嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪口蓄能電站的應(yīng)用

1、嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪口蓄能電站的應(yīng)用222006年6月水電廠自動化第2期總第107期嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪口蓄能電站的應(yīng)用周建宅于昭建(寧波溪121抽水蓄能電站有限公司浙江省寧波市315502)【摘要】溪1:2蓄能電站是我國第一座投產(chǎn)的中型抽水蓄能電站,自動化程度較高,為達到少人值班,遠程監(jiān)控的需要,迫切需要上1套視頻監(jiān)控系統(tǒng)以達到對電站生產(chǎn)設(shè)備遙視的目的,本文分析了各代視頻監(jiān)控的特點,針對溪1:2蓄能電站生產(chǎn)管理的要求,提出了溪1:2視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則,最終選擇了基于嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案.【關(guān)鍵詞】溪1:2蓄能電站少人值班嵌入式視頻監(jiān)控解決方案【數(shù)據(jù)庫分類號】SZ01SZ130

2、概述寧波溪口抽水蓄能電站位于浙江省寧波市奉化溪口鎮(zhèn),距負荷中心寧波市僅30km,裝機容量80MW,是寧波地區(qū)電力系統(tǒng)現(xiàn)階段唯一的中型調(diào)峰填谷電站.電站由上水庫,下水庫,輸水系統(tǒng),圓形豎井半地下式廠房及升壓開關(guān)站等組成,廠房內(nèi)安裝2臺立軸單級單速可逆混流式水泵水輪機,發(fā)電電動機為立軸懸式,空冷,可逆式三相同步電機,機電設(shè)備全部為進口,其計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB的MNS系統(tǒng).該電站的建成對緩解寧波地區(qū)電力系統(tǒng)日益嚴重的峰谷矛盾,提高供電的可靠性,改善供電質(zhì)量起到了很大作用.寧波溪口抽水蓄能電站采用以計算機控制為主,簡化常規(guī)控制設(shè)備為輔的控制方式,分層分布結(jié)構(gòu),整個控制系統(tǒng)分為電站主控級和就地控制單

3、元.寧波調(diào)度中心通過RTU可以實現(xiàn)對本電站的遙測和遙信.為適應(yīng)電站現(xiàn)代化生產(chǎn)和安全管理的需要,溪口蓄能電站有限公司決定在80MW機組主廠房,上下庫閘門室,開關(guān)站,辦公樓等重要場所安裝彩色攝像機,利用現(xiàn)有電站通信網(wǎng)絡(luò),建設(shè)整個電站的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng),增加電站的遙視功能,使遠在寧波中寧大廈辦公的管理人員能及時了解現(xiàn)場實際情況.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè),將大大增加對電站主要環(huán)境和主設(shè)備運行狀況的監(jiān)控管理力度,方便管理人員及時了解到各現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況,及時發(fā)現(xiàn)機組設(shè)備運行的安全隱患,方便運行人員及時做出對策,采取相應(yīng)的保障措施,提高機組設(shè)備運行的安全性,也可大大減輕巡檢人員的勞動強度,進一步提高電站的

4、現(xiàn)代化管理水平.1視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史圖像監(jiān)控一直是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點之一,它以其直觀,方便,信息內(nèi)容豐富而被廣泛應(yīng)收稿日期:20060403.?監(jiān)控系統(tǒng)與輔機控制?周建宅等嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪12:I蓄能電站的應(yīng)用23用.在電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展過程中,圖像監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平,直接反映了不同階段電子與通信的技術(shù)狀況,就圖像監(jiān)控的方式而言,大致可分為三類.1.1本地模擬圖像監(jiān)視從攝像機,電視機出現(xiàn)的那天起,原始的圖像監(jiān)視系統(tǒng)就已誕生.它被廣泛應(yīng)用于保安,生產(chǎn)管理等場合.本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像機,視頻矩陣,監(jiān)視器,錄像機等組成,由視頻線,控制線纜等連接.本地圖像監(jiān)控系統(tǒng)一般采用模擬

5、方式傳輸,采用視頻同軸電纜(少數(shù)采用光纖,視頻光端機等),傳輸距離不能太遠,主要應(yīng)用于小范圍內(nèi)的監(jiān)控,如大樓監(jiān)控等.監(jiān)控圖像一般只能在控制中心查看.但由于是無壓縮,圖像質(zhì)量最好,無馬賽克及滯后現(xiàn)象,適用于對圖像質(zhì)量及連續(xù)性要求極高的場合.1.2基于PC平臺的多媒體監(jiān)控數(shù)字視頻壓縮編碼技術(shù)的日益成熟,微機的普及化,為基于PC的多媒體監(jiān)控創(chuàng)造了條件.多媒體監(jiān)控系統(tǒng)一般采用下面的結(jié)構(gòu):在遠端監(jiān)控現(xiàn)場,有若干個攝像機,各種檢測,報警探頭與數(shù)據(jù)設(shè)備等,通過各自的傳輸線路,匯接到前端的多媒體監(jiān)控終端上,多媒體監(jiān)控終端可以是1臺PC機,也可以是專用的工業(yè)機箱組成多媒體監(jiān)控終端,一般監(jiān)控終端都配有一個視頻矩陣

6、或視頻切換器.除了處理各種信息和完成本地所要求的各種功能外,系統(tǒng)利用視頻壓縮卡和通信接口卡,通過通信網(wǎng)絡(luò),將這些信息傳到一個或多個監(jiān)控中心.PC機的多媒體監(jiān)控系統(tǒng)功能較強,軟件開發(fā)比較容易,但穩(wěn)定性不夠好,容易發(fā)生死機等現(xiàn)象;功耗高;需要有人值守,一般不能用在無人值守的場合;同時軟件的開放性不好,不容易和其他系統(tǒng)互聯(lián).1.3基于嵌入式操作系統(tǒng)的遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控目前一般的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng),其圖像壓縮與解壓縮全部采用基于PC機的視頻卡,使得視頻前端(如CCD等視頻信號的采集,壓縮,通信)較為復(fù)雜,穩(wěn)定性,可靠性不高,且價格高昂.而PC機也需專人管理,操作較為繁瑣.隨著技術(shù)的進步,在1999年底開始

7、出現(xiàn)了一種新型的網(wǎng)絡(luò)化遠程視頻監(jiān)控技術(shù),即基于嵌入式操作系統(tǒng)的遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控.基于嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù)的遠程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控主要的原理是:視頻服務(wù)器內(nèi)置一個嵌入式Web服務(wù)器,采用嵌入式實時操作系統(tǒng).攝像機傳送來的視頻信號數(shù)字化后由高效壓縮芯片壓縮,通過內(nèi)部總線傳送到內(nèi)置的Web服務(wù)器.網(wǎng)絡(luò)上用戶可以直接用客戶端軟件查看服務(wù)器上的攝像機圖像,授權(quán)用戶還可以控制云臺攝像機鏡頭的動作或?qū)ο到y(tǒng)配置進行操作.2溪口蓄能電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則2.1可靠性和兼容性在系統(tǒng)設(shè)備的選擇上,所有選用產(chǎn)品均為國際知名品牌,并且在國內(nèi)有一定的市場占有率,同時所有設(shè)備均通過公安部安全防范產(chǎn)品檢測中心檢測鑒定,以保證整個

8、系統(tǒng)安全可靠的運行.2.2開放性和兼容性在總體規(guī)劃系統(tǒng)方案時,采用標準化,規(guī)范化設(shè)計,使得系統(tǒng)具有開放性和良好的兼容性,便于設(shè)備,器材的選型,保證用戶在系統(tǒng)上進行有效的利用和開發(fā),并為以后的擴展提供便利條件.2.3先進性和成熟性在滿足用戶現(xiàn)在需求的前提下,充分考慮信息社會迅速發(fā)展的趨勢,選擇合理,實用,便于擴展與升級的結(jié)構(gòu)和技術(shù)先進,有信譽保證并得到廣大用戶認可的廠家產(chǎn)品.242006年6月水電廠自動化第2期總第107期2.4集成性和可擴展性充分考慮整個系統(tǒng)所涉及的各個部分的集成,保證整個系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上的先進性和合理性,實現(xiàn)對各個部分的分散式控制,集中統(tǒng)一式管理和監(jiān)控.整個系統(tǒng)必須有靈活的結(jié)構(gòu)

9、,并留有合理的擴展余地,以便用戶根據(jù)需要進行適當?shù)刈儎优c擴充.2.5經(jīng)濟性為進一步保障用戶的投資,國產(chǎn)設(shè)備均由廠家直接供應(yīng),進口器材均由大陸1級經(jīng)銷商直接供應(yīng).使系統(tǒng)在實現(xiàn)先進性,可靠性前提下,盡量使得整個系統(tǒng)所需投資合理,達到功能和經(jīng)濟的優(yōu)化設(shè)計,從而構(gòu)成一個性能價格比優(yōu)化的系統(tǒng).2.6可管理性和可維護性在設(shè)計時,采用先進的,標準的用戶界面良好的管理軟件,合理的設(shè)備布局,做到走線規(guī)范,標記清楚,文檔齊全,以便對整個系統(tǒng)提供可管理性和可維護性.3基于嵌入式視頻監(jiān)控KB一5600nDVR系統(tǒng)的特點溪口蓄能電站在綜觀了國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的發(fā)展狀況和產(chǎn)品性價比之后,感覺到我國在網(wǎng)絡(luò)視頻領(lǐng)域中的技術(shù)發(fā)

10、展及應(yīng)用水平已經(jīng)趕上了國際水準,不單在產(chǎn)品的更新?lián)Q代上,在其他各個方面都有著因地域優(yōu)勢所帶來的便捷服務(wù).為此,我們最終選擇了國內(nèi)深圳鍵橋通信技術(shù)有限公司的KB一5600nDVR嵌入式視頻系統(tǒng).該系統(tǒng)特點如下.3.1系統(tǒng)采用標準的模塊化設(shè)計前端視頻壓縮系統(tǒng)采用模塊化的Vlinker2000視頻服務(wù)器,該設(shè)備采用先進的嵌入式操作系統(tǒng),視頻壓縮格式遵循MPEG4壓縮標準,設(shè)備體積小,穩(wěn)定性高,完全適合在無人值守的環(huán)境中使用.當用戶系統(tǒng)擴充時,只需要擴充視頻壓縮模塊和升級系統(tǒng)軟件即可,不用對中心服務(wù)器和客戶端硬件進行升級,可保護用戶的現(xiàn)有設(shè)備投資.3.2適合網(wǎng)絡(luò)化,數(shù)字化的監(jiān)控要求真正分布式的端到端I

11、P結(jié)構(gòu),減少了模擬監(jiān)控電纜鋪設(shè)和維修費用;系統(tǒng)采用標準的TCP/IP協(xié)議,能為架構(gòu)在局域網(wǎng),廣域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)之上的Vlinker2000視頻服務(wù)器提供一45以太網(wǎng)接口,可直接接入局域網(wǎng)交換機或者HUB上.通過視頻服務(wù)器壓縮的視頻信號和控制信號完全通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,節(jié)省了鋪設(shè)長距離線纜的成本,真正做到一網(wǎng)多用.3.3完善的系統(tǒng)功能系統(tǒng)監(jiān)控中心和各分控中心可以對管轄范圍內(nèi)多個本地和遠程監(jiān)控前端進行實時監(jiān)控,多層使用權(quán)限,安全可靠的用戶登錄途徑;分布式結(jié)構(gòu)提供無限硬盤存儲容量;強有力的視頻文件搜索工具可以按時間,日期,圖像變化率,報警和用戶定義的書簽進行搜索;KB一5600nDVR軟件開發(fā)包(S1K)提

12、高了與第三方安全系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)(MIS)的集成能力;能夠支持多場合的中央監(jiān)控,不受地理條件的限制;系統(tǒng)可以以1畫面,4畫面,9畫面方式顯示,圖像可自動輪巡,切換時間可以任意調(diào)節(jié),可設(shè)置手動錄像,計劃錄像和報警自動錄像等多種錄像方式.當發(fā)生報警時,可任意聯(lián)動其他設(shè)備,如射燈,警號,同時可在客戶端自動彈出報警現(xiàn)場的畫面,并彈出報警提示.3.4同時支持多種控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)同時支持多家知名品牌的控制協(xié)議,包括PECLOP,PECLOD,LILIN快球,YAAN快球和可視通解碼器的控制協(xié)議.3.5圖像清晰圖像壓縮采用MPEG2或MPEG4標準,圖像清晰度高,不會出現(xiàn)圖像馬賽克現(xiàn)象.?監(jiān)控系統(tǒng)

13、與輔機控制?周建宅等嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪口蓄能電站的應(yīng)用253.6嵌入式技術(shù)穩(wěn)定性高系統(tǒng)采用先進的具有嵌入式操作系統(tǒng)的Vlinker2000視頻服務(wù)器,該設(shè)備采用RISC芯片,視頻處理速度快,CPU主頻達3.0GHz,穩(wěn)定性極高,平均無故障時間(MTBF)大于100000小時.該設(shè)備有自動恢復(fù)功能,當前端發(fā)生掉電后,可自動啟動再恢復(fù),自動再連接到系統(tǒng),無需人工維護.3.7采用組播方式,節(jié)省帶寬資源在廣域帶寬有限的環(huán)境下,采用組播傳輸方式,訪問視頻服務(wù)器的用戶增加,不會增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量.3.8操作簡便操作界面全部為中文可視化界面,用戶可根據(jù)清晰的中文功能提示,實現(xiàn)全部的監(jiān)控操作.用戶在實時

14、監(jiān)控過程中,可利用鼠標點擊PTZ控制面板的上,下,左,右控制鍵對攝像機進行控制,同時可調(diào)節(jié)攝像機的光圈,聚焦及圖像大小縮放.操作界面直觀,與用戶的親和力強,使用者無需專門培訓(xùn).3.9遠程系統(tǒng)維護和系統(tǒng)管理Vlinker2000視頻服務(wù)器提供遠程TELNET訪問功能,管理員不必到達設(shè)備現(xiàn)場,就可修改設(shè)備的各項參數(shù),提高了設(shè)備維護效率.同時,管理員可遠程增加,刪除,修改用戶,監(jiān)控地點,用戶的控制權(quán)限,錄像時間和報警等信息.3.10設(shè)備簡單.便于施工通過使用Vlinker2000視頻服務(wù)器和KB一5600nDVR遠程監(jiān)控系統(tǒng),極大地簡化了監(jiān)控系統(tǒng)中可能涉及的設(shè)備種類和數(shù)量,它完全取代了模擬監(jiān)控系統(tǒng)中

15、的視頻矩陣,切換器,畫面分割器,字符疊加器等需要配合使用才能實現(xiàn)的功能,不僅減少了調(diào)試設(shè)備的施工周期,同時較少設(shè)備的使用,可提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,減少日后維護設(shè)備的難度.3.11良好的可擴展性系統(tǒng)前端采用模塊化的Vlinker2000視頻服務(wù)器,當系統(tǒng)擴充時,只需要擴充視頻壓縮模塊即可.在監(jiān)控中心,管理人員只需要將增加的監(jiān)控現(xiàn)場加入監(jiān)控地點組態(tài),這樣就完成了全部的系統(tǒng)升級工作.本系統(tǒng)不限制用戶訪問數(shù)量,用戶可利用客戶端軟件,使用辦公微機隨時隨地監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境.3.12防病毒侵入系統(tǒng)前端設(shè)備采用嵌入式技術(shù),操作系統(tǒng)及軟件固化在芯片之中,不易受目前網(wǎng)絡(luò)中爆發(fā)病毒的侵害.3.13其他功能具有視

16、頻和音頻輸入,輸出,開關(guān)量輸入,輸出,串口輸入(可接收現(xiàn)場模擬量數(shù)據(jù))功能,具有視頻移動報警錄像功能,視頻移動報警并自動彈出報警畫面,視頻圖像循環(huán)切換顯示,聯(lián)動控制和數(shù)據(jù)報表功能,以及設(shè)定值越限報警,畫面定位功能等.4溪口視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成及主要設(shè)備性能溪口蓄能電站采用第三代基于嵌入式視頻服務(wù)器的視頻監(jiān)控系統(tǒng).該系統(tǒng)根據(jù)組網(wǎng)方式可分為監(jiān)控前端設(shè)備,通信網(wǎng)絡(luò),監(jiān)控中心三個主要部分.其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.4.1監(jiān)控前端前端監(jiān)控點設(shè)備包括:視頻服務(wù)器(Vlinker2000),高速球機(或:云臺+云臺解碼器+攝像262006年6月水電廠自動化第2期總第107期圖1溪口電站數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖機

17、),紅外探頭,拾音器,警報器,射燈,機柜(針對室外監(jiān)控點,將視頻服務(wù)器,云臺解碼,電源等統(tǒng)一安裝在里面)等組成.主要完成圖像的采集,編碼和傳輸,攝像機的控制和報警的輸入偷出工作.4.2通信網(wǎng)絡(luò)由集線器或交換機(HUB/SWITCH),路由器(Router),光端機,光纖及網(wǎng)絡(luò)連接線等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備組成.溪口電站局域網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)為千兆以太網(wǎng),寧波中寧大廈與溪口電站現(xiàn)場通過租用通信公司的裸光纖,并配置CISCO的GBIC模塊(WSG5487,該模塊傳輸距離可達70krn)組成了跨越溪口,寧波兩地的公司內(nèi)部局域網(wǎng).4.3監(jiān)控中心電廠監(jiān)控中心,主要由圖像監(jiān)控中心服務(wù)器,圖像存儲系統(tǒng),監(jiān)控客戶終端等組成.主

18、要完成現(xiàn)場圖像接收,用戶登錄管理,優(yōu)先權(quán)的分配,控制信號的協(xié)調(diào),圖像的實時監(jiān)控,錄像的存儲,檢索,回放,備份,恢復(fù)等.監(jiān)控中心設(shè)備包括:服務(wù)器(安裝服務(wù)器端軟件),大屏幕投影儀,監(jiān)控工作站(用于系統(tǒng)管理和配置,或連接投影儀).監(jiān)控工作站(客戶端)設(shè)備是普通PC電腦,安裝客戶端軟件,電腦的配置要求由同時觀看監(jiān)視點的數(shù)量而定.監(jiān)控工作站(客戶端)的設(shè)備是1臺普通PC電腦,只要安裝客戶端監(jiān)控軟件即可實現(xiàn)監(jiān)控.電腦的配置越高,同時監(jiān)控的圖像數(shù)量就越多,操控實時性也越好.任何1臺辦公自動化電腦只要連接在溪口電站或?qū)幉ㄖ袑幋髲B的局域網(wǎng)上,即可作為監(jiān)控工作站.4.4溪口電站監(jiān)視點分布情況溪口電站根據(jù)生產(chǎn)過程

19、的要求,共設(shè)置了20個監(jiān)控點,對監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)距離較遠的上,下庫閘門,黑啟動機組廠房等監(jiān)控點采用了光纖傳輸,并由光端機將視頻信號和控制信號傳送到局域網(wǎng)上.電站監(jiān)視點分布情況如表1所示.4.5溪口電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備性能溪口電站根據(jù)對監(jiān)控點的不同需要,選擇了不同的攝像機和鏡頭.廠區(qū)和中控室兩監(jiān)視點為電站動態(tài)和運作的中心,視野范圍比較大,因而采用了快速球機;開關(guān)柜視野范圍比較小,采用了固定攝像機;其余均采用了彩色一體攝像機及云臺,護罩等.快速球機選用日本CBC公司原裝高清晰度彩色一體球機,分辨率50DB,解像度480線,光學(xué)22倍,電子8倍放大,再配上日本原裝C0u鏡頭,其特點是圖像清晰,觀察范

20、圍廣,移動速度快,并具有16個預(yù)置監(jiān)控位置.?監(jiān)控系統(tǒng)與輔機控制?周建宅等嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)在溪口蓄能電站的應(yīng)用27表1電站監(jiān)視點分布情況序號監(jiān)控點攝像機序號監(jiān)控點攝像機1廠區(qū)總貌高清晰彩色一體快球11倉庫,油庫彩色一體機+球型云臺2中控室高清晰彩色一體快球12開關(guān)站1彩色一體機+球型云臺3上庫閘門彩色一體機+球型云臺13開關(guān)站2彩色一體機+球型云臺4下庫閘門彩色一體機+球型云臺14廠變室彩色一體機+球型云臺5黑啟動機組彩色一體機十球型云臺151機開關(guān)柜彩色固定機6球閥室彩色一體機+球型云臺162機開關(guān)柜彩色固定機71水機室彩色一體機+球型云臺17SFC開關(guān)柜彩色固定機82水機室彩色一體機+球型云臺18辦公樓正門彩色一體機+球型云臺9發(fā)電機層彩色一體機+球型云臺19辦公樓后門彩色一體機+球型云臺10安裝間彩色一體機+球型云臺20下庫警衛(wèi)室彩色一體機+球型云臺彩色一體機選用日本NPE和天津三星彩色攝像機,分辨率50DB,解像度480線,光學(xué)22倍,電子8倍放大,對中,近距離視野范圍內(nèi)的觀察要求全能滿足.云臺及解碼器選用天津佳杰生產(chǎn)的JLQ1209WA型產(chǎn)品,旋轉(zhuǎn)速度水平12./S1.,垂直12.,旋轉(zhuǎn)角度水平0.356.,