電力系統圖像監控技術(shù)的研究 

[論文摘要]圖像監控技術(shù)在電力系統中的應用正在逐步展開(kāi)，對這一技術(shù)在無(wú)人值班變電所的應用特點(diǎn)作分析，先容圖像監控系統中的攝像機、視頻監視器、編解碼器、畫(huà)面分割器、視頻監視器等主要部件，對信息處理、傳輸及外圍系統的接進(jìn)等有關(guān)方式作選擇比較，根據實(shí)踐中的經(jīng)驗，指出在工程設計施工中應留意的題目。
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一、電力系統圖像監控的組成
無(wú)人值班變電所的圖像監控主要由攝像機、云臺、編碼器、解碼器、畫(huà)面分割器、視頻監視器等部分組成。另外，還需與照明系統和防火、防盜系統相結合，成為一個(gè)完整的監控系統。
(一)攝像機
攝像機可分為：黑白、彩色、廣角、調焦、一體化等多種，適用于不同情況，技術(shù)參數也各不相同，一般在變電所采用彩色攝像機，經(jīng)費緊張或攝像機數目較多時(shí)，在電容器室、電纜層等地可采用黑白攝像機;門(mén)廳可采用廣角鏡頭的攝像機;控制室、開(kāi)關(guān)室宜采用連帶鏡頭、自動(dòng)光圈的攝像機，對準目標后能迅速自動(dòng)調整，不會(huì )因支架的抖動(dòng)或人工因素造成調整困難;球型一體化攝像機是將攝像機、光學(xué)鏡頭、全方位云臺、解碼驅動(dòng)器以及附屬的底座和防護罩，集成在一個(gè)單元中，可以嵌進(jìn)天花板、吸頂安裝或支架安裝，適用于室外和主控室墻壁距監控屏較遠的地區。室外攝像機還可內置自動(dòng)溫感排風(fēng)和自動(dòng)防霜裝置，可進(jìn)行64點(diǎn)全方位預置，隨時(shí)對2～3臺主變油位、中性點(diǎn)閘刀、電容器以及圍墻外場(chǎng)景進(jìn)行監視，總體上降低本錢(qián)。此外由于壓縮方式對圖像的限制，假如圖像傳遞后清楚度最高只能做到640×480，則攝像機的只要選擇480線(xiàn)水平清楚度即可，不必選擇太高清楚度，以免增加造價(jià)。
(二)視頻監視器
監視器可分多種：產(chǎn)業(yè)監視器、電腦屏幕、電視機、數十臺監視器組成的電視墻等，可以根據實(shí)際需求進(jìn)行選擇。一般采用計算機作為監視器的，易于操縱和控制，由于要顯示多畫(huà)面圖像，宜采用17英寸以上的屏幕。采用電視機作為監視器，價(jià)格便宜，但圖像線(xiàn)數較低，對圖像要求較低的場(chǎng)合比較適用;產(chǎn)業(yè)監視器清楚度較好，但控制和調節參數的靈活度不如計算機，條件答應的情況下可以采用計算機和產(chǎn)業(yè)監視器并用的方式。
(三)畫(huà)面分割器
使用畫(huà)面分割器能同時(shí)顯現前端多個(gè)攝像機輸出的畫(huà)面。它分為固定式的四畫(huà)面分割器和4個(gè)以上的多畫(huà)面分割器。在監控室用計算機進(jìn)行監視時(shí)，易采用4畫(huà)面分割設備，即使每個(gè)畫(huà)面比較清楚，輕易觀(guān)察，又可以觀(guān)看多個(gè)圖像;4個(gè)以上的畫(huà)面比較小，且設備的價(jià)格比較高。
(四)編解碼設備及相應的圖像數據壓縮技術(shù)
遠程的圖像傳輸涉及到圖像的壓縮和解壓縮，一般編碼器放置在變電所的控制室內，將現場(chǎng)的圖像數據壓縮為數字信號，傳送到監控中心，解碼器放置在監控中心，解開(kāi)壓縮的數據。編碼器和解碼器是互相對應的。有一對一的配置方式，也有一對多的配置方式�；�于主機的視頻圖像壓縮技術(shù)有面向硬件的和面向軟件的兩大類(lèi)。
二、圖像監控系統方案的比較
(一)監控與通訊
監控方式：由調度或監控中心同一監視、控制，適用于變電所數目未幾，分布較集中的電力局;由若干監控中心分別監控變電所，再將圖像上傳到局大樓的方式，三級結構，適用于變電所數目較多，分布較廣的地區;監控中心與MIS網(wǎng)終端應有一定的優(yōu)先級，一般來(lái)說(shuō)，監控中心優(yōu)先控制和操縱，MIS終端只能監視和切換畫(huà)面，兩者不能有沖突;通訊與傳輸方式。圖像視頻信號的傳輸途徑有多種：一點(diǎn)多址小微波、音頻電纜擴頻通訊傳輸、光纖2M數據口傳輸、電話(huà)電纜傳輸等方式。從實(shí)際應用效果來(lái)看，光纖傳輸效果最好。用電話(huà)線(xiàn)傳輸圖像輕易產(chǎn)生斷續現象，不利于觀(guān)察防火、防盜現象，但觀(guān)察靜態(tài)事物，尚可應用。圖像監控系統的分布與通訊通道的布置有關(guān)，有以下幾種方式：變電所與監控中心有直接的通訊連接;變電所與局大樓有直接的光纖連接，監控中心再與局大樓有通訊連接，兩種情況考慮的方案應有所不同。信息傳輸通常采用TCP/IP和網(wǎng)絡(luò )組波的技術(shù)，最大限度利用了網(wǎng)絡(luò )的傳輸性能和網(wǎng)絡(luò )帶寬，避免網(wǎng)絡(luò )的擁塞。
(二)信息壓縮形式
硬件壓縮、軟件解壓的方式：用一個(gè)軟件就能解決所有的解壓縮題目，且升級換代輕易，降低了本錢(qián)，MIS網(wǎng)上的計算機只要安裝相應的軟件并授權，就可以成為一臺功能齊全的監控主機，但穩定性較硬件為差，同一監控中心的變電所之間兼容性差;硬件壓縮、硬件解壓的方式：穩定性好，若采用一對多解碼器，本錢(qián)較低，但兼容性差;若采用一對一編解碼器，只要總體設計原理相同，不受產(chǎn)品限制，但主站的控制軟件也不具備兼容性，且監控中心的解碼設備數目繁多，若監控中心的通訊通過(guò)調度中心轉發(fā)，則電力大樓的硬件設備也很多，且需要兩套編解碼設備，上網(wǎng)需要兩次壓縮解壓縮。
(三)控制界面操縱
主站軟件在控制云臺方面的操縱有兩種方式：一是界面提供專(zhuān)業(yè)控制面板，用鼠標點(diǎn)擊相應的方向進(jìn)行控制;二是直接在圖形界面上引導云臺的轉動(dòng)方向，鼠標指針向哪個(gè)方向滑動(dòng)云臺就朝相應方向轉動(dòng)。后種方式對于監控職員來(lái)說(shuō)，非常方便，易于操縱�？梢栽陔娮虞泩D上直接用鼠標雙擊獲得遠程終真個(gè)圖像和對應攝像機切換和控制權。輿圖可完全模擬相應變電所環(huán)境，方便操縱職員尋找攝像機和快速切換。
(四)無(wú)線(xiàn)攝像機和無(wú)線(xiàn)對講設備
采用無(wú)線(xiàn)攝像機和無(wú)線(xiàn)對講設備，當變電所有人巡視或操縱時(shí)，隨身攜帶以便于遠方監視，防止走錯間隔或誤操縱。為今后變電所單人操縱監視的運行方式做好技術(shù)預備。無(wú)線(xiàn)攝像機體積小，且通常鏡頭和發(fā)射天線(xiàn)均包含在其中，發(fā)射功率小，傳送間隔較近，大多在100m之內能接收。因此無(wú)線(xiàn)接收接口必須配置在適當的位置，以保證信號的暢通。無(wú)線(xiàn)攝像機可以做成帽式或手提式。由實(shí)踐得知，帽式在頭上運行職員走動(dòng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生抖動(dòng)，難以迅速聚焦，而手提式結構可視角度大，輕巧便利，比較切合單人操縱攝像。
三、其他輔助系統的接進(jìn)
(一)防火、防盜裝置
假如能將防火、防盜結合圖像監控系統，就可以解決上述題目。采用警情聯(lián)動(dòng)功能，當發(fā)生報警時(shí)，立即啟動(dòng)攝像機，可以得知是哪個(gè)區域發(fā)生報警，是否誤報，重要情況還可啟動(dòng)自動(dòng)錄像裝置，為事故分析提供條件。目前盡大多數廠(chǎng)家生產(chǎn)的火災、防盜報警控制器不具備報警規約的輸出功能，或只有一個(gè)開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)輸進(jìn)，因此防火、防盜設備與圖像監控的結合需要合作開(kāi)發(fā)，且火災報警控制器要經(jīng)中國消防產(chǎn)品質(zhì)量認證，控制器可采用RS232標準接口與上位機通訊。與防火、防盜設備相連，探測報警信號源有以下幾種：煙感探測器、熱感紅外線(xiàn)控測器、微波物體移動(dòng)感知器、開(kāi)關(guān)、玻璃破碎感知器等等。一般無(wú)人值班變電所大多采用前三種探
測器。若經(jīng)濟條件較好，可采用多種探測器相結合的方式。為減少單一探測原理裝置易產(chǎn)生的誤報，可以將紅外、微波、超身等探測方法組合成雙鑒式，即基于兩種原理的復合式報警器。
(二)變電所照明系統
圖像監控裝置啟動(dòng)變電所照明有兩種方案：一是攝像機上安裝射燈，可以隨著(zhù)攝像機的轉動(dòng)而轉動(dòng)，遠方控制，靈活性高，但亮度范圍有所限制;二是啟動(dòng)變電所的照明電源，當有警情或遠方控制時(shí)，可以開(kāi)啟變電所相應位置的燈光，亮度范圍廣、效果好。
(三)長(cháng)延時(shí)錄像機
監控中心在采用計算機監控時(shí)，可用計算機硬盤(pán)錄像，必要時(shí)采用雙硬盤(pán)備份，但硬盤(pán)錄像時(shí)往往計算機運行速度就很慢，不能同時(shí)調用圖像或控制。但很多情況下可以在監控中心外接長(cháng)延時(shí)錄像機進(jìn)行錄像 。24h的長(cháng)延時(shí)錄像機比較理想，逐日只需更換一盤(pán)錄像帶。訊協(xié)議對于子站的技術(shù)、通訊接進(jìn)以及MIS的聯(lián)網(wǎng)都大有影響，因此一旦主站方案選定后，再采用另一家廠(chǎng)家的產(chǎn)品，很難兼容和接進(jìn)，對系統的圖像質(zhì)量也很有影響。假如有多個(gè)監控中心，固然不同主站各自可以采用不同的系統，但是假如要聯(lián)進(jìn)MIS網(wǎng)，又將會(huì )互相沖突。因此在考慮安裝圖像監控系統時(shí)，一定要有一個(gè)總體的方案。