电力系统无人值守监控系统集成技术

    传统的模拟视频监控系统受技术发展的局限，只能进行现场视频监视，简单的报警信息处理传输，不能远距离传输视频信号，对于前端具体状况的了解、事件的确认是非常困难的，无形中降低了系统的实用性、稳定性和安全性，而对于电力等具有大量无人值守点的行业用户来说，远程、实时的综合监控是行业系统安全运作必备的前提条件。

    如何将远程的图像监视、环境监控、防盗、消防和报警联网系统有机的结合起来，做到既可以远程的监视、遥控和图像的传输，又具备环境的整体监控，并且具有通常联网报警网络的功能，能够更加有效地预防事故发生、打击犯罪、保障财产安全，确保系统运行稳定，将安全防范技术提高到一个新的水平，这已经成为当前监控行业发展的主要方向。

无人值守远程综合监控系统推出的背景

    目前对于电力、电信、海关、银行、水利等具有大量无人值守机房/变电站的用户，其前端机房/变电站占有重要的地位，也是数字化改造的重要目标之一。同时，上述行业用户在各自的机房/变电站等已实施了部分视频监控、环境监控、防盗报警和消防系统，但大多分步、分批实施，系统各自独立运行，甚至每套系统都需要独立的管理人员，很难做到多系统的综合监控、集中管理，无形中降低了系统的高效性，增加了系统的管理成本。因此，如何利用先进数字网络技术和计算机技术改造传统的模拟设备，整合过去零散的系统，提高远程监控系统的实时性、高效性，对电力、电信、海关、银行、水利等具有大量无人值守机房/变电站的用户来说，是产品供应商和系统集成商急需解决的难题。

    根据电力、电信、海关、银行、水利等具有大量无人值守机房/变电站的用户的远程综合监控需求，广州奥欣电子科技有限公司展开深入调研，凭借不断创新的理念以及丰富的监控业务整合经验，顺利推出了“无人值守远程综合监控系统”，通过加强计算机技术、图像数字化技术和信息技术的应用，实现用户对前端无人或少人值守系统的综合监控、集中管理，利用现有的网络对前端的图像、环境、设备运行状态、门禁、周界防范等进行有效的监控和管理，大幅度提高了对前端监控的实时性、有效性，降低了人员及管理成本。

无人值守远程综合监控系统集成技术

    天视达无人值守远程综合监控系统通过在前端机房/变电站安装摄像机、微音探头、数字/模拟环境变量采集模块、门禁、周界报警等高科技设备，其中的音视频、环境变量数据、出入口控制等接入前端视频服务器，音视频、环境变量等资料实时数字化存储记录，同时，管理中心可管理所有前端视频服务器，实时监看前端的图像、环境数据、门禁信息等，并对前端的所有突发情况做出高效、及时的处理动作。

    （1） 系统组成

    天视达无人值守远程综合监控系统由三大部分组成，第一部分：前端综合监控设备（音视频监控、环境变量监控、出入口监控等）、视频服务器；第二部分：网络传输部分（宽带网络、无线网络、ADSL或行业用户专网）；第三部分：管理中心，数字中心服务器、监控终端等。

　　图1：系统拓扑图。

    （2） 系统需求分析

    * 无人值守机房、变电站、基站等多数成分散式分布，且很多地理位置处于人烟稀少的地方，平时无人或少人值守。要求所有设备都必须能适应环境的变化。

    * 无人值守机房、变电站、基站内通常安装有重要且贵重的设备，它运作的正常与否直接关系到企业或整个行业能否正常运作。

    * 图像监视系统、环境监测系统、防盗系统、消防系统、报警系统、远程控制系统必须要有机的联动结合，从而提高无人或少人值守机房人员和设备的安全性及便利性。

    * 无人值守机房、变电站、基站必须把机房内的音/视频画面、人员出入的状况、机房内环境变化量的报警信号等数据及时地传回监控中心。

    * 所有视频数据、环境数据必须远程传输，并且对数据的记录存储要尽量的全面、细致，使得数据的存储、检索、回放、备份、恢复利于管理和服务。

    * 无人值守机房、变电站、基站主要应用于电力、电信、水利、海关、国家安全等行业，这些行业一般都有自己的专用网络，带宽资源比较充足。

    * 系统的管理采用分级权限，不同的人员具有不同的使用权限，以便实现安全化管理。

    （3） 设计思想

    任何一个设计方案的最根本前提是用户的需求，而先进、成熟的技术，可靠、灵活的应用，技术发展的趋势和良好的性能/价格比是设计方案的最基本依据。应该在不失先进性、成熟性、可靠性、可扩展性的基础上，充分考虑用户的需求，照顾长远利益，最大限度地保护用户投资。

    * 先进性

    图像监视系统采用H.264图像压缩处理技术，具有图像质量清晰，文件占用空间小，传输带宽小，速度快等特点；

    各子系统（音视频、报警、门禁、环境变量）紧密结合，提供强大的系统集成功能；

    * 灵活性

    系统支持基于WEB方式的网络浏览功能，可供用户方便使用；

    灵活进行系统软件升级，避免对系统产生过大的影响；

    灵活的组网方式，有线或无线均可，方便监控点数量的增加；

    * 实时性

    基于带宽的优势，各类前端信号可做到实时的传输；

    同时可利用其他传输通道进行实时传输，如：GSM、CDMA 1X、GPRS、3G网络等；

    * 稳定性

    具有独特的图像管理功能，严格控制丢帧现象；

    完善的视频流控制功能，保证网络传输的顺畅；

    管理、操作权限的分级实现，保障管理的统一、规范；

    强大的自我诊断、恢复功能；

    * 完善性

    与数据采集监控系统无缝地结合，实现报警信号的联动，报警设备的自启动；

    当报警信号产生时，可实现多种可用通道的信息传输，如网络、电话、短消息等；

    * 扩展性

    系统预留相应的接口以便扩充之用；

    控制部件（软、硬件）采用模块式结构、内部总线化等技术措施，可以方便灵活进行扩充，保证未来的适应性；

    * 易用性

    基于优良的操作平台；

    采用模块化设计，操作简便；

    *界面人性化；

技术解决方案

    本方案按功能共分三个子系统：前端无人值守点信息采集处理子系统、信号传输子系统、远程监控子系统，其中各系统包括的模块如下：

    （1） 前端无人值守点信号采集处理子系统

    * 前端机房的音、视频信号采集设备

    * 音、视频信号压缩处理设备

    * 数字报警信息采集设备

    * 数字/模拟环境量采集设备

    * 门禁控制管理设备

    * 前端系统控制设备

    * 前端通讯设备 * 系统采用模块化设计，保证系统具有灵活的扩展性，同时提供友好的人机对话界面。

    （2） 信号传输子系统

    * 传输控制设备

    * 专用视频、电源、控制线缆

    * 驱动设备

    * 通讯接口

    远程监控子系统包括：

    * 远程综合监控软件系统

    * 图像显示设备

    * 通讯设备

    * 控制设备

    系统核心结构

　　图2：一体化系统结构。

　　图3：前端无人值守点信息采集处理子系统系统结构图。

信息采集处理部分的组成

    （1） 音、视频信号采集

    在每个前端机房根据现场需要安装相应的摄像机、拾音器，其中可选定点彩色半球摄像机用于对进出机房人员进行监视，选用一体化彩色摄像机搭配云台，可根据远程管理人员的命令改变摄像机镜头的方位、角度、焦距等，用于对机房内设备运行情况、现场环境进行监视。通过摄像机、拾音器采集来的音视频模拟信号接入前端视频服务器。

    （2） 音、视频信号处理

    音、视频信号传送到前端视频服务器后进行信号编码、压缩。天视达网络视频服务器采用先进的H.264压缩方式，除具有图像清晰流畅的特点外，还具有空间小，实时性好等优势。对于本地视频信号，可以保存在本地主机上，可根据需要随时进行回放、查阅、管理，并且配合多种录像模式完成各种记录需求。

    （3） 报警信号及环境量采集和控制

    需要的设备包括：环境检测模块、温湿度采集模块、电压/电流传感器、紧急按钮、烟雾探测器、红外探测器、周界探测器、门禁系统、现场报警器等。

    由于不少的无人机房都建在郊外和一些较偏僻的地方，并且机房的成本及架设经费非常昂贵，如遇不法分子盗窃或破坏，将造成严重的经济损失。为彻底消除这种现象，避免财产遭破坏，实时监控和报警联动更显得十分重要。

系统防范部分的组成

    （1） 以机房为中心，半径为20米的范围内划分警戒区域，设置红外对射报警器和语音警告模块，当发生非法入侵时，系统自动激发语音警告模块，向非法闯入者发出语音警告，并向监控中心发出报警信息。

    （2） 机房的进出采用联网门禁系统（磁卡识别或指纹识别），要想进出机房，必须具有相应的身份权限，并且联网门禁系统可对出入信息进行统计和分析。若遇非法人员撬门或侵入，系统将启动定点摄像机并记录现场情况，同时启动报警信号远程传输，控制中心收到报警信号后即可第一时间查看现场状况，做出相应警情判断。

    （3） 机房内部安装紧急按钮和红外探测器，如遇紧急事件的发生，可人工触发报警通知监控中心。

    由于机房设施都是用电设备，所以防火是必不可少的防范措施。通过连接烟雾探测器可对机房内环境随时监控，当探测到有火警时，报警主机联动电源控制开关，自动切断重要设备的电源，同时向远程控制中心联动报警，监控中心可及时判断报警信息的正确性，以便了解现场情况，并向有关部门求助。 

    （4） 一般情况下，电气设备对环境的温湿度都有相应的要求，特别是对于一些昂贵精密的设备更是如此，因此为了保障设备在正常的环境中工作，控制中心需要了解现场相应温度、湿度的情况。在机房内配备温湿度数据采集模块，将现场温湿度的模拟量转变为数字信号实时传输，在现场及远程控制中心将随时了解到当前机房的环境温湿度，记录的数据将保存在数据库中进行统计、分析。根据需要，系统设置温湿度的波动范围，当现场环境处于设定范围之外时，通过设备电源控制开关启动空调系统进行相应的温湿度处理，使设备处于良好环境之中。

　　表1：所需设备清单。

信号传输子系统的组成

    前端摄像机同网络视频服务器之间采用图像控制系统专用的75-5视频线及2×1.0电源线，用于摄像机视频信号的传输和供电，再加上CAT-5数据控制线连接云台。

    各机房一般可提供2M的E1接口，通过E1 到 10BaseT的转换器连接到网络视频工作站的RJ45接口，或连接到机房内相应的交换机上。该通道可实现数字图像、数字信号的实时上传，并可接受监控中心下发的各种控制信号。

    系统可配置GSM/GPRS、CDMA、电话等通信传输模块，当有相应情况发生时，系统可自动联动可用传输模块功能，启动电话、手机短信、电子邮件发送预置的信息。

　　表2：所需设备清单。

　　图4：系统结构图。

    在监控中心配置通用PC机一台），安装远程控制软件，作为监控中心主控计算机，对下属若干个无人值守机房进行监控、记录。

    可选配一台网络视频解码器，将前端传回的数字图像信号逆向转变为模拟信号，输出到多画面大屏幕或电视墙上。

    领导或负责人在各自的办公室，通过接入内部局域网的计算机即可使用专用分控端软件或IE浏览器对任一前端机房的现场情况进行监控。

　　表3：所需设备清单。

系统功能

    该系统可对所有前端机房/变电站的重点部位进行24小时视频监控，并可以按照不同的方式对不同的前端设置录像。系统可连接大量报警设备，例如门磁、红外、烟感、水浸等，一旦出现异常，系统能自动报警，上传报警信息并联动进行数字录像或声光电报警。

    在系统中可以加入门禁接口，可以将门禁系统无缝接入，加强对机房进出人员的管理。通过音视频监控使管理人员能够随时随地看到设备和现场工作人员的工作情况，还可以与前端工作人员对话，加强管理的互动性。

    在系统中还可结合大量专业的环境监测设备，实现及时反映空调系统、温湿度等保障设备的数据。

    客户端通过浏览器方式登陆中心服务器访问系统。客户可以根据自己所具备的权限浏览网络中所有的或部分实时图像和环境数据。可以与前端的工作人员进行语音的交流。对于动力、环境、安保门禁的数据，系统则以数字、曲线、柱状图或表格等形式表现。

    该系统能对所有设备设置报警上下限，任何设备数据超出这个范围，系统就能够产生报警信息，并在一定范围内联动设备，例如录像、开关空调、自动断电等。

    系统的管理中心集中管理所有前端设备，并可将前端图像上屏幕墙，同时，任意一台网上的终端通过IE浏览器也可实时查询、监看前端情况。

具体功能包括：

    （1） 防盗、防火功能

    * 围墙、大门等通过摄像机、红外探头，防止非法闯入；

    * 在机房/变电站门窗安装报警探头，如门磁、红外、玻璃破碎探测器；

    * 重点部位摄像机的安装（如：主控机房、主配电室等），起到24小时不间断视频监控作用，可报警联动录像，有些部位还要使用红外摄像机，便于夜间安全监控；

    * 智能消防设备的联动；

    （2） 事故的报警录像以及突发事件与主站声像通讯等

    * 一些智能设备的报警信号采集，当设备报警时实现在监控中心的声光报警，还要联动手机短信到值班人员；

    * 机房/变电站配电系统的电压、电流的实时检测，保证供电系统的正常运行；

    * 通过摄像机、灯光联动，监视主变压器等重要设备，监视场地和高压配电间设备的运行状态；

    * 由于电力系统设备过热是一个不容忽视的现象，因此对重要节点、接头进行自动温度监测非常重要；并且在机房内温度超标时可以启动智能空调；

    * 对主控室设备仪表盘进行监视；

    * 操作刀闸位置的视频监控，在成熟的情况下可以实现刀闸的远程控制；

    * 配合其他系统（如变电站综合自动化系统等）能提供相应接口方便系统融合；

    * 突发事件应急处理与主站的双向音视频监控交流；

    * 变电站室外主变压器的油温和风扇的远程检测及控制；

    （3） 出入口设置门禁系统并接入网络视频服务器

    * 门禁系统和视频信号的联动；

    * 在进出报表中可查询该开门记录对应的抓拍图片或录像文件；

    * 电子地图可实时反应所有门的开关状态、锁的开关状态；

    * 人性化的设定任意人在任意时间对任意门的权限

结束语

    通过本文的内容，安防工程商和集成商可以全面了解如何利用现有的网络对前端的图像、环境、设备运行状态、门禁、周界防范等进行有效的监控和管理，大幅度提高前端监控的实时性、有效性，降低人员及管理成本。