论文部分内容阅读
[摘要]图像监控技术在电力系统中的应用正在逐步展开，对这一技术在无人值班变电所的应用特点作分析，介绍图像监控系统中的摄像机、视频监视器、编解码器、画面分割器、视频监视器等主要部件，对信息处理、传输及外围系统的接入等有关方式作选择比较，根据实践中的经验，指出在工程设计施工中应注意的问题。
[关键词]图像监控 电力系统 开发 应用
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120015－01
一、电力系统图像监控的组成
无人值班变电所的图像监控主要由摄像机、云台、编码器、解码器、画面分割器、视频监视器等部分组成。另外，还需与照明系统和防火、防盗系统相结合，成为一个完整的监控系统。
（一）摄像机
摄像机可分为：黑白、彩色、广角、调焦、一体化等多种，适用于不同情况，技术参数也各不相同，一般在变电所采用彩色摄像机，经费紧张或摄像机数目较多时，在电容器室、电缆层等地可采用黑白摄像机；门厅可采用广角镜头的摄像机；控制室、开关室宜采用连带镜头、自动光圈的摄像机，对准目标后能迅速自动调整，不会因支架的抖动或人工因素造成调整困难；球型一体化摄像机是将摄像机、光学镜头、全方位云台、解码驱动器以及附属的底座和防护罩，集成在一个单元中，可以嵌入天花板、吸顶安装或支架安装，适用于室外和主控室墙壁距监控屏较远的地区。室外摄像机还可内置自动温感排风和自动防霜装置，可进行64点全方位预置，随时对2～3台主变油位、中性点闸刀、电容器以及围墙外场景进行监视，总体上降低成本。此外由于压缩方式对图像的限制，如果图像传递后清晰度最高只能做到640×480，则摄像机的只要选择480线水平清晰度即可，不必选择太高清晰度，以免增加造价。
（二）视频监视器
监视器可分多种：工业监视器、电脑屏幕、电视机、数十台监视器组成的电视墙等，可以根据实际需求进行选择。一般采用计算机作为监视器的，易于操作和控制，由于要显示多画面图像，宜采用17英寸以上的屏幕。采用电视机作为监视器，价格便宜，但图像线数较低，对图像要求较低的场合比较适用；工业监视器清晰度较好，但控制和调节参数的灵活度不如计算机，条件允许的情况下可以采用计算机和工业监视器并用的方式。
（三）画面分割器
使用画面分割器能同时显现前端多个摄像机输出的画面。它分为固定式的四画面分割器和4个以上的多画面分割器。在监控室用计算机进行监视时，易采用4画面分割设备，即使每个画面比较清晰，容易观察，又可以观看多个图像；4个以上的画面比较小，且设备的价格比较高。
（四）编解码设备及相应的图像数据压缩技术
远程的图像传输涉及到图像的压缩和解压缩，一般编码器放置在变电所的控制室内，将现场的图像数据压缩为数字信号，传送到监控中心，解码器放置在监控中心，解开压缩的数据。编码器和解码器是互相对应的。有一对一的配置方式，也有一对多的配置方式。基于主机的视频图像压缩技术有面向硬件的和面向软件的两大类。
三、图像监控系统方案的比较
（一）监控与通讯
监控方式：由调度或监控中心统一监视、控制，适用于变电所数量不多，分布较集中的电力局；由若干监控中心分别监控变电所，再将图像上传到局大楼的方式，三级结构，适用于变电所数量较多，分布较广的地区；监控中心与MIS网终端应有一定的优先级，一般来说，监控中心优先控制和操作，MIS终端只能监视和切换画面，两者不能有冲突；通讯与传输方式。图像视频信号的传输途径有多种：一点多址小微波、音频电缆扩频通讯传输、光纤2M数据口传输、电话电缆传输等方式。从实际应用效果来看，光纤传输效果最好。用电话线传输图像容易产生断续现象，不利于观察防火、防盗现象，但观察静态事物，尚可应用。图像监控系统的分布与通讯通道的布置有关，有以下几种方式：变电所与监控中心有直接的通讯连接；变电所与局大楼有直接的光纤连接，监控中心再与局大楼有通讯连接，两种情况考虑的方案应有所不同。信息传输通常采用TCP／IP和网络组波的技术，最大限度利用了网络的传输性能和网络带宽，避免网络的拥塞。
（二）信息压缩形式
硬件压缩、软件解压的方式：用一个软件就能解决所有的解压缩问题，且升级换代容易，降低了成本，MIS网上的计算机只要安装相应的软件并授权，就可以成为一台功能齐全的监控主机，但稳定性较硬件为差，同一监控中心的变电所之间兼容性差；硬件压缩、硬件解压的方式：稳定性好，若采用一对多解码器，成本较低，但兼容性差；若采用一对一编解码器，只要总体设计原理相同，不受产品限制，但主站的控制软件也不具备兼容性，且监控中心的解码设备数量繁多，若监控中心的通讯通过调度中心转发，则电力大楼的硬件设备也很多，且需要两套编解码设备，上网需要两次压缩解压缩。
（三）控制界面操作
主站软件在控制云台方面的操作有两种方式：一是界面提供专业控制面板，用鼠标点击相应的方向进行控制；二是直接在图形界面上引导云台的转动方向，鼠标指针向哪个方向滑动云台就朝相应方向转动。后种方式对于监控人员来说，非常方便，易于操作。可以在电子地图上直接用鼠标双击获得远程终端的图像和对应摄像机切换和控制权。地图可完全模拟相应变电所环境，方便操作人员寻找摄像机和快速切换。
（四）无线摄像机和无线对讲设备
采用无线摄像机和无线对讲设备，当变电所有人巡视或操作时，随身携带以便于远方监视，防止走错间隔或误操作。为今后变电所单人操作监视的运行方式做好技术准备。无线摄像机体积小，且通常镜头和发射天线均包含在其中，发射功率小，传送距离较近，大多在100m之内能接收。因此无线接收接口必须配置在适当的位置，以保证信号的畅通。无线摄像机可以做成帽式或手提式。由实践得知，帽式在头上运行人员走动时经常发生抖动，难以迅速聚焦，而手提式结构可视角度大，轻巧便利，比较切合单人操作摄像。
四、其他辅助系统的接入
（一）防火、防盗装置
如果能将防火、防盗结合图像监控系统，就可以解决上述问题。采用警情联动功能，当发生报警时，立即启动摄像机，可以得知是哪个区域发生报警，是否误报，重要情况还可启动自动录像装置，为事故分析提供条件。目前绝大多数厂家生产的火灾、防盗报警控制器不具备报警规约的输出功能，或只有一个开关量接点输入，因此防火、防盗设备与图像监控的结合需要合作开发，且火灾报警控制器要经中国消防产品质量认证，控制器可采用RS232标准接口与上位机通讯。与防火、防盗设备相连，探测报警信号源有以下几种：烟感探测器、热感红外线控测器、微波物体移动感知器、开关、玻璃破碎感知器等等。一般无人值班变电所大多采用前三种探
测器。若经济条件较好，可采用多种探测器相结合的方式。为减少单一探测原理装置易产生的误报，可以将红外、微波、超身等探测方法组合成双鉴式，即基于两种原理的复合式报警器。
（二）变电所照明系统
图像监控装置启动变电所照明有两种方案：一是摄像机上安装射灯，可以随着摄像机的转动而转动，远方控制，灵活性高，但亮度范围有所限制；二是启动变电所的照明电源，当有警情或远方控制时，可以开启变电所相应位置的灯光，亮度范围广、效果好。
（三）长延时录像机
监控中心在采用计算机监控时，可用计算机硬盘录像，必要时采用双硬盘备份，但硬盘录像时往往计算机运行速度就很慢，不能同时调用图像或控制。但很多情况下可以在监控中心外接长延时录像机进行录像 。24h的长延时录像机比较理想，每日只需更换一盘录像带。讯协议对于子站的技术、通讯接入以及MIS的联网都大有影响，因此一旦主站方案选定后，再采用另一家厂家的产品，很难兼容和接入，对系统的图像质量也很有影响。如果有多个监控中心，虽然不同主站各自可以采用不同的系统，但是如果要联入MIS网，又将会互相冲突。因此在考虑安装图像监控系统时，一定要有一个总体的方案。
[关键词]图像监控 电力系统 开发 应用
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120015－01
一、电力系统图像监控的组成
无人值班变电所的图像监控主要由摄像机、云台、编码器、解码器、画面分割器、视频监视器等部分组成。另外，还需与照明系统和防火、防盗系统相结合，成为一个完整的监控系统。
（一）摄像机
摄像机可分为：黑白、彩色、广角、调焦、一体化等多种，适用于不同情况，技术参数也各不相同，一般在变电所采用彩色摄像机，经费紧张或摄像机数目较多时，在电容器室、电缆层等地可采用黑白摄像机；门厅可采用广角镜头的摄像机；控制室、开关室宜采用连带镜头、自动光圈的摄像机，对准目标后能迅速自动调整，不会因支架的抖动或人工因素造成调整困难；球型一体化摄像机是将摄像机、光学镜头、全方位云台、解码驱动器以及附属的底座和防护罩，集成在一个单元中，可以嵌入天花板、吸顶安装或支架安装，适用于室外和主控室墙壁距监控屏较远的地区。室外摄像机还可内置自动温感排风和自动防霜装置，可进行64点全方位预置，随时对2～3台主变油位、中性点闸刀、电容器以及围墙外场景进行监视，总体上降低成本。此外由于压缩方式对图像的限制，如果图像传递后清晰度最高只能做到640×480，则摄像机的只要选择480线水平清晰度即可，不必选择太高清晰度，以免增加造价。
（二）视频监视器
监视器可分多种：工业监视器、电脑屏幕、电视机、数十台监视器组成的电视墙等，可以根据实际需求进行选择。一般采用计算机作为监视器的，易于操作和控制，由于要显示多画面图像，宜采用17英寸以上的屏幕。采用电视机作为监视器，价格便宜，但图像线数较低，对图像要求较低的场合比较适用；工业监视器清晰度较好，但控制和调节参数的灵活度不如计算机，条件允许的情况下可以采用计算机和工业监视器并用的方式。
（三）画面分割器
使用画面分割器能同时显现前端多个摄像机输出的画面。它分为固定式的四画面分割器和4个以上的多画面分割器。在监控室用计算机进行监视时，易采用4画面分割设备，即使每个画面比较清晰，容易观察，又可以观看多个图像；4个以上的画面比较小，且设备的价格比较高。
（四）编解码设备及相应的图像数据压缩技术
远程的图像传输涉及到图像的压缩和解压缩，一般编码器放置在变电所的控制室内，将现场的图像数据压缩为数字信号，传送到监控中心，解码器放置在监控中心，解开压缩的数据。编码器和解码器是互相对应的。有一对一的配置方式，也有一对多的配置方式。基于主机的视频图像压缩技术有面向硬件的和面向软件的两大类。
三、图像监控系统方案的比较
（一）监控与通讯
监控方式：由调度或监控中心统一监视、控制，适用于变电所数量不多，分布较集中的电力局；由若干监控中心分别监控变电所，再将图像上传到局大楼的方式，三级结构，适用于变电所数量较多，分布较广的地区；监控中心与MIS网终端应有一定的优先级，一般来说，监控中心优先控制和操作，MIS终端只能监视和切换画面，两者不能有冲突；通讯与传输方式。图像视频信号的传输途径有多种：一点多址小微波、音频电缆扩频通讯传输、光纤2M数据口传输、电话电缆传输等方式。从实际应用效果来看，光纤传输效果最好。用电话线传输图像容易产生断续现象，不利于观察防火、防盗现象，但观察静态事物，尚可应用。图像监控系统的分布与通讯通道的布置有关，有以下几种方式：变电所与监控中心有直接的通讯连接；变电所与局大楼有直接的光纤连接，监控中心再与局大楼有通讯连接，两种情况考虑的方案应有所不同。信息传输通常采用TCP／IP和网络组波的技术，最大限度利用了网络的传输性能和网络带宽，避免网络的拥塞。
（二）信息压缩形式
硬件压缩、软件解压的方式：用一个软件就能解决所有的解压缩问题，且升级换代容易，降低了成本，MIS网上的计算机只要安装相应的软件并授权，就可以成为一台功能齐全的监控主机，但稳定性较硬件为差，同一监控中心的变电所之间兼容性差；硬件压缩、硬件解压的方式：稳定性好，若采用一对多解码器，成本较低，但兼容性差；若采用一对一编解码器，只要总体设计原理相同，不受产品限制，但主站的控制软件也不具备兼容性，且监控中心的解码设备数量繁多，若监控中心的通讯通过调度中心转发，则电力大楼的硬件设备也很多，且需要两套编解码设备，上网需要两次压缩解压缩。
（三）控制界面操作
主站软件在控制云台方面的操作有两种方式：一是界面提供专业控制面板，用鼠标点击相应的方向进行控制；二是直接在图形界面上引导云台的转动方向，鼠标指针向哪个方向滑动云台就朝相应方向转动。后种方式对于监控人员来说，非常方便，易于操作。可以在电子地图上直接用鼠标双击获得远程终端的图像和对应摄像机切换和控制权。地图可完全模拟相应变电所环境，方便操作人员寻找摄像机和快速切换。
（四）无线摄像机和无线对讲设备
采用无线摄像机和无线对讲设备，当变电所有人巡视或操作时，随身携带以便于远方监视，防止走错间隔或误操作。为今后变电所单人操作监视的运行方式做好技术准备。无线摄像机体积小，且通常镜头和发射天线均包含在其中，发射功率小，传送距离较近，大多在100m之内能接收。因此无线接收接口必须配置在适当的位置，以保证信号的畅通。无线摄像机可以做成帽式或手提式。由实践得知，帽式在头上运行人员走动时经常发生抖动，难以迅速聚焦，而手提式结构可视角度大，轻巧便利，比较切合单人操作摄像。
四、其他辅助系统的接入
（一）防火、防盗装置
如果能将防火、防盗结合图像监控系统，就可以解决上述问题。采用警情联动功能，当发生报警时，立即启动摄像机，可以得知是哪个区域发生报警，是否误报，重要情况还可启动自动录像装置，为事故分析提供条件。目前绝大多数厂家生产的火灾、防盗报警控制器不具备报警规约的输出功能，或只有一个开关量接点输入，因此防火、防盗设备与图像监控的结合需要合作开发，且火灾报警控制器要经中国消防产品质量认证，控制器可采用RS232标准接口与上位机通讯。与防火、防盗设备相连，探测报警信号源有以下几种：烟感探测器、热感红外线控测器、微波物体移动感知器、开关、玻璃破碎感知器等等。一般无人值班变电所大多采用前三种探
测器。若经济条件较好，可采用多种探测器相结合的方式。为减少单一探测原理装置易产生的误报，可以将红外、微波、超身等探测方法组合成双鉴式，即基于两种原理的复合式报警器。
（二）变电所照明系统
图像监控装置启动变电所照明有两种方案：一是摄像机上安装射灯，可以随着摄像机的转动而转动，远方控制，灵活性高，但亮度范围有所限制；二是启动变电所的照明电源，当有警情或远方控制时，可以开启变电所相应位置的灯光，亮度范围广、效果好。
（三）长延时录像机
监控中心在采用计算机监控时，可用计算机硬盘录像，必要时采用双硬盘备份，但硬盘录像时往往计算机运行速度就很慢，不能同时调用图像或控制。但很多情况下可以在监控中心外接长延时录像机进行录像 。24h的长延时录像机比较理想，每日只需更换一盘录像带。讯协议对于子站的技术、通讯接入以及MIS的联网都大有影响，因此一旦主站方案选定后，再采用另一家厂家的产品，很难兼容和接入，对系统的图像质量也很有影响。如果有多个监控中心，虽然不同主站各自可以采用不同的系统，但是如果要联入MIS网，又将会互相冲突。因此在考虑安装图像监控系统时，一定要有一个总体的方案。