成不同類型的功能,這些計(jì)算機(jī)都由局域網(wǎng)連接,其中SCADA系統(tǒng)是基礎(chǔ),其基本功能是四遙,可通過串口或者網(wǎng)絡(luò)來傳遞SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為了保證信息接收和安全,SCADA系統(tǒng)與遙視系統(tǒng)間可配置協(xié)議轉(zhuǎn)換器,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。該協(xié)議轉(zhuǎn)換器起到安全和信息接收篩選等作用。數(shù)據(jù)流及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。在進(jìn)行聯(lián)動(dòng)時(shí),SCADA程序應(yīng)負(fù)責(zé)把四遙事件通知遙視接收單元,接收單元按照預(yù)先定義的報(bào)文格式接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并解析四遙事件,進(jìn)而聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)動(dòng)作。對于遙控,可在預(yù)遙控前,由SCADA自行將遙控點(diǎn)的開關(guān)、刀閘映射為一個(gè)遙信量。遙控操作時(shí),視頻接收單元將其作為一個(gè)遙信量來處理。遙視接收程序運(yùn)行在協(xié)議轉(zhuǎn)換器上,從SCADA接收來的信息必須經(jīng)過解析才能由遙視系統(tǒng)識別。并且,如果該信息在SCADA發(fā)送程序中沒有進(jìn)行有效信息的篩選,到遙視接收端則要對SCADA信息進(jìn)行篩選,即從眾多SCADA信號中篩選出具備視頻聯(lián)動(dòng)條件的信息。SCADA信息發(fā)送到遙視接收單元后,視頻接收單元對預(yù)選設(shè)定報(bào)文格式解析,將其轉(zhuǎn)換成遙視系統(tǒng)能夠識別的信號,主要是從中獲得對應(yīng)變電站信息和被操作對象的位置信息。再由這兩個(gè)信息來關(guān)聯(lián)相應(yīng)的視頻處理器(RVU,RemoteVideoUnit)和RVU上的通道實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。通過配置,選出的可視部分的信息與攝像機(jī)位置、球機(jī)預(yù)置位相關(guān)聯(lián),以達(dá)到在調(diào)度操作時(shí)自動(dòng)調(diào)出相應(yīng)的視頻的目的。篩選過程是通過手動(dòng)配置來實(shí)現(xiàn)的。2.3核心軟件對比文章設(shè)計(jì)的變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度SCADA聯(lián)動(dòng)的核心部分是圖像監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)流與數(shù)據(jù)的訪問控制機(jī)制,下面對該核心軟件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。2.3.1監(jiān)控軟件的運(yùn)行監(jiān)控軟件采用分布式客戶端/服務(wù)器(ClientServer)體系結(jié)構(gòu),并提供Web服務(wù)?？蛻舳藶椴僮鲉T提供人機(jī)界面、服務(wù)器多在后臺運(yùn)行。圖像監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括:客戶端軟件、管理主機(jī)軟件、數(shù)據(jù)采集及管理軟件、流媒體軟件、Web軟件、自動(dòng)校對軟件、RVU軟件和數(shù)據(jù)庫。1)客戶端軟件。軟件運(yùn)行于工作站或辦公電腦上,主要對視頻流進(jìn)行解碼以及提供給用戶的一套人性化操作界面。主要完成操作人員對監(jiān)控局、變電站、攝像機(jī)、報(bào)警探頭等的選擇;并對攝像機(jī)進(jìn)行拉近、推遠(yuǎn)、聚焦、轉(zhuǎn)動(dòng)等的操控;完成對各種數(shù)據(jù)包括圖像數(shù)據(jù)的查詢、存儲等操作;為用戶提供配置界面,進(jìn)行各種設(shè)備的配置,包括站點(diǎn)配置、區(qū)域配置、攝像機(jī)及球機(jī)配置、告警探頭配置、錄像配置、聯(lián)動(dòng)配置、撤布防配置;另外還進(jìn)行管理人員的權(quán)限分配,各硬件設(shè)備的端口配置等?？蛻舳塑浖蚬芾碇鳈C(jī)發(fā)出操作請求,并接收流媒體轉(zhuǎn)發(fā)的視頻流。2)管理主機(jī)軟件。運(yùn)行于管理服務(wù)器主機(jī)上,完成對工作站傳送的控制命令的轉(zhuǎn)發(fā),所有工作站上發(fā)出的命令先經(jīng)過管理主機(jī)對其權(quán)限、級別等的判斷后,再把控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)RVU設(shè)備,從設(shè)備上來的報(bào)警信息等也都通過管理主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到工作站上。3)數(shù)據(jù)采集及管理軟件。軟件運(yùn)行于服務(wù)器上,主要提供數(shù)據(jù)采集服務(wù),對下可連接多種數(shù)據(jù)采集設(shè)備,將采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理加工,并對這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲,以形成歷史數(shù)據(jù),供工作站上的歷史曲線、報(bào)表使用。當(dāng)工作站客戶端有數(shù)據(jù)請求時(shí),實(shí)現(xiàn)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到工作站。另外,該服務(wù)器還可以通過TCP或串口與其他的(不同廠家)采集系統(tǒng)通信,完成與不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。4)流媒體軟件。運(yùn)行于流媒體服務(wù)器主機(jī)上,主要完成對RVU設(shè)備的視頻連接管理和視頻流的控制。當(dāng)工作站請求某個(gè)通道的視頻流時(shí),要通過流媒體服務(wù)器軟件來完成。也就是說工作站不直接連接RVU,而是先由流媒體連接RVU,然后轉(zhuǎn)發(fā)給工作站。當(dāng)有多個(gè)工作站發(fā)出請求不同通道的視頻時(shí),流媒體可同時(shí)連接多個(gè)工作站和多個(gè)RVU,并將相應(yīng)通道的視頻轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的工作站上,起到數(shù)字矩陣的作用。每個(gè)流媒體服務(wù)器可連接前端1~1000臺RVU,并支持1~200個(gè)并發(fā)用戶(默認(rèn)50個(gè))。5)Web軟件。為Web用戶提供服務(wù),多在后臺運(yùn)行。6)自動(dòng)校時(shí)軟件。能夠在設(shè)定的時(shí)間間隔上,自動(dòng)對運(yùn)行的工作站、RVU進(jìn)行校時(shí)。7)RVU軟件。RVU軟件是支持RVU/DVRDVS的運(yùn)行軟件,并提供了相應(yīng)的開發(fā)包和升級程序,便于其用戶進(jìn)行二次開發(fā),常被稱為SDK。8)數(shù)據(jù)庫。運(yùn)行在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上,整個(gè)監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)都由數(shù)據(jù)庫來管理,本監(jiān)控軟件采用SQLServer2000數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控系統(tǒng)中所有配置參數(shù)信息,包括:RVU配置參數(shù)信息、用戶信息、權(quán)限信息、報(bào)警信息以及聯(lián)動(dòng)信息等都存儲在數(shù)據(jù)庫中。工作站、管理主機(jī)、Web軟件、自動(dòng)校時(shí)軟件和自動(dòng)下載軟件都需要連接數(shù)據(jù)庫,并從數(shù)據(jù)庫中獲得RVU配置參數(shù)信息和用戶權(quán)限信息。2.3.2接口的視頻處理流程基于web客戶端以及視頻請求流程,如以下一步軟件間的調(diào)用關(guān)系如圖5所示。IVP4000軟件模塊是以IP網(wǎng)絡(luò)為核心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能?？傮w上可以分為3類:服務(wù)器模塊(如圖中的流媒體服務(wù)器、管理主機(jī)服務(wù)器、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等)、客戶端模塊(如圖中的工作站客戶端、Web客戶端等)、RVU嵌入式軟件模塊(如圖中的視頻處理單元)。視頻的請求流程:當(dāng)工作站客戶端、Web客戶端請求視頻時(shí),該請求先要通過該用戶所在區(qū)域的管理主機(jī)授權(quán)認(rèn)證,然后將該請求轉(zhuǎn)發(fā)到RVU,RVU收到命令后,便將用戶請求的視頻連接到特定的流媒體服務(wù)器,由流媒體服務(wù)器對視頻流進(jìn)行統(tǒng)一處理/轉(zhuǎn)發(fā),流媒體服務(wù)器再將視頻以組播的方式轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)出請求的客戶端上?？刂泼畹恼埱罅鞒?當(dāng)客戶端發(fā)起一個(gè)控制請求(云臺鏡頭控制、遠(yuǎn)程開關(guān)燈等)時(shí),同樣先要經(jīng)過管理主機(jī)的授權(quán)認(rèn)證,如果認(rèn)證通過管理主機(jī)會將該請求發(fā)送給RVU,RVU將請求命令轉(zhuǎn)換為具體的解碼設(shè)備識別的協(xié)議格式發(fā)送給解碼器,然后由解碼器驅(qū)動(dòng)云臺鏡頭、燈光控制器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)工作站客戶端、Web客戶端請求視頻時(shí),其控制命令先要通過相應(yīng)的管理主機(jī)處理再轉(zhuǎn)發(fā)到RVU,RVU收到命令后,便將相應(yīng)的視頻連接到特定的流媒體服務(wù)器,由流媒體服務(wù)器對視頻流進(jìn)行統(tǒng)一處理,流媒體再將視頻轉(zhuǎn)發(fā)到發(fā)出請求的客戶端上。2.3.3系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸訪問控制功能由管理主機(jī)服務(wù)程序完成,主要對客戶端發(fā)出的請求、控制命令進(jìn)行判定、保存(即如日志)和轉(zhuǎn)發(fā)。判定主要是判別客戶端發(fā)來的請求或控制命令是否有權(quán)限,當(dāng)2個(gè)用戶同時(shí)控制一個(gè)設(shè)備時(shí)要判別它們的級別高低,權(quán)限不夠的命令則不轉(zhuǎn)發(fā),這樣使得客戶端并不直接將命令發(fā)到站端的視頻處理單元上,而是由管理主機(jī)統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā),減少了客戶端與視頻處理單元的連接。對視頻流請求,同樣也不是直接由視頻處理單元和客戶端發(fā)生連接,而是統(tǒng)一由流媒體服務(wù)程序統(tǒng)一管理轉(zhuǎn)發(fā)。從而節(jié)省了客戶端與視頻處理單元的連接,有效降低了占用帶寬。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖如圖6所示。從圖中可以清楚地理解上面的控制機(jī)制。這種機(jī)制很適合組成規(guī)模很大的圖像監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),而且流媒體可分成兩級,省監(jiān)控中心有一級流媒體來轉(zhuǎn)發(fā)各地區(qū)供電局的流媒體發(fā)來的視頻流。系統(tǒng)在總體上可分為監(jiān)控中心和廠站兩大部分,其中監(jiān)控中心又可以根據(jù)實(shí)際的管理需要及網(wǎng)絡(luò)資源情況進(jìn)一步分成多級結(jié)構(gòu)。監(jiān)控中心由專用工作站、服務(wù)器組(含Web服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、管理主機(jī)服務(wù)器等)組成。廠站系統(tǒng)由模擬圖像監(jiān)控模塊、圖像控制設(shè)備、站端聯(lián)動(dòng)主機(jī)、視頻處理單元組成。下面詳細(xì)說明每一種數(shù)據(jù)流的流向。1)音視頻流:在站端,首先由站端模擬音視頻采集設(shè)備提供未經(jīng)壓縮的音視頻數(shù)據(jù)給RVU(如圖6中(1)所示)。RVU再將接收到的模擬音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼,轉(zhuǎn)換為適用于在以太網(wǎng)上傳輸?shù)膲嚎s后的數(shù)字音視頻數(shù)據(jù),提供給發(fā)送請求的流媒體服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)(如6圖中的(2)所示)。在流媒體轉(zhuǎn)發(fā)之后音視頻數(shù)據(jù)有2個(gè)流向,一是流向Web服務(wù)器以響應(yīng)由Web客戶端請求的監(jiān)聽監(jiān)看請求(如圖6中所示),然后由Web服務(wù)器將音視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)通過IE瀏覽監(jiān)聽的Web客戶端用戶(如圖6中(4)所示);二是直接流向工作站客戶端來響應(yīng)由值班員、巡檢員請求的監(jiān)聽監(jiān)看請求(如圖6中所示)。在此過程中,默認(rèn)情況下音視頻數(shù)據(jù)流是單向的,如果啟用了站端對講功能,那么數(shù)據(jù)流中還包含了雙向的音頻數(shù)據(jù)流。2)控制命令包括以下類型:云臺鏡頭控制及報(bào)警、數(shù)據(jù)檢索存儲、圖像聯(lián)動(dòng)命令。這些控制命令全部基于TCP/IP傳輸。3)控制命令:控制命令的發(fā)起有2種類型的用戶,即Web客戶端用戶和工作站用戶。如果是Web客戶端用戶發(fā)起控制命令,首先由Web服務(wù)器接收控制請求并轉(zhuǎn)發(fā)給管理主機(jī)服務(wù)器認(rèn)證;而工作站用戶所發(fā)起的控制命令會直接發(fā)送給管理主機(jī)。另外,工作站、管理主機(jī)及RVU還會與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器產(chǎn)生數(shù)據(jù)檢索及存儲命令的雙向數(shù)據(jù)通信,它們之間的數(shù)據(jù)通信基于ODBC(OpenDatabaseConnectinity,開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián))標(biāo)準(zhǔn)(以上請參考圖6中(1))。然后管理主機(jī)將授權(quán)的請求發(fā)送給RVU(如圖6中(2)所示),RVU再將控制命令進(jìn)行轉(zhuǎn)換發(fā)送給連接在其串口上的圖像控制設(shè)備(如圖6中(3)所示),控制設(shè)備再將控制協(xié)議命令發(fā)送給模擬前端(如圖6中(4)所示)。此過程的數(shù)