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摘要：主要研究现有视频监控设备与网络故障诊断分析技术；首先阐述了视频监控设备与网络发生故障后对诊断与检修工作造成的困难，然后论述了故障诊断关键技术，以及基于故障缺陷库和知识库的故障分析统计方法，最后通过实例论证了方法的可行性，对视频监控设备与网络故障诊断分析技术的扩展性做了展望。
关键字：视频监控；故障诊断；网络性能预警；自动巡检
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0205-03
1 背景
电网视频监控平台是智能电网的一个重要组成部分，广泛应用于电网的建设、生产、运行、经营等方面，通过对电力系统中设备、线路及周边环境等生产、经营要素的实时监视及记录，为事故分析提供相关图像资料，是对“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）功能的进一步补充-“遥视”。
新疆电网统一视频监控平台的建设，使不同的视频监控系统能够互联互通，实现统一监控、分级控制、分域管理。目前，视频监控平台共接入15000多个视频监控点位，覆盖了各部门各地州营业厅、变电站、输电线路、信息机房、库房、机关大楼等各个场所，支撑各部门、各单位的视频应用需求。
新疆电网统一视频监控平台所涉及设备型号及数量规模越来越大、产品种类越来越多、设备也越来越复杂，同时由于新疆地域广袤、监控场所分布不均匀，运维检修难度较大。另外，平台目前主要提供粗犷型的设备接入状态信息（设备离/在线状态），无法对具体原因进行分析、定位，对于出现故障的设备无法做出快速响应，与运维检修人员故障排查、运维检修脱节，对于设备检修流程缺少有效的跟踪，对平台运行维护造成了新的困难。因此，需要开展对监控设备故障和网络通道故障的分析、精确定位，以及检修过程精益化管控的研究和应用。
2 故障诊断关键技术
电网监控设备与网络故障诊断分析技术研究，是进一步提升平台实用化水平，通过故障诊断分析定位、融合设备检修流程等方法，实现对故障设备的快速分析定位协助运维检修人员做好设备故障排查、运维检修工作。主要实现以下目标：
1）通过故障精确诊断分析功能，实现对平台接入设备的实时状态监测，对于离线设备进行快速故障诊断分析、问题定位，并告知运维检修人员进行设备故障检修。
2）通过与现有设备检修流程高效融合，在设备运维检修过程中，实现对运维检修各环节中所涉及的检修人员、响应时间、检修流程进行全过程跟踪。
3）通过大数据分析策略实现对故障原因、故障设备类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，为后续视频监控建设选型、网络配置标准化提供数据支撑。
2.1 网络性能预警技术
网络故障在视频监控故障类中的发生率占比超过50%，而视频信息丢失、带宽不足、路由配置错误、时延过大等情况，是网络故障的最常见情况，因此需要形成以通信网络信道性能预测为中心的关键技术研究。
视频传输是基于Internet 网络的应用中对网络时延要求较高，一般有两种预测时延的方法：一种是根据时延数据之间的关系，进行拟合，预测未来的时延；另一种通过构建Internet 的网络模型，实现对时延的预测。后一种方法相对于前一种方法有着更好的预测效果，这是因为后者不但能够包含时延数据之间的规律，而且能够更好地反映出当前的网络状况以及未来时刻网络的状况和时延情况。
本课题采用隐马尔科夫（HMM，Hidden Markov Model） 的方法构建Internet 网络模型，预测Internet 网络时延。该方法通过预测未来时刻的可观测状态值，准确表示时延数据集的规律以及Internet 网络的特性；同时，该方法对于未来的可观测状态的预测有较高的准确性，能够更好地对Internet 时延敏感的应用作出决策。
2.2 视频质量分析技术
将常见视频质量故障类型、原因、采取的检修方法，以故障缺陷库和知识库的形式固化在监控平台中，通过视频图像质量分析的方法结合缺陷库和故障知识库，在巡检工单或检修方案中给出故障检修建议。按照视频图像质量、系统登录情况、网络信号丢失率等故障分类，自动填写检修工单，视频质量故障分析表如下所示：
2.3 故障自动巡检方法
人工方式通过监控画面巡检，发现故障的效率非常低，而且不能精确定位故障原因。因此，需要研究设备故障自动巡检功能，通过设置任务的定期重复执行来实现，如下图1所示：
对故障诊断任务设置每日、每天、每月执行的方式，简化工作人员重复建立故障诊断任務的工作量，提高工作效率。同时，诊断功能对任务诊断到的异常设备自动生成工单在夜间进行下发，次日可以在设备运维人员的账号上看到设备工单，进而进行消缺。
3 故障诊断实施方案
3.1 故障知识库与运行缺陷库构建
在构建知识库的基础上，通过对设备故障原因、故障类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，形成设备运行缺陷库。通过对具体设备故障或网络故障的进行细分，实现对设备故障的定位，精确到单个路由器，例如设备网络不通时，经过哪些路由后网络不通，大大简化设备故障的消除。
通过平台设备运行数据综合统计和分析功能的建设，实现对平台视频设备历史运行情况多时间维度的统计和分析，可以方便运维和检修人员对重点故障区域和故障设备类型制定针对性整改方案，有效提高平台指标情况。并通过对历史数据信息进行多维度统计分析为运维检修人员提供重点故障区域和设备类型等信息，为运维检修人员进行针对性整改提供决策数据辅助。
3.2 故障诊断业务架构
电网统一视频监控平台为各业务领域下的变电站、输电线路、营业厅、变电站、办公大楼、应急场所等视频监控应用场景提供视频源，实现实时视频、录像回放、运行工况、资源管理、资源调度等业务功能。新增设备故障精确分析诊断功能，实现设备运行故障快速诊断分析定位，规范设备检修流程，形成设备运行缺陷库。 故障诊断分析定位：通过网络跟踪的技术对电网统一视频监控平台设备运行故障进行诊断分析，协助运维检修人员快速定位、分析、排查故障的原因。通过网络故障诊断，能够精确到监控设备所经过的的故障路由位置（IP地址）。
检修流程标准化：通过设备诊断结果与设备检修流程的高效融合，实现设备检修流程各环节的实时跟踪处理，规范设备检修流程。
缺陷库：通过对设备故障原因、故障类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，形成设备运行缺陷库。
统计分析：对设备接入故障信息进行多维度统计分析，可以按照监控设备部署区域或者运维区域进行故障统计，生成设备故障统计分析报表、图表。
4 实现与展望
电网监控设备与网络故障诊断分析技术，已经在新疆电网统一视频监控平台中推广应用，各全疆地州通过巡检功能对本地区设备进行定期全面检测，可以对全疆13地州15000余路视频情况进行定期诊断。
通过电网视频监控设备离线率原因分析、网络通道故障预测和定位、设备检修流程各环节实时跟踪处理，构建视頻监控设备和网络运维检修标准化流程、多维度分析运行缺陷库、故障情况实时跟踪和检索发布机制、历史运行情况多时间维度的统计和分析功能，为后续设备选型、制定标准化网络配置、设备运行情况分析、重点故障区域和故障设备类型制定整改方案等过程提供辅助决策数据。
视频监控设备与网络故障诊断分析技术，对于规模越来越大、业务越来越多、设备越来越复杂的电网系统的安全运行，以及监控平台的运维检修具有较高的实用价值和推广意义，。后续，对于信息通信系统和资源的运维管控，会趋于在统一管控平台上实现，例如网络和通信网管、设备管理系统、运维检修平台等，将会出现一个统一的、协同的运维管控平台。
参考文献：
[1] GuoDong Li， PengFei Jin， Kai Li. Research of Delay Prediction Based on RBF Neural Network[J]. Informatiom Technology Journal， 2014（3）.
[2] 高杨. 视频质量诊断算法研究与实现[D]. 沈阳： 东北大学， 2011.
[3] 吴贵达. 基于Internet的动态网络资源管理—网络故障监控与性能趋势分析[D]. 西安： 西北工业大学， 2004.
[4] 潘瑞雪. 基于SVM的故障视频图像识别与诊断技术研究与实现[D]. 武汉： 华中师范大学， 2014.
[5] 朱元全， 王印松， 常政威， 等. 变电站视频质量诊断系统的应用研究[J]. 四川电力技术， 2014（10）.
关键字：视频监控；故障诊断；网络性能预警；自动巡检
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0205-03
1 背景
电网视频监控平台是智能电网的一个重要组成部分，广泛应用于电网的建设、生产、运行、经营等方面，通过对电力系统中设备、线路及周边环境等生产、经营要素的实时监视及记录，为事故分析提供相关图像资料，是对“四遥”（遥测、遥信、遥控、遥调）功能的进一步补充-“遥视”。
新疆电网统一视频监控平台的建设，使不同的视频监控系统能够互联互通，实现统一监控、分级控制、分域管理。目前，视频监控平台共接入15000多个视频监控点位，覆盖了各部门各地州营业厅、变电站、输电线路、信息机房、库房、机关大楼等各个场所，支撑各部门、各单位的视频应用需求。
新疆电网统一视频监控平台所涉及设备型号及数量规模越来越大、产品种类越来越多、设备也越来越复杂，同时由于新疆地域广袤、监控场所分布不均匀，运维检修难度较大。另外，平台目前主要提供粗犷型的设备接入状态信息（设备离/在线状态），无法对具体原因进行分析、定位，对于出现故障的设备无法做出快速响应，与运维检修人员故障排查、运维检修脱节，对于设备检修流程缺少有效的跟踪，对平台运行维护造成了新的困难。因此，需要开展对监控设备故障和网络通道故障的分析、精确定位，以及检修过程精益化管控的研究和应用。
2 故障诊断关键技术
电网监控设备与网络故障诊断分析技术研究，是进一步提升平台实用化水平，通过故障诊断分析定位、融合设备检修流程等方法，实现对故障设备的快速分析定位协助运维检修人员做好设备故障排查、运维检修工作。主要实现以下目标：
1）通过故障精确诊断分析功能，实现对平台接入设备的实时状态监测，对于离线设备进行快速故障诊断分析、问题定位，并告知运维检修人员进行设备故障检修。
2）通过与现有设备检修流程高效融合，在设备运维检修过程中，实现对运维检修各环节中所涉及的检修人员、响应时间、检修流程进行全过程跟踪。
3）通过大数据分析策略实现对故障原因、故障设备类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，为后续视频监控建设选型、网络配置标准化提供数据支撑。
2.1 网络性能预警技术
网络故障在视频监控故障类中的发生率占比超过50%，而视频信息丢失、带宽不足、路由配置错误、时延过大等情况，是网络故障的最常见情况，因此需要形成以通信网络信道性能预测为中心的关键技术研究。
视频传输是基于Internet 网络的应用中对网络时延要求较高，一般有两种预测时延的方法：一种是根据时延数据之间的关系，进行拟合，预测未来的时延；另一种通过构建Internet 的网络模型，实现对时延的预测。后一种方法相对于前一种方法有着更好的预测效果，这是因为后者不但能够包含时延数据之间的规律，而且能够更好地反映出当前的网络状况以及未来时刻网络的状况和时延情况。
本课题采用隐马尔科夫（HMM，Hidden Markov Model） 的方法构建Internet 网络模型，预测Internet 网络时延。该方法通过预测未来时刻的可观测状态值，准确表示时延数据集的规律以及Internet 网络的特性；同时，该方法对于未来的可观测状态的预测有较高的准确性，能够更好地对Internet 时延敏感的应用作出决策。
2.2 视频质量分析技术
将常见视频质量故障类型、原因、采取的检修方法，以故障缺陷库和知识库的形式固化在监控平台中，通过视频图像质量分析的方法结合缺陷库和故障知识库，在巡检工单或检修方案中给出故障检修建议。按照视频图像质量、系统登录情况、网络信号丢失率等故障分类，自动填写检修工单，视频质量故障分析表如下所示：
2.3 故障自动巡检方法
人工方式通过监控画面巡检，发现故障的效率非常低，而且不能精确定位故障原因。因此，需要研究设备故障自动巡检功能，通过设置任务的定期重复执行来实现，如下图1所示：
对故障诊断任务设置每日、每天、每月执行的方式，简化工作人员重复建立故障诊断任務的工作量，提高工作效率。同时，诊断功能对任务诊断到的异常设备自动生成工单在夜间进行下发，次日可以在设备运维人员的账号上看到设备工单，进而进行消缺。
3 故障诊断实施方案
3.1 故障知识库与运行缺陷库构建
在构建知识库的基础上，通过对设备故障原因、故障类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，形成设备运行缺陷库。通过对具体设备故障或网络故障的进行细分，实现对设备故障的定位，精确到单个路由器，例如设备网络不通时，经过哪些路由后网络不通，大大简化设备故障的消除。
通过平台设备运行数据综合统计和分析功能的建设，实现对平台视频设备历史运行情况多时间维度的统计和分析，可以方便运维和检修人员对重点故障区域和故障设备类型制定针对性整改方案，有效提高平台指标情况。并通过对历史数据信息进行多维度统计分析为运维检修人员提供重点故障区域和设备类型等信息，为运维检修人员进行针对性整改提供决策数据辅助。
3.2 故障诊断业务架构
电网统一视频监控平台为各业务领域下的变电站、输电线路、营业厅、变电站、办公大楼、应急场所等视频监控应用场景提供视频源，实现实时视频、录像回放、运行工况、资源管理、资源调度等业务功能。新增设备故障精确分析诊断功能，实现设备运行故障快速诊断分析定位，规范设备检修流程，形成设备运行缺陷库。 故障诊断分析定位：通过网络跟踪的技术对电网统一视频监控平台设备运行故障进行诊断分析，协助运维检修人员快速定位、分析、排查故障的原因。通过网络故障诊断，能够精确到监控设备所经过的的故障路由位置（IP地址）。
检修流程标准化：通过设备诊断结果与设备检修流程的高效融合，实现设备检修流程各环节的实时跟踪处理，规范设备检修流程。
缺陷库：通过对设备故障原因、故障类型、故障频率、典型故障区域、典型故障场景等多维度分析，形成设备运行缺陷库。
统计分析：对设备接入故障信息进行多维度统计分析，可以按照监控设备部署区域或者运维区域进行故障统计，生成设备故障统计分析报表、图表。
4 实现与展望
电网监控设备与网络故障诊断分析技术，已经在新疆电网统一视频监控平台中推广应用，各全疆地州通过巡检功能对本地区设备进行定期全面检测，可以对全疆13地州15000余路视频情况进行定期诊断。
通过电网视频监控设备离线率原因分析、网络通道故障预测和定位、设备检修流程各环节实时跟踪处理，构建视頻监控设备和网络运维检修标准化流程、多维度分析运行缺陷库、故障情况实时跟踪和检索发布机制、历史运行情况多时间维度的统计和分析功能，为后续设备选型、制定标准化网络配置、设备运行情况分析、重点故障区域和故障设备类型制定整改方案等过程提供辅助决策数据。
视频监控设备与网络故障诊断分析技术，对于规模越来越大、业务越来越多、设备越来越复杂的电网系统的安全运行，以及监控平台的运维检修具有较高的实用价值和推广意义，。后续，对于信息通信系统和资源的运维管控，会趋于在统一管控平台上实现，例如网络和通信网管、设备管理系统、运维检修平台等，将会出现一个统一的、协同的运维管控平台。
参考文献：
[1] GuoDong Li， PengFei Jin， Kai Li. Research of Delay Prediction Based on RBF Neural Network[J]. Informatiom Technology Journal， 2014（3）.
[2] 高杨. 视频质量诊断算法研究与实现[D]. 沈阳： 东北大学， 2011.
[3] 吴贵达. 基于Internet的动态网络资源管理—网络故障监控与性能趋势分析[D]. 西安： 西北工业大学， 2004.
[4] 潘瑞雪. 基于SVM的故障视频图像识别与诊断技术研究与实现[D]. 武汉： 华中师范大学， 2014.
[5] 朱元全， 王印松， 常政威， 等. 变电站视频质量诊断系统的应用研究[J]. 四川电力技术， 2014（10）.