無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1國內(nèi)無人值守變電站發(fā)展現(xiàn)狀隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中央政府高度重視國家能源安全和能源儲備的建設，客觀上對中國能源行業(yè)提出了更高的要求，客觀上對中國能源行業(yè)提出了更高的要求。這越來越對電氣部門的安全部門提出了強烈的需求。電力行業(yè)和廣大人民群眾的生活、生產(chǎn)息息相關,一旦電力設施遭遇破壞造成大面積停電,其后果往往不堪設想。另外,隨著電力企業(yè)的發(fā)展,無人值守變電站越來越多地出現(xiàn)在城市的各個角落,電力部門對無人變電站進行高效維護和統(tǒng)一管理成為了新的迫切問題。另一方面,隨著通信工具的日益普及,為了方便人們的交流,擴大信號覆蓋范圍,多年來,中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動等運營商紛紛投入了大量資金建設模塊化機房或基站。其中很多機房和基站都是建設在偏僻的鄉(xiāng)村和山頭,維護人員只是定期到現(xiàn)場進行設備維護,均屬于無人值守,客觀上造成了設備的易盜性。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前我國每年偏遠通信機房設備及線纜被盜案件平均達到了上萬起,直接經(jīng)濟損失數(shù)以億計,不僅給用戶正常通信帶來不便,電信運營商的企業(yè)信譽的損失也是不可估量的。為此很多電信企業(yè)提出了懸賞或增加人力等方式來解決問題,但均收效甚微。針對以上問題,為對遠程電力設備或電信機房/基站進行無人化的有效監(jiān)控與管理,很多電力、電信部門已經(jīng)開始使用集視頻監(jiān)控、消防、漏水和防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、門禁管理和遠程集中控制的無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)(統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)),用“技防”來代替“人防”,從客戶實際反饋情況來看,達到很好的效果。2網(wǎng)絡視頻監(jiān)控在其他行業(yè)的應用傳統(tǒng)的無人值守監(jiān)控是不包括視頻監(jiān)控在內(nèi)的,只是利用多種傳感器和控制器對無人看管、自動運行的前端設備的運行狀態(tài)和安全情況進行實時數(shù)據(jù)查看和設備控制,從而實現(xiàn)遠程監(jiān)控與管理目的。而無人值守視頻綜合監(jiān)控則是在傳統(tǒng)“四遙”的基礎上加上視頻監(jiān)控功能,以實現(xiàn)“五遙”(遙信、遙測、遙調(diào)、遙控、遙視)目的。無人值守視頻綜合監(jiān)控不僅能夠?qū)崿F(xiàn)原有的設備狀態(tài)遠程查看與控制,更能對前端現(xiàn)場(電力變電站/通信機房)設備的運行環(huán)境狀況、動力設備的工作狀態(tài)、人員出入管理、防盜入侵和消防系統(tǒng)等子系統(tǒng)進行統(tǒng)一的可視化集成管理。目前,除了前文介紹的電力行業(yè)(遠程變電柜、遠程輸配電柜、大型UPS電源柜等)、電信行業(yè)(無人值守機房、遠程基站等),無人值守視頻綜合監(jiān)控應用的主要行業(yè)還包括礦產(chǎn)業(yè)(供電設備機房、生產(chǎn)作業(yè)面)、環(huán)境監(jiān)控行業(yè)(如排污點設備機房)等,對于這些行業(yè),其監(jiān)控對象或者監(jiān)控點往往地理位置比較偏僻而又要求設備或者系統(tǒng)具有長期高度穩(wěn)定性,并要求對比較惡劣的自然環(huán)境具有適應性;另外,其監(jiān)控設備往往種類較多,多種系統(tǒng)相互配合,功能也比較復雜。以電信行業(yè)無人值守機房為例,其視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)的“四遙”監(jiān)控對象就包括供配電系統(tǒng)、UPS電源、空調(diào)、消防系統(tǒng)、保安門禁系統(tǒng)等,在加入視頻監(jiān)控后,各系統(tǒng)配合與兼容性問題更加凸顯,其迫切需要從整體上對各個系統(tǒng)功能進行規(guī)劃,達到高度一致與高效目的。對于已有的“四遙”監(jiān)控系統(tǒng),如果僅是在原有系統(tǒng)基礎之上進行視頻設備與線路補充疊加,那么傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)采集器+數(shù)據(jù)服務器”監(jiān)控系統(tǒng)則根本無法同視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全融合,必然造成低水平重復投資。傳統(tǒng)上“四遙”監(jiān)控系統(tǒng)都是控制開關及信令數(shù)據(jù)的傳輸,因此數(shù)據(jù)流相對較小,而加入了視頻監(jiān)控后,雖然模擬視頻信號可通過數(shù)字視頻壓縮技術轉(zhuǎn)換為H.264或者MPEG-4格式的碼流進行傳輸,但對于電力/電信行業(yè)的無人值守項目來說,其一般都具有幾千個監(jiān)控前端,產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)仍是非常驚人的,因此其原有的數(shù)據(jù)線路必然不能滿足要求。另外,海量的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心,則對數(shù)據(jù)的存儲、管理提出了非常高的要求。加入視頻監(jiān)控必然帶來大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)如果無法進行本地存儲和處理,所有數(shù)據(jù)都必須集中于監(jiān)控中心服務器進行處理,那么一旦前端網(wǎng)絡出現(xiàn)故障,就會造成整個系統(tǒng)的癱瘓。因此對于無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)而言,一個新的要求就是前端設備必須高度可靠和集成,并具有多業(yè)務數(shù)據(jù)本地處理及存儲功能。隨著監(jiān)控系統(tǒng)逐步向網(wǎng)絡化、集成化方向過渡,網(wǎng)絡視頻監(jiān)控設備因其編解碼的標準化、控制協(xié)議的標準化,在無人值守行業(yè)將會占據(jù)越來越重要的地位。同時,由于需要多部門協(xié)同管理,所以無人值守監(jiān)控系統(tǒng)需要針對各級職能部門人員的訪問權限的要求,對訪問和控制等各種權限提供靈活的劃分。3模數(shù)混合監(jiān)控下面將主要對無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻系統(tǒng)建設模式進行重點分析。目前無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻系統(tǒng)建設方法主要有以下三類:第一類為應用模擬接入并應用模擬線路進行傳輸?shù)募兡M監(jiān)控系統(tǒng);第二類為應用模擬接入但應用數(shù)字線路進行傳輸?shù)哪?shù)混合型監(jiān)控系統(tǒng);第三類為應用數(shù)字接入并應用數(shù)字線路傳輸?shù)娜珨?shù)字型監(jiān)控系統(tǒng)。第一類,模擬接入、模擬傳輸?shù)募兡M監(jiān)控系統(tǒng):其優(yōu)勢在于圖像無損傳輸,切換、控制簡單、方便,適合于監(jiān)控點數(shù)較多且較集中的大型監(jiān)控現(xiàn)場。但這種解決方案因在視頻傳輸、多用戶共享以及存儲方面不能靈活應用而具有很大劣勢,同時無法同環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等無縫集成,因此目前這種方法和技術在無人值守行業(yè)里已經(jīng)基本被淘汰。第二類,模擬接入、數(shù)字傳輸?shù)哪?shù)混合型無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng):其方案可包括基于嵌入式DVR的聯(lián)網(wǎng)解決方案和基于PC式DVR的解決方案兩種?；旌闲蜔o人值守視頻監(jiān)控的優(yōu)勢在于集成化地解決了視頻監(jiān)控、數(shù)字化傳輸、存儲等幾方面的問題,適合于各子站集中監(jiān)控、總站集中管理且網(wǎng)絡條件較好的現(xiàn)場,并且其系統(tǒng)往往可連接大量報警設備,例如門磁、紅外、煙感、水浸傳感器等,一旦出現(xiàn)異常,系統(tǒng)能自動報警,上傳報警信息并聯(lián)動進行數(shù)字錄像或聲光電報警。但由于這種解決方案只達到了半數(shù)字化的程度,前端設備的模擬接入使系統(tǒng)在需要擴容或升級時都不可避免地遇到兼容性問題,另外混合方案在穩(wěn)定性上也存在先天性不足,因此其也具有一定的局限性,正日益為純數(shù)字系統(tǒng)所取代。第三類,數(shù)字接入、數(shù)字傳輸?shù)娜珨?shù)字監(jiān)控系統(tǒng):為基于網(wǎng)絡視頻服務器的解決方案,核心設備為網(wǎng)絡視頻服務器(DVS)、網(wǎng)絡攝像機、傳感器、報警器等。4模擬監(jiān)控無法比擬典型的基于網(wǎng)絡的無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比更為簡便和可靠,可以實現(xiàn)24小時視頻的集中管理和分區(qū)存儲,全數(shù)字化的視頻流無論在存儲和回放、遠程傳輸、多用戶認證與權限的控制和管理方面都具有靈活性,另外由于采用了全數(shù)字設備,其系統(tǒng)擴容、升級都變得異常簡單、容易,這些也是模擬監(jiān)控無法比擬的。4.1網(wǎng)絡攝像機的選擇按照功能的不同,系統(tǒng)共分為三個部分:前端信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)、中心平臺系統(tǒng)。前端信號采集處理:可在機房內(nèi)設置球形攝像機或紅外一體攝像機以觀察整個機房的總體狀況和設備的運行狀態(tài),并根據(jù)需要安裝溫濕度探測器、電壓電流探測器等環(huán)境動力采集設備。部分監(jiān)控現(xiàn)場安裝煙感探測器、紅外報警探測器、周界報警裝置等。對于具體的攝像機選擇方面,如果采用網(wǎng)絡視頻服務器加模擬攝像機方式,其視頻采集與傳輸質(zhì)量往往更高,但在解決機房/基站的環(huán)境監(jiān)測、動力設備監(jiān)控、同門禁系統(tǒng)的無縫集成和綜合報警系統(tǒng)的聯(lián)動上,則必須采用網(wǎng)絡視頻服務器的串口資源進行數(shù)據(jù)采集,從而降低了系統(tǒng)的推廣性;而如果采用網(wǎng)絡攝像機(IPC)作為監(jiān)控前端,由于網(wǎng)絡攝像機具有能力強、擴展性好、開發(fā)簡便特點,則可更好地解決開發(fā)、集成和融合等方面的技術難題。信號傳輸:電信行業(yè)的機房一般都有高速的Internet通道,通過機房已有網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸,只需要采用網(wǎng)絡綜合監(jiān)控主機,不需要額外增加設備。由網(wǎng)絡綜合監(jiān)控主機通過網(wǎng)絡把圖像及相關環(huán)境動力監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。中心平臺:在監(jiān)控中心配置監(jiān)控服務器組,負責管理前端所有攝像機,網(wǎng)絡綜合監(jiān)控主機,環(huán)境動力監(jiān)測、報警設備,并聯(lián)動報警錄像、電子地圖等,同時管理后端所有上網(wǎng)監(jiān)控用戶。4.2網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)模擬接入方式的無人值守建設模式的優(yōu)點在于視頻圖像無壓縮、無損失的傳輸,圖像質(zhì)量清晰,切換控制實時。缺點是需要占用大量的光纖資源,如果通信運營商不能提供足夠的光纖鏈路,就需要重新架設光纜,施工、建設周期較長?；诰W(wǎng)絡視頻服務器的全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢在于充分利用電信寬帶網(wǎng),系統(tǒng)建設快,組網(wǎng)靈活,圖像管理共享更加方便。缺點是圖像經(jīng)過編碼壓縮,圖像質(zhì)量有一定的損失,同時,圖像的傳輸完全依賴于網(wǎng)絡,切換控制有一定的延時。由于帶寬的日益提高和網(wǎng)絡編解碼技術日趨完善,特別是專網(wǎng)環(huán)境下這一問題已經(jīng)開始得到根本的改善。隨著網(wǎng)絡環(huán)境的日漸改善,完全基于網(wǎng)絡視頻的數(shù)字化融合監(jiān)控系統(tǒng)將越來越受到用戶的歡迎。5高可靠性設備在網(wǎng)絡部署的基礎上支持高可靠性設備在網(wǎng)絡部署從實際應用的情況來看,采用以網(wǎng)絡視頻為核心的網(wǎng)絡綜合監(jiān)控技術,更受到客戶的青睞。無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)更具有多種技術融合的應用優(yōu)