無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1國(guó)內(nèi)無人值守變電站發(fā)展現(xiàn)狀隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中央政府高度重視國(guó)家能源安全和能源儲(chǔ)備的建設(shè)，客觀上對(duì)中國(guó)能源行業(yè)提出了更高的要求，客觀上對(duì)中國(guó)能源行業(yè)提出了更高的要求。這越來越對(duì)電氣部門的安全部門提出了強(qiáng)烈的需求。電力行業(yè)和廣大人民群眾的生活、生產(chǎn)息息相關(guān),一旦電力設(shè)施遭遇破壞造成大面積停電,其后果往往不堪設(shè)想。另外,隨著電力企業(yè)的發(fā)展,無人值守變電站越來越多地出現(xiàn)在城市的各個(gè)角落,電力部門對(duì)無人變電站進(jìn)行高效維護(hù)和統(tǒng)一管理成為了新的迫切問題。另一方面,隨著通信工具的日益普及,為了方便人們的交流,擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍,多年來,中國(guó)電信、中國(guó)網(wǎng)通、中國(guó)移動(dòng)等運(yùn)營(yíng)商紛紛投入了大量資金建設(shè)模塊化機(jī)房或基站。其中很多機(jī)房和基站都是建設(shè)在偏僻的鄉(xiāng)村和山頭,維護(hù)人員只是定期到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備維護(hù),均屬于無人值守,客觀上造成了設(shè)備的易盜性。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)每年偏遠(yuǎn)通信機(jī)房設(shè)備及線纜被盜案件平均達(dá)到了上萬起,直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)以億計(jì),不僅給用戶正常通信帶來不便,電信運(yùn)營(yíng)商的企業(yè)信譽(yù)的損失也是不可估量的。為此很多電信企業(yè)提出了懸賞或增加人力等方式來解決問題,但均收效甚微。針對(duì)以上問題,為對(duì)遠(yuǎn)程電力設(shè)備或電信機(jī)房/基站進(jìn)行無人化的有效監(jiān)控與管理,很多電力、電信部門已經(jīng)開始使用集視頻監(jiān)控、消防、漏水和防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、門禁管理和遠(yuǎn)程集中控制的無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)(統(tǒng)一監(jiān)控系統(tǒng)),用“技防”來代替“人防”,從客戶實(shí)際反饋情況來看,達(dá)到很好的效果。2網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控在其他行業(yè)的應(yīng)用傳統(tǒng)的無人值守監(jiān)控是不包括視頻監(jiān)控在內(nèi)的,只是利用多種傳感器和控制器對(duì)無人看管、自動(dòng)運(yùn)行的前端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和安全情況進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看和設(shè)備控制,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理目的。而無人值守視頻綜合監(jiān)控則是在傳統(tǒng)“四遙”的基礎(chǔ)上加上視頻監(jiān)控功能,以實(shí)現(xiàn)“五遙”(遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、遙控、遙視)目的。無人值守視頻綜合監(jiān)控不僅能夠?qū)崿F(xiàn)原有的設(shè)備狀態(tài)遠(yuǎn)程查看與控制,更能對(duì)前端現(xiàn)場(chǎng)(電力變電站/通信機(jī)房)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境狀況、動(dòng)力設(shè)備的工作狀態(tài)、人員出入管理、防盜入侵和消防系統(tǒng)等子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的可視化集成管理。目前,除了前文介紹的電力行業(yè)(遠(yuǎn)程變電柜、遠(yuǎn)程輸配電柜、大型UPS電源柜等)、電信行業(yè)(無人值守機(jī)房、遠(yuǎn)程基站等),無人值守視頻綜合監(jiān)控應(yīng)用的主要行業(yè)還包括礦產(chǎn)業(yè)(供電設(shè)備機(jī)房、生產(chǎn)作業(yè)面)、環(huán)境監(jiān)控行業(yè)(如排污點(diǎn)設(shè)備機(jī)房)等,對(duì)于這些行業(yè),其監(jiān)控對(duì)象或者監(jiān)控點(diǎn)往往地理位置比較偏僻而又要求設(shè)備或者系統(tǒng)具有長(zhǎng)期高度穩(wěn)定性,并要求對(duì)比較惡劣的自然環(huán)境具有適應(yīng)性;另外,其監(jiān)控設(shè)備往往種類較多,多種系統(tǒng)相互配合,功能也比較復(fù)雜。以電信行業(yè)無人值守機(jī)房為例,其視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)的“四遙”監(jiān)控對(duì)象就包括供配電系統(tǒng)、UPS電源、空調(diào)、消防系統(tǒng)、保安門禁系統(tǒng)等,在加入視頻監(jiān)控后,各系統(tǒng)配合與兼容性問題更加凸顯,其迫切需要從整體上對(duì)各個(gè)系統(tǒng)功能進(jìn)行規(guī)劃,達(dá)到高度一致與高效目的。對(duì)于已有的“四遙”監(jiān)控系統(tǒng),如果僅是在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)之上進(jìn)行視頻設(shè)備與線路補(bǔ)充疊加,那么傳統(tǒng)的“數(shù)據(jù)采集器+數(shù)據(jù)服務(wù)器”監(jiān)控系統(tǒng)則根本無法同視頻監(jiān)控系統(tǒng)完全融合,必然造成低水平重復(fù)投資。傳統(tǒng)上“四遙”監(jiān)控系統(tǒng)都是控制開關(guān)及信令數(shù)據(jù)的傳輸,因此數(shù)據(jù)流相對(duì)較小,而加入了視頻監(jiān)控后,雖然模擬視頻信號(hào)可通過數(shù)字視頻壓縮技術(shù)轉(zhuǎn)換為H.264或者M(jìn)PEG-4格式的碼流進(jìn)行傳輸,但對(duì)于電力/電信行業(yè)的無人值守項(xiàng)目來說,其一般都具有幾千個(gè)監(jiān)控前端,產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)仍是非常驚人的,因此其原有的數(shù)據(jù)線路必然不能滿足要求。另外,海量的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心,則對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理提出了非常高的要求。加入視頻監(jiān)控必然帶來大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集器采集的數(shù)據(jù)如果無法進(jìn)行本地存儲(chǔ)和處理,所有數(shù)據(jù)都必須集中于監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行處理,那么一旦前端網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障,就會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。因此對(duì)于無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)而言,一個(gè)新的要求就是前端設(shè)備必須高度可靠和集成,并具有多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地處理及存儲(chǔ)功能。隨著監(jiān)控系統(tǒng)逐步向網(wǎng)絡(luò)化、集成化方向過渡,網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備因其編解碼的標(biāo)準(zhǔn)化、控制協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化,在無人值守行業(yè)將會(huì)占據(jù)越來越重要的地位。同時(shí),由于需要多部門協(xié)同管理,所以無人值守監(jiān)控系統(tǒng)需要針對(duì)各級(jí)職能部門人員的訪問權(quán)限的要求,對(duì)訪問和控制等各種權(quán)限提供靈活的劃分。3模數(shù)混合監(jiān)控下面將主要對(duì)無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻系統(tǒng)建設(shè)模式進(jìn)行重點(diǎn)分析。目前無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻系統(tǒng)建設(shè)方法主要有以下三類:第一類為應(yīng)用模擬接入并應(yīng)用模擬線路進(jìn)行傳輸?shù)募兡M監(jiān)控系統(tǒng);第二類為應(yīng)用模擬接入但應(yīng)用數(shù)字線路進(jìn)行傳輸?shù)哪?shù)混合型監(jiān)控系統(tǒng);第三類為應(yīng)用數(shù)字接入并應(yīng)用數(shù)字線路傳輸?shù)娜珨?shù)字型監(jiān)控系統(tǒng)。第一類,模擬接入、模擬傳輸?shù)募兡M監(jiān)控系統(tǒng):其優(yōu)勢(shì)在于圖像無損傳輸,切換、控制簡(jiǎn)單、方便,適合于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較多且較集中的大型監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。但這種解決方案因在視頻傳輸、多用戶共享以及存儲(chǔ)方面不能靈活應(yīng)用而具有很大劣勢(shì),同時(shí)無法同環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等無縫集成,因此目前這種方法和技術(shù)在無人值守行業(yè)里已經(jīng)基本被淘汰。第二類,模擬接入、數(shù)字傳輸?shù)哪?shù)混合型無人值守視頻監(jiān)控系統(tǒng):其方案可包括基于嵌入式DVR的聯(lián)網(wǎng)解決方案和基于PC式DVR的解決方案兩種。混合型無人值守視頻監(jiān)控的優(yōu)勢(shì)在于集成化地解決了視頻監(jiān)控、數(shù)字化傳輸、存儲(chǔ)等幾方面的問題,適合于各子站集中監(jiān)控、總站集中管理且網(wǎng)絡(luò)條件較好的現(xiàn)場(chǎng),并且其系統(tǒng)往往可連接大量報(bào)警設(shè)備,例如門磁、紅外、煙感、水浸傳感器等,一旦出現(xiàn)異常,系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警,上傳報(bào)警信息并聯(lián)動(dòng)進(jìn)行數(shù)字錄像或聲光電報(bào)警。但由于這種解決方案只達(dá)到了半數(shù)字化的程度,前端設(shè)備的模擬接入使系統(tǒng)在需要擴(kuò)容或升級(jí)時(shí)都不可避免地遇到兼容性問題,另外混合方案在穩(wěn)定性上也存在先天性不足,因此其也具有一定的局限性,正日益為純數(shù)字系統(tǒng)所取代。第三類,數(shù)字接入、數(shù)字傳輸?shù)娜珨?shù)字監(jiān)控系統(tǒng):為基于網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的解決方案,核心設(shè)備為網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器(DVS)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、傳感器、報(bào)警器等。4模擬監(jiān)控?zé)o法比擬典型的基于網(wǎng)絡(luò)的無人值守視頻綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比更為簡(jiǎn)便和可靠,可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)視頻的集中管理和分區(qū)存儲(chǔ),全數(shù)字化的視頻流無論在存儲(chǔ)和回放、遠(yuǎn)程傳輸、多用戶認(rèn)證與權(quán)限的控制和管理方面都具有靈活性,另外由于采用了全數(shù)字設(shè)備,其系統(tǒng)擴(kuò)容、升級(jí)都變得異常簡(jiǎn)單、容易,這些也是模擬監(jiān)控?zé)o法比擬的。4.1網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的選擇按照功能的不同,系統(tǒng)共分為三個(gè)部分:前端信號(hào)采集處理子系統(tǒng)、信號(hào)傳輸子系統(tǒng)、中心平臺(tái)系統(tǒng)。前端信號(hào)采集處理:可在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置球形攝像機(jī)或紅外一體攝像機(jī)以觀察整個(gè)機(jī)房的總體狀況和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),并根據(jù)需要安裝溫濕度探測(cè)器、電壓電流探測(cè)器等環(huán)境動(dòng)力采集設(shè)備。部分監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)安裝煙感探測(cè)器、紅外報(bào)警探測(cè)器、周界報(bào)警裝置等。對(duì)于具體的攝像機(jī)選擇方面,如果采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器加模擬攝像機(jī)方式,其視頻采集與傳輸質(zhì)量往往更高,但在解決機(jī)房/基站的環(huán)境監(jiān)測(cè)、動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控、同門禁系統(tǒng)的無縫集成和綜合報(bào)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)上,則必須采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的串口資源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,從而降低了系統(tǒng)的推廣性;而如果采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)作為監(jiān)控前端,由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有能力強(qiáng)、擴(kuò)展性好、開發(fā)簡(jiǎn)便特點(diǎn),則可更好地解決開發(fā)、集成和融合等方面的技術(shù)難題。信號(hào)傳輸:電信行業(yè)的機(jī)房一般都有高速的Internet通道,通過機(jī)房已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,只需要采用網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控主機(jī),不需要額外增加設(shè)備。由網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)把圖像及相關(guān)環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。中心平臺(tái):在監(jiān)控中心配置監(jiān)控服務(wù)器組,負(fù)責(zé)管理前端所有攝像機(jī),網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控主機(jī),環(huán)境動(dòng)力監(jiān)測(cè)、報(bào)警設(shè)備,并聯(lián)動(dòng)報(bào)警錄像、電子地圖等,同時(shí)管理后端所有上網(wǎng)監(jiān)控用戶。4.2網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)模擬接入方式的無人值守建設(shè)模式的優(yōu)點(diǎn)在于視頻圖像無壓縮、無損失的傳輸,圖像質(zhì)量清晰,切換控制實(shí)時(shí)。缺點(diǎn)是需要占用大量的光纖資源,如果通信運(yùn)營(yíng)商不能提供足夠的光纖鏈路,就需要重新架設(shè)光纜,施工、建設(shè)周期較長(zhǎng)?；诰W(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的全數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于充分利用電信寬帶網(wǎng),系統(tǒng)建設(shè)快,組網(wǎng)靈活,圖像管理共享更加方便。缺點(diǎn)是圖像經(jīng)過編碼壓縮,圖像質(zhì)量有一定的損失,同時(shí),圖像的傳輸完全依賴于網(wǎng)絡(luò),切換控制有一定的延時(shí)。由于帶寬的日益提高和網(wǎng)絡(luò)編解碼技術(shù)日趨完善,特別是專網(wǎng)環(huán)境下這一問題已經(jīng)開始得到根本的改善。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的日漸改善,完全基于網(wǎng)絡(luò)視頻的數(shù)字化融合監(jiān)控系統(tǒng)將越來越受到用戶的歡迎。5高可靠性設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)部署的基礎(chǔ)上支持高可靠性設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)部署從實(shí)際應(yīng)用的情況來看,采用以網(wǎng)絡(luò)視頻為核心的網(wǎng)絡(luò)綜合監(jiān)控技術(shù),更受到客戶的青睞。無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)更具有多種技術(shù)融合的應(yīng)用優(yōu)