智能综合监控系统可行性研究报告

智能综合监控系统可行性研究报告
近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电所的自动化技术在不断进步。

目前很多变电站已逐步实现无人值班或值守。

另一面供电系统各部门、各单位也都有了相应的专用网络，随着供电系统的全面改革，对于变电所，除了常规的自动化系统之外，远程视频/环境监控系统已逐步成为无人值班变电所新增的而且是一个十分必要的自动化项目，是其他自动化手段所不可替代的。

通过远程视频/环境监控系统，安全值班人员、企业领导可以随时对电站的重点部位进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各电站的安全情况，并及时对发生的情况做出反应。

针对电力系统运行中的情况，我公司开发了一套变电所智能综合监控系统，该系统针对各变电所的特点实现一体化的监控解决案。

根据实际运行需求，该系统将能实现变电所设备运行环境和辅助设备进行综合监控和管理，系统实施使得变电所的管理迎合了电网向自动化、综合化、集中化、智能化的向发展，在辅助设备运行时可能出现一些异常的危险等，系统会进行自动处理和报警，尽量为变电所设备运行减少损失，提高劳动生产率，增加经济效益，保障设备的正常运行，可以大大提高了变电所管理水平。

1设计依据和设计原则
1.1指导思想
根据《图像监控系统技术规格书》的要求，结合现场实际情况，综合运用电
子信息技术、计算机网络技术、安全防技术等，并遵照相关安全防技术规的要求，以技术和系统的先进、可靠、合理、适用的原则，来设计构成该图像监控系统技术案。

本技术案将结合电业局管理运行机制，建设一个基于网络环境的、远程的、实时的、可视化的、信息共享的变电所视频监控平台。

本着“统一规划、分步实施”的原则，充分利用资源，结合电业局的具体情况和电业局监控系统的发展框架进行设计，在将来长时间保持系统的先进性和可靠性，保护用户投资。

在技术上充分发挥变电所监控系统的功能，实现电力安全生产管理的科学化，保障系统建设的整体性、实用性、先进性、安全性、开放性、可扩展性和连续性，使系统具有长久的生命力。

充分兼顾兼容其它应用系统，给将来其它系统的建设留有标准的接口和容量。

追求最优的系统性能价格比。

1.2设计原则
根据国外变电所电视监控技术的发展趋势，结合本公司丰富的实践经验，在对整个系统进行案设计时遵循：“技术先进，实用可靠，扩展性好，有利管理，投资合理”的原则。

先进性
系统的规划一定要兼顾眼前和未来的应用需求，要用长远的眼光，以保证规划的科学性、先进性，保证所选用的硬件设备和软件系统的实用性和先进性，并具有较长的生命期和先进水平。

充分发挥我公司的技术优势，通过系统的二次开发和整体集成，使建成后的系统在国居于领先水平，并在系统实际运行过程中，建立紧密结合XX电业局管理实际的科学化、现代化管理运行机制。

稳定性和可靠性
无论从系统从结构上、产品性能上、设备的选型上还是到具体的实施案，都要考虑到系统的稳定性和可靠性，并且在系统集成过程中对硬件设备安装、操作系统应用、网络连接、数据库设计将尽可能完善的做出故障检测、诊断及处理策略，以保证系统的稳定性和可靠性，确保系统正常、稳定、可靠、连续地运行。

开放性
系统设计应充分系统的开放性，除了保证系统部之间的有机协调和开放性之外，应留有面向外部系统的标准接口，以实现与其它子系统之间的数据交换，保证系统的不断扩展。

系统设备选型遵循有关国际标准、标准和行业标准，使系统具有高度的开放性和技术上的兼容性，系统间应具有良好的互联、互操作能力。

可操作性
界面友好，充分考虑操作人员的特点，使数据处理工作简单、便、快捷，业务流程清晰，符合常规业务处理习惯。

系统数据维护便，备份及数据恢复快速简单。

可扩展性
系统设计不但要保证目前系统容量的要求，也要考虑今后系统的发展，便于向更新技术的升级与衔接。

要留有足够的扩充余量，考虑到今后业务的发展，系统在设计时必须考虑扩展性需求。

本案设计的系统可扩展性体现在以下几个面：
数据的可扩展性：随着系统功能的增加，原有数据和新增数据可以无缝融合，无需对原有数据结构作重大修改。

功能的可扩展性：未来系统增加的功能可以和原有功能紧密结合，无需对现有系统结构重新设计。

性能的可扩展性：当系统负载增加时，可通过对系统现有设备增加硬件数量或升级系统以提高系统的性能，无需更换现有设备。

系统结构易于扩充，以适应今后可能出现的较大任务负载。

系统设备及软件向下兼容，以保护系统的原始投资。

易维护性
具有强有力的系统管理手段，可便地对系统资源进行集中配置与调整。

系统应支持集中、统一的管理视图和图形化管理界面，能够实时监视设备的工作状况。

系统各部分均采用模块化结构，各自具有相应的软硬件自检、故障诊断和安全保护措施，并有利于用户从事简单的现场维护。

安全性和规性
系统设计应充分考虑信息资源的共享，考虑信息的保护和隔离，对不同的应用和不同的环境，采取相应的措施对系统和数据进行保护。

系统建成后，除提供详尽的用户手册和操作手册外，在技术上提供先进的、可靠的、全面的安全保密案和应急措施，从人机界面设计、应用软件参数变更、系统设备自动检测、拒绝非授权访问、系统恢复能力等面，确保系统万无一失。

设计的规性主要体现在系统的接口规、数据规、服务规和操作的规性，这些规可对前期建设系统的数据结构、发布式提供一个统一的规，为未来的业务模块留有
转换接口和软件。

良好的性能价格比
整个系统应能够在先进性、高效性、可靠性和稳定性面进行考虑，在满足用户总体需求的前提下，充分体现设备资源的共享性，最大程度地降低系统造价和安装成本。

1.3设计依据
本设计案除了有关用户需求及规外，还遵循或参考以下规和标准：IEEE—国际电气与电子工程师协会
IEC—国际电工委员会
ISO—标准化组织
ANSI—美国标准委员会
ITU—国际电信联盟电报咨询委员会
EIA—电气工业协会标准
UL—美国保险商试验标准
NFPA—美国防火协会标准
ASCII—美国信息交换标准码
OSI—开放系统互联
《火力发电厂与变电所设计防火规》(GB50229-96)
《电力设备典型消防规程》(DL5027-93)
《安全防工程程序与要求》(GA/T75-94)
《工业企业通信设计规》(GBJ42-81)
《工业电视系统工程设计规》(GBJ115-87)
《民用闭路电气设计规》（GB50198）
《电业安全工作规程》（GA/T75-94）
《工业企业调度和会议工程设计规》（CECS36:91）
《计算机软件开发规》（GB8566 88）
《电业安全工作规程》（DL408-91）
《电力建设安全工作规程》（DL5009-1997）
2设计案
2.1系统建设容
电业局变电所图像监控系统建设容主要包括以下几面：
1、变电所摄像机、视频编码服务器的安装设计。

2、变电所摄像机、视频编码服务器的布线、供电、防雷、防干扰设计。

3、传输系统与监控系统接口、带宽分配设计。

4、监控管理中心的设计。

5、监控管理软件的开发设计。

2.2系统构成
整个变电所监控系统由变电所前端系统设备，网络传输及监控中心系统设备三个部分组成。

前端系统主要指变电所的图像采集与处理，设备主要包括摄像机系统（摄像头及其辅助设备如护罩、云台、解码器等）、红外/烟雾报警器、视频编码服务器
等。

前端从摄像机到视频编码服务器间采用的是传统的模拟信号处理式，即根据监控场所环境和安装位置要求，有室安装和室外安装两种形式，以及摄像头的控制类型包括固定（不可控）式和云台/镜头可控式两种形式。

前端摄像头的视频（音频）信号通过模拟音视频线缆接入视频编码服务器（XX），由视频编码服务器对模拟信号进行编码压缩（采用MPEG 4）后编码为数字式的IP信号，并通过TCP/IP网络向远端的监控中心传输。

对可控的云台/镜头的控制，通过从视频编码服务器接出的RS485的控制线来实现，发出控制信号命令的可以是由远端的分控或主控中心通过TCP/IP网络发出的控制命令。

如果需要，可以在视频编码服务器上接入拾音器（驻极体话筒）和喇叭（有源音响），用于语音对讲；接入红外报警探头以及门磁等设备，用于入侵检测报警；接入声光报警器，一旦发现有非法入侵，即予发出声光报警信号。

同时，可以将报警信号与摄像机的预置位关联，联动控制摄像机的云台/镜头到相应位置，自动捕捉需要的画面。

变电所监控系统与监控中心系统之间采用TCP/IP网络传输式，利用已建的光传输网，组成从站场到监控中心二级监控形式的TCP/IP监控专线网。

监控中心为系统的维护和管理中心，是整个系统的核心，主要负责视音频信息的处理，包括远程监视、录像、回放等；系统的控制，包括对前端的云台、镜头控制等；系统的管理，包括系统设置/配置、用户管理等。

监控中心系统的设备主要包括服务器、监控工作站以及控制软件、存储设备和介质、图像显示电视墙等。

系统构成如图所示。

2.3 系统工作原理
音视频监控是一个上行的过程，即从变电所摄像机传输到图像监控中心或MIS 网上监控服务器的过程。

首先，在变电所，来自各摄像机的视频信号，输入视频编码服务器；然后，视频编码服务器将视频信号转换为25帧/秒的高清晰数字图像，并完成MPEG-4图像压缩，将经压缩后的视音频数据流通过通信网络发送到监控中心或MIS 网；最后，监控中心或MIS 网上的监控计算机对收到的来自前端的图像和声音数据，进行解压缩并通过计算机显示屏幕和声卡进行回放。

报警信号的传输与视频传输一样，也是一个上行过程，但必须确保信号的及时到达。

发生报警时，远程数字图像编码器自动控制和切换摄像机以获取报警点的图像，监控中心的监控主机接收到报警信号后立即发出声音信号、记录报警事网络视频编码器
视频信号
云台控制 告警信号
前端摄像机 数字视频切换设备
10/100/1000M 视频管理服务器
大屏 视频 信号
前端摄像机
SDH 传输系统 局域网任意监视 10/100Base-T
Internet 任意监视
件、进行硬盘录像。

摄像机控制、灯光控制、布防等控制信号是下行传输的，由监控中心或MIS 网上的监控主机发出各种控制信号，视频编码服务器收到控制信号后，直接控制云台、镜头、摄像机，或完成布防操作。

系统采用硬件压缩软件解压技术，在相关科室的MIS网计算机终端上增加相应的软件或者通过Windows自带的IE浏览器的Web功能就可实现远程图像监控功能，设置成图像监控工作站。

图像监控工作站的显示分辨率根据显示器可调，图像质量达到优良水平，图像传输率达到每秒25帧实时传输。

网络通信采用TCP/IP和网络组播(Multicast)技术，即图像传输以“点播”的式发送，即当有用户发出请求时才发送图像，没有用户观看时，不占用网络资源，从而使最大限度地利用了网络的传输性能和网络带宽，避免网络的拥塞。

2.4前端子系统
变电所监控现场设备通常是一个前端现场，主要由摄像机、云台、网络视频编码器等组成。

对重要的地点（主变压器、副变压器、各个刀闸开闭合情况、变压器开关的油位情况、主控室、开关室，电容室及变电所的围人员出入情况）进行监控。

各监控摄像机采集的模拟图像信号汇聚到视频编码服务器压缩编码成数字IP 信号流，经电业局SDH通信传输网送往监控管理中心进行解压还原成视频图像。

当监控管理中心需调用或控制摄像机时，即可通过监控主机发出的控制信号（如云台控制、镜头控制）任意控制前端的摄像机。

2.4.1系统管理功能
1、用户管理功能：提供完善的用户帐号密码管理功能和格的控制权限分级制度。

根据控制权限分级制度，可以限定某些权限等级用户可以控制摄像机，某些用户仅能浏览，而无权控制，或者不能看到管理权限以外的其他摄像机。

系统访问认证：用户进入远程视频监控系统必须事先进行输入用户名和密码注册，系统管理员根据用户授予相应的权限监视和控制权限。

⏹每台远程监控终端可指定其监控围。

⏹每台远程监控终端可任意指定其所能查询的摄像机数目。

⏹每台远程监控终端有优先级别之分，优先级体现在控制权上。

⏹每个远程用户的各项操作权限可以分别给予和禁止，特别是一些涉
及到系统安全性的重要操作。

2、系统日志：对于系统中的操作，如系统报警、用户登录和退出、报警布防和撤防、系统运行情况等等，都有系统日志记录。

3、控制权协商：当多个用户同时监视一个前端时，为了避免控制混乱，只能有一个用户对前端设备进行控制，并根据用户的优先等级预先设定，对同等级用户这可通过网上自动协商完成。

4、同一远程监控终端的操作人员可分为不同的管理等级，不同管理等级的操作人员具有不同的权限；远程操作员具有进入和退出监控软件、修改口令、连接远端、控制远程摄像机和云台、控制远程受控端监控终端的输出、报警设备的布防和撤防、接收和处理报警信号、设置图像自动切换或显示的式和时间等权限。

5、信息查询：登录用户可查询系统的使用和运行情况，如在线用户、前端运行状态、报警信息等等。

2.4.2系统稳定可靠
1、监控系统所选择的设备、操作系统和应用软件均具备连续、可靠工作的能力。

2、系统具备本地自检和远报警功能（当出现系统设备故障或异常情况具备自动报警
功能）。

监控前端主机具有自动恢复功能具备远启动、复位功能。

服务器软件具备自动巡检摄像设备及其附属设备的功能，能够发现摄像设备及其附属设备的缺陷并发出报警。

3、视频报警功能：视频报警包括视频丢失报警和视频运动报警两种。

一旦摄像机损
坏或被窃或断线等，引起视频信号丢失，就会引起报警；对于设定的视频报警区域，一旦有运动目标进入或图像发生变化，也会引起报警。

4、系统提供远程维护功能：维护人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，
提高了设备的维护效率。

同时，管理员可远程增加、删除和修改用户、监控地点以及用户的控制权限等信息。

当这些信息修改之后，管理员不用对客户端进行维护，用户只要再重新登录系统一次，即可得到管理员重新分配的信息，减轻管理人员的软件维护工作量。

5、整个图像监控系统有完善的接地措施，具有良好的抗干扰（强磁场、强电场、高
频、低频等干扰）能力及防雷能力。

6、系统可在环境温度-20℃～80℃、地震烈度不高于7级的环境下正常工作。

7、本图像监控系统实现本案规定的所有功能，在MIS网上控制操作时不会影响MIS
网原有系统的正常工作。

2.5视频编码服务器原理及功能
对视频图像进行压缩的法有很多种，如H.261、H.263、JPEG、MPEG
及基于小波变换理论(Wavelet)的压缩/解压算法等。

针对动态图像在低带宽线路上传输的常用压缩法为H.261和MPEG-1，H.261是国际电信联盟ITU 为视频会议指定的H.320系列标准中的图像压缩编解码标准，H.320标准还对音频和数据的压缩传输规定了相应的法。

MPEG是国际标准化组织ISO制订的视、音频压缩标准，广泛应用于VCD 制作和影像出版、图像监控产品等。

目前在图像监控领域已经得到了最为广泛的应用。

特别是基于MPEG-2或MPEG-4标准的监控系统。

很多厂商遵照H.261和MPEG标准研制了多种形式的视频传输编、解码器硬件和软件用于视频、音频、数据的双向传输，它有效的解决了活动视频信号在低带宽线路上实时长距离传输的问题。

由于能够同时处理图像、话音和数据信号，因此利用这些编解码器可以组成多媒体监控系统。

我公司研制的图像监控系统网络服务器所采用的法是MPEG-4压缩算法。

并在用户提供的各种通信网络上或另建新的网络（如RPR构成的宽带IP网络）进行传输，从而构成使用便的、可靠的远程图像监控系统。

数字图像的带宽远窄于未压缩的图像，如一个640*480分辨率、3字节/像素,要求30帧/S的质量传输时，数据率达到28M字节/s。

那么100秒时间将占用2.8G字节的存储空间。

这对于任计算机系统都是不可重负的，因此图像的压缩编码技术就得到了迅速的发展。

其中MPEG（Moving Picture Experts Group，国际标准ISO11172）4压缩式是目前最具活力、应用越来越多的压缩式。

MPEG-1用于加速CD-ROM中图像的传输，用于将28M字节/s的图像压缩到1.2Mbit/s（压缩率200），MPEG-2是建立在MPEG-1之上的主要应用在没有色度畸变要求场合的高质量视频，数据速率在1.1Mbps到20Mbps之间。

MPEG-2能够提供广播级的视像和CD级的音质。

MPEG-2不仅能录制电视节目，而且还是为录制高清晰度的高质量动态图像而开发的，能够存储比MPEG-1清晰度更高的动态图像。

除了作为DVD的指定标准外，MPEG-2还可用于为数字有线电视分配、通过ATM的网络数据库业务、数字VTR应用以及卫星和地面数字广播分配等提供广播级的数字视频。

它是一组MPEG-1的最高级编码标准，并设计能向后兼容MPEG-1，即每一个MPEG-2兼容解码器能对有效的MPEG-1比特流进行解码。

MPEG-2主要是用于高带宽高保真的多媒体业务环境，它可以提供广播电视级图像质量乃至高清晰度电视的图像质量。

MPEG-4提出的初衷是制定一个通用的低码率的标准，它支持移动通信中的声像业务，与其他多媒体数据（如计算机产生的图形，图像）的集成和交互式多媒体服务等。

MPEG-4支持的图像格式从每行几个像素、每帧几行到CIF格式，帧率从0Hz到8Hz。

由于其压缩率非常高，一般为30-180M/小时/路，数据量也很小，图像质量较高，可以从353*288到720*576。

MPEG-4 两个标准的主要指标在于压缩率不同，MPEG-4采用了比MPEG-2更先进的压缩算法，压缩出来的图像清晰而且数据量小，因此二者对于传输网络的要求不同，MPEG-2要求带宽高，而MPEG-4要求带宽相对窄。

视频编码服务器的功能
视频编码服务器是采用通信、计算机、互联网技术和标准，基于最先进的MPEG-4视频压缩技术开发的最新一代嵌入式远程网络视频监控设备。

该系统采用标准的互联网TCP/IP协议，不仅能在本地局域网传送实时图像，还可以在网络带宽受限的路由器、局域网、广域网、INTERNET和无线网络上传送高清晰图像。

对于语音传送，也真正达到了实时并与视频同步。

该系统无须铺设专用的视频和控制电缆，就可以与不同类型的以太网设备无缝连接。

该系统采用C／S结构，防止网络黑客入侵；嵌入式的结构，可以有效防止病毒；在网络上的任计算机授权用户，根据权限的不同，使用者利用客户器软件可分别实现对远程现场的实时监视，对镜头、云台进行控制；支持多用户同时访问浏览；对网络上的任计算机都可以实时存储录像；系统具有良好的用户操作界面；管理员可远程对设备进行管理维护。

嵌入式的设计案，使该系统比其它产品具有更高、更好的稳定性和可靠性，这将大大减少人工操作和维护，特别适合在无人值守的应用环境中使用。

视频编码服务器分为视频编码器和视频解码器。

视频编码器可带有1、2、4、8、12路模拟视频输入和2路语音输入；视频解码器带有一个模拟视频输入/输出和语音输入/输出。

图像浏览可以使用视频解码器解码，也可以采用软件解码；若将这两个设备组合在一起，不但可以通过监视器或通过网络浏览监控，也可以电视墙观看。

视频编码服务器功能特点：
(1) 系统为标准的嵌入式服务器
该设备采用先进的嵌入式操作系统，设备体积小，视频处理速度快，稳定性高，适合在无人值守的环境中使用。

通过网络，可以远程对系统硬件和系统软件升级。

该设备有自动恢复功能，当前端发生掉电后，可自动启动，无需人工维护。

(2) 网络化、数字化
系统采用标准的TCP/IP协议，置HTTP服务器，提供RJ-45以太网接口，
能架构在局域网、广域网、INTERNET和无线网络之上，节省了铺设长距离线缆的成本。

可任意设置网关，完全支持跨网段、有路由器的远程视频监控环境。

(3) 高清晰度图像
图像压缩采用MPEG-4 图像编码标准，图像清晰度高，在低带宽或者多次路由的条件下，传输每秒30幅画面的高质量图像，不会出现“马赛克”的现象。

图像切换延时小于0.2秒。

(4) 单播、组播、服务器组播
系统提供单播、组播、服务器组播功能。

单播，即当有用户发出请求时才发送图像，没有用户观看时，不占用网络资源，从而使网络带宽的利用率更高。

服务器组播功能是当多个用户集中访问某一路图像时，此路图像由中心服务器转发给发出访问请求的用户，从而节省了有限的广域网带宽资源。

(5) 远程报警及联动控制
可提供报警输入接口，当发生报警时，可联动多个设备协同工作。

当监视点发生报警时，系统自动启动各种对应的联动设备，并将视频切换到相应的摄像机，开启灯光，自动录像。

监控客户终端可弹出报警信息，并有声音报警和短消息提示。

(6) 设备简单，便于施工
通过使用视频服务器和监控系统软件，极大地简化了监控系统中可能涉及的设备种类和数量，它完全取代了模拟监控系统中的视频矩阵、切换器、画面分割器、字符叠加器等需要配合使用才能实现的功能，不仅减少了调试设备的施工期，。