RV-2000远程图像监控系统方案设计书.doc

RV-2000远程图像监控系统方案设计书一、概述当前，随着电力体制改革的深入发展，电力系统自动化的水平越来越高，在发电厂自动化、变电站综合自动化、调度自动化和配网自动化中，需要大量的视频监控系统来保证发电、输电、配电等环节的正常工作，对于提高劳动生产率和电网的供电质量及水平起到重要的作用。随着发电企业通讯网络的全面改造，各部门、各单位都有了相应的通讯网络，使网络远程视频监控成为可能。安全值班人员、厂领导可以随时对全厂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部门的情况，并及时对发生的情况作出反应。发电厂现场图像设备经过视频采集终端将图像采集编码，并将编码后的数据通过网络传输到监控中心，监控中心接收编码后的视频数据和监控数据，进行监控、存储、管理，值班人员能够及时了解现场情况，并且网络上授权用户都能观看。网络视频监控系统的实施为提高全厂的安全生产管理，从而为推动发电企业的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供有力的技术保障。为了满足电力系统将远程图像信息作为电力系统监控的运动信息之一嵌入调度，从而实现“五遥”的需求，本公司在总结了近年来远程图像监控产品研究、生产、工程的经验后，在引进、消化、吸收国内外先进的视频技术基础上，密切结合电力行业自动化需求开发研制成功了最新一代远程图像监控系统-RV-2000远程图像监控系统。RV-2000远程图像监控系统是一个包含当地视频监控系统和远程监控于一体的集成系统。其当地视频监控系统可以独立成系统，并完成全部的系统功能。远程视频监控系统可以让工作人员在远方进行视频监视和控制。当地视频监控系统是由视频采集终端、网络连接设备、云台控制器、多画面处理器、摄像机、报警探头、报警输入/输出控制器、视频监控软件等组成，利用现有的计算机网络，实现站点之间与集控中心的视频/报警信息传输及远程监控。RV-2000远程图像监控系统最基本的目的是将各个监视点的视频信息传输到集控、调度中心，调度人员可通过实时视频和远动信息对发电厂、变电站的运行进行综合监控、分析、调度。第二个主要作用是安全防范，它可通过各种传感器（如防火、红外对射探头、门禁传感器等）将报警信号传给调度中心，并可以触发报警输出设备和启动录像，这样可以达到防火、防盗及事故调查的目的。RV-2000远程图像监控系统还可以通过图像监控，结合远程和本地人员操作经验的优势，以达到避免误操作的目的。RV-2000可利用监视系统的远程实时监视和语音对讲功能，由调度中心的值班人员对远方变电站操作人员所进行的操作进行指导，如果发现不正确的操作或误入带电间隔，可以通过广播、电话及时提醒操作人员，从而确保操作的万无一失。另外一个作用就是动力环境的监控，对于无人值守的变电站和少人值班的发电厂，其动力环境的监控是不包括在传统的自动化系统中的，如环境温度的监测、空调的启停、空压机启停等，这些工作以前大多都靠人工完成，但在无人站，就无法控制了，而RV-2000远程视频监控系统中包含这一功能，正好是对传统的SCADA系统的一个补充。二、系统设计依据和原则2.1设计依据1. 安全防范工程程序与要求（GA/T75-94）2. 安全防范工程费用概预算编制办法（GA/T 70-1994）3. 民用建筑电气设计规范（JGT/T16-92）4. 工业电视系统工程设计规范（GBJ115-87）5. 计算机软件开发规范（GB856688）6. 电业安全工作规程（DL/108-91）7. 防盗报警控制器通用技术条件（GB 12663-2001）8. 电力工程电缆设计规范（GB50217-94）9. 保护接地和防雷接地标准（IEC364-4-41）10. 客户提供的各种技术要求和规范2.2设计原则根据图像监控系统技术要求和以实际应用为出发点，并考虑系统投资的长期效益，对系统进行优化设计，实现最佳的工程性能价格比，本方案设计遵循以下的设计原则：（1）实用性根据用户具体情况特点布置监控点，并全盘考虑整个用户的联网传送和控制视频音频信号与报警信号，能完全满足电力系统的监控与告警要求。（2） 先进性系统基于先进的软硬件构架和视频压缩标准，使系统升级、扩展更容易，视频传输速度更快。系统可以与WEB进行集成，通过WEB方式浏览视频，也可以与本公司现有的调度系统集成，组成功能更强大的以遥控、遥测、遥信、遥调和遥视为中心的新一代调度系统。（3） 可靠性系统各部分的硬件均采用可靠性高的部件，具有较强的抗干扰能力，具备防雷能力。在系统结构上采取星形结构，可防止在某一采集端或通讯线路故障时影响整个系统运行。系统具备自诊断和自恢复功能，通过安全管理机制和日志管理功能防止外人入侵。（4） 灵活性系统规模能够伸缩，可以用于大型的地调系统，也可以使用于仅有一个采集端的系统。能够适应不同的通讯网络，可以是以太网、E1、无线局域网或其他传输通道。可以适用于电力系统以外的市场，可以适用于各种不同场所。（5） 扩展性系统具有较好的开放性，方便系统功能的完善和扩展，可以与其他各种自动化系统方便接口，可以与地调系统和综自系统进行信息交互和功能集成。视频音频数据流及文件满足标准的格式，标准的播放器能播放。对于云台、矩阵、多画面分割器的控制命令以及系统的配置命令按照一个统一的方式进行，能够实现和其他系统的互连互通。采用国际标准的压缩算法，并为用户提供开发接口和开发软件包，便于用户自己进行二次开发。（6） 易用性全部采用Microsoft Win32操纵平台（WindowsNT/98/2000），图形化界面，简洁直观，用户易学易用。此外，系统设计还本着满足用户的切实需要，并且工程性能价格比为最优的原则。三、系统特点、技术参数3.1系统特点RV-2000远程图像监控系统是一套基于先进的软硬件构架和图像压缩标准，采用先进的互联网技术和协议开发出的性能卓越、功能完备的新一代远程图像监控系统。系统采用标准的互联网协议，能架构在局域网、广域网或其它网络之上，可以与各种类型的不同的网络设备无缝连接，同时能与本地MIS系统紧密结合，充分适应网络监控的要求。采用数字通信技术数字通信技术克服了模拟通信的种种弊端，是通信技术的必然发展。采用数字图像通信技术，可使图像监控系统能很好地与计算机多媒体技术结合；能直接与MIS网互联，更有效地发挥图像监控系统的作用；可直接利用数字图像存贮技术，能方便地记录、回放和检索图像信息；用于图像监控系统的光纤信道，可同时用于满足其它通信需要，节省通信建设费用；可直接与其它数字通信网相连，满足将来图像通信、图像监控发展的需求。标准的模块化设计RV-2000远程图像监控系统采用标准模块化设计，系统规模能够伸缩，既可以用于大型的地调系统，也可以用于只有一个采集端的系统。系统升级和括容只需要增加相应的模块即可完成。系统软件采用B/S(Brower/Server)结构，可以将多电站和分布在不同电站的摄像机集中管理，分散在网络中不同地点、不同使用权限的用户可同时监控同一现场或一个用户同时监控几个变电站的画面，做到“多对多”的实时监控。高可靠性和安全性RV-2000远程图像监控系统具备自诊断和自恢复功能，可减少人工干预和人工维护；同时自身具有安全管理机制和日志管理功能，可防止外人侵入和非法操作。分布式录像体系RV-2000远程图像监控系统在电站前端的图像数据已经按照标准编码格式进行了数字化，并可进行本地录像，将视频数据保存在硬盘上。同时，集控站和调度中心也可以通过网络进行远程录像，这样就形成了电站录像、集控站录像和调度中心录像等多级录像体系。这种分布式多级录像体系可以增加系统的录像容量，并且即使当网络发生故障时，电站前端也可以按以前的设置进行工作，将报警及相关图像记录下来，在网络恢复后上传到集控站和调度中心，从而提高系统的安全性能。集中控制机制RV-2000远程图像监控系统采用集中控制功能，调度中心和集控站的操作人员可向任一下级站点发出控制命令，如图像切换、云台动作、空调启停等。并且，调度中心和集控站的操作人员也可对任一下级站点的报警信息进行处理。采用先进的MPEG4软件解压缩采用先进的MPEG4软件解压缩技术，对于连网的计算机，毋须安装图像解压卡或其它硬件设备，利用计算机的处理器，就可完成高质量的MPEG4图像解压缩和显示。MPEG4压缩，每路可以达到25帧/秒，音视频同步。MPEG4的压缩技术可使图像的数据量更小，图像的质量却更好，回放时更清晰，保证可以录下高保真的图像及声音，由于数据量小，可以节省硬盘，可使系统的稳定性更高。 3.2技术参数视频图像分辨率352288图像压缩标准MPEG 4图像帧率25帧/秒图像格式CIF格式电视信号制式PAL/NTSC电视信号标准GB3274-82信号电平1Vp-p接口BNC，75音频压缩标准G.729语音压缩标准采样率8KHz输出码率8kbps接口BNC，75系统显示模式单画面、多画面、循环显示显示分辨率1024768视频捕获帧率1-25帧/秒可调通讯接口RS485/RS232响应时间画面延迟时间小于500毫秒控制切换响应时间小于500毫秒报警响应时间小于500毫秒远程控制切换响应时间小于500毫秒系统可用率99%采集端视频输入/输出路数132路报警输入/输出路数8128路传输通道光纤、微波、电话线（PSTN、DDN、ISDN、xDSL）操作平台Windows95/98, Windows NT 4.0, Windows2000均可MTBF100000小时系统时钟精度 1S系统平均维护时间MTTR 0.5小时计算机CPU负荷率平均 30%工作环境温度-30-75湿度5%-95%供电标准220VAC四、系统方案设计说明本系统采用标准化、网络化的系统结构，具有高度的可靠性和安全性，同时符合ISO/OSI开放系统互联标准。l 系统具备软硬件的扩充能力，支持系统结构的扩展和功能升级。l 系统提供标准图像接口，以利于其它系统调用及二次开发。l 系统所提供的支撑软件能支持用户进一步开发应用软件l 系统的软硬件接口采用国际标准或工业标准，支持与其它标准硬件、其它网络及不同生产商的设备互联。可以达到信息资源共享。l 系统所选用的硬件平台符合现代工业标准，具有一定市场销售规模的通用化、系列化的标准产品，并有可靠的维修服务支持，存在有其它替代品的可能。l 为适应将来整个系统多级监控要求，系统具有灵活的多级组网能力。l 系统具有良好的扩展性，加入新的电站时，只须建立站端监控系统并建立和遥视监控中心的连接即可，监控中心的软硬件无须做大的改变。l 系统各项功能和运行状态不受扩建影响。l 系统具备多级组网能力以便组建更大的监控网络。l 系统具备开放的二次接口。4.1 系统设计要求 绿洲水电站视频远程监控系统分为4个视频采集子站和一个调度中心，4个子站分别为河口电站、界溪口电站、绿洲电站和联纸变电站。调度中心设置在绿洲电站。各个电站到调度中心的通讯网络为光纤网络。1、 发电站监控设备配置：根据发电站规模及实际情况本系统初步设计每个发电站设置16个摄像监控点，每个监控点都采用可控彩色球形摄像机（带云台、一体化摄像机、室内/室外球形护罩）。监控点到视频采集终端采用同轴电缆。（如果监控点到视频采集终端距离比较远，则应采用光纤与视频光端机方式进行传输。）2、变电站监控设备配置：系统主要对变电站重要设备如主变、高压场地设备、高压设备、电缆层等进行监视。初步设计为八个摄像机规模，其中一个一体化智能球，对整个场区进行覆盖监视；七个可控一体化摄像机（球型护罩），监视场区各个主变、发电机组、电抗器、重要开关以及进线、出线区等主要设备和场所。注：本方案中未包含电站和变电站周边报警系统，用户可根据需要增加红外对射、红外三鉴等报警设备。4.2系统工作原理首先，在采集子站，将来自各摄像机的视频信号输入RV-2000视频采集终端，；然后，RV-2000视频采集终端通过 MPEG-4图像压缩算法，将视频信号转换为25帧/秒的数字图像，并将经压缩后的音视频数据流通过光纤网转发到图像监控中心或MIS网；最后，图像监控中心或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实时监控。当发生报警时，报警解码器将联动报警输出设备，并通过报警解码器将报警信号输入RV-2000视频终端，并传输到监控中心或MIS网，监控中心的视频服务器接收到报警信号后立即发出声音信号、记录报警事件、进行硬盘录像等报警操作。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，RV-2000视频采集终端收到控制信号后，通过云台镜头控制器或直接控制摄像机，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。网络通信采用TCP/IP和网络组播(Multicast)技术，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。4.3 系统结构RV-2000远程图像监控系统由系统子站和调度中心主站组成。系统子站设置在下属的电站和变电站，主要由视频采集终端、计算机网络连接设备、摄像机、报警探头、报警解码器等组成，负责音视频信号和报警信号的采集和数字化，并利用现有的计算机网络实现站点之间与调度中心的图像/报警信息传输及远程监控。监控调度中心主站主要由视频管理服务器、浏览器、计算机网络连接设备、远程监控和视频服务器软件等组成。监控中心可以通过网络管理多个变电站和电厂，能切换并控制至任何一个变电站和电厂监控点现场，实施总体监控，从而实现对整个地区电网进行图像监控。它通过网络，不但可以实时浏览各个监控点现场的图像，还可以远程访问变电站的录像文件，并下载录像文件，还可以在监控中心进行录像。RV-2000远程图像监控系统能适应不同的通讯网络，可以是以太网、E1、无线局域网或其他传输通道。在本方案中，系统子站与主站通过光纤通道连接，形成绿洲水电站视频远程遥视网络。RV-2000系统原理结构示意图4.3.1子站采集端电站和变电站前端内的设备包括RV-2000采集终端、多画面分割处理器、一体化球形摄像机等、UPS及其它辅助设备等。其中，RV-2000图像采集终端提供视频和音频输入/输出接口，分别连接到摄像机视频输出或多画面处理器、拾音器及音箱；并提供RJ45接口与监控终端及服务器联接；它主要实现视音频信号的采集和压缩，并将压缩好的数据通过光纤网络发送到监控中心。采集端组成：1 视频采集终端2 画面分割器3 一体化摄像机或其他各种摄像机4 各种报警传感器和报警设备（可选）5 通讯设备（网桥，根据网络情况选用）6 报警解码器（可选）7 云台及云台解码器（可选）采集端功能：1 图像采集、录制及远传；2 采集各种报警信号，实现报警联动并传给集控站监控中心；3 控制云台和镜头的动作；4 控制矩阵切换器切换视频图像；5 接受远方控制命令，控制云台转动、镜头运动和报警设备输出采集端结构示意图如下所示：4.3.2监控中心监控中心，由中心图像处理服务器、图像监视终端、图像处理软件、远程视频监控/联网报警软件组成，用于接收现场传输来的图像、及报警信号，提示保安人员采取各类措施，同时可以实现远程控制矩阵、摄像机、云台和远距离联动控制，也可行远程录像文件下载、图像检索和数码录像放像等操作。中心图像管理服务器用于管理图像的传输、存储，在管理服务器上安装有系统管理数据库和系统管理软件及监控终端模块等软件，起着对整个系统的管理和服务作用。本方案采用IBM X205服务器，该服务器采用微塔式机箱标准，前端总线速度可至533MHz。其超高性价比的设计，性能稳定，使用灵活等特点使其具有巨大的可用性，能完全满足本监控系统配置要求。监控终端是图像监控系统的操作主机，用于实现图像监控的各种功能。监控终端由普通PC机担当，基于Windows平台，各前端的图像数据均由安装在监控终端的监控软件进行解压还原。本方案采用IBM A30P台式机，IBM A30P是IBM品牌中的主流机型，采用P4处理器，性能稳定，价格经济实用。监控中心组成：1 服务器软件；2 客户端软件；3 管理服务器；4 WEB服务器（可选）5 大屏幕（可选）；监控中心功能：1 从采集站接收图像数字数据，进行实时回放及转发；2 可以实现远程控制； 3 接收各采集站传来的报警信号，并传给管理服务器；4 配置及存储各采集工作站的配置信息，管理系统用户和用户权限；5 控制台可以向任何一个采集站发出控制命令，如云台动作、图像切换等；6 为控制台计算机或调度中心各客户端提供历史录像的查询和播放；7 在屏幕墙上显示任何一个摄像机的图像，并可以进行切换；8 为网络用户提供WEB视频流服务；9 与系统内具备功能的计算机实现会议电视功能监控中心结构示意图：4.4 系统防雷设计由于电站内具有强电场、磁场影响、以及雷击的威胁，容易对图像数据等信号产生干扰，我们在现场安装中除对各种可能引入雷击的途径加装避雷器（包括视频信号避雷器、电源避雷器、数据信号避雷器）外，还采取其它多种措施确保系统的抗干扰能力，例如：对视频线采用铝带屏蔽，对控制信号线包括RS485的传输，采取良好的接地和隔离保护措施，以起到抗干扰和过电压保护作用，对变电站主机、摄像机、云台、控制器等外壳做好接地保护等。电缆布线的抗干扰设计根据电力系统对电缆阻燃、防火的特殊要求，本公司全部选用阻燃屏蔽电缆，同时可对高压电磁场起到良好的屏蔽作用。另外，户外埋地电缆加套热镀锌管，电缆沟内普通电缆加套PVC管，室内电缆加套PVC槽, 使系统完全可以在500kV（含500kV）以下电压等级的变电站中消除环境中高电场、高磁场等一些干扰因素对系统造成的影响。电缆布线的抗雷击设计为进一步提高系统的抗雷击能力，除在产品设计上合理设计防雷模块外，也在各类可能引入雷击的线缆接口加装各种避雷器，系统中选用的避雷器包括视频信号避雷、器电源避雷器、数据信号避雷器。五、系统功能描述5.1子站功能实时监控和录像l 通过合理设置摄像机的位置，对变电站重要设备如主变、高压场地设备、高压设备、电缆层等进行监视。l 能通过自动巡视功能，让多个摄像机监视画面自动循环显示。l 监视画面亮度、对比度、饱和度等参数可调。l 用户可以在监视画面中叠加摄像机的名称以区分不同变电站或同一变电站中的不同摄像机。l 可采用多种录像方式将图像保存在本地的硬盘上，实现本地录像。l 可依日期、时间、事件等参数进行录像资料查询。l 录像资料回放，可随时播放、停格、快转等。l 录像文件可以上传到集控站和调度中心。切换与控制l 监控终端具有定时自动循环切换、人工手动切换、报警联动切换等三种方式或设定其中的几种方式切换。l 能选择变电站前端的任一摄像机进行监控, 实现对摄像机视角、方位、焦距、光圈的调整。l 如果是带预置点的云台，监控中心操作员能控制云台直接到预置的方向和观察角度（包括水平转动角度和垂直转动角度）；镜头的预置点位置以中文列表形式显示。l 能控制监控受控设备，如照明灯光等。报警和报警联动系统报警种类可分为安防报警、图像报警、动力环境监控报警、广义报警（从其他自动化系统传输过来的报警信号）等几种。l 可预先设置摄像机预置位和报警输出设备，当报警发生时，摄像机将自动切换到相关位置，同时进行录像，并启动预先设置的报警输出设备，如警笛、警灯等。l 报警产生时，系统自动进行录像，同时传送报警信息到监控中心。 l 报警条目在屏幕底部状态栏以红色闪烁条目显示，同时在电子地图中也有反映，报警联动方式可由用户设置。用户双击报警条目就可以切换到相关监视画面，对报警信号有确认功能，对于报警的联动，高级别的报警可屏蔽低级别报警的动作（指对同一设备）。l 当报警事件发生时，电子地图的图标的闪烁、摄像头预置位的联动显示相应的画面、警铃动作、存储、打印、录像。l 报警信号可分级管理，报警等级有三级，重要报警、次重要报警、一般报警，各报警的等级可以由用户自由设定。 多点同时报警时，重要报警优先严重告警，严重告警优先一般告警，相同级别告警采用时间优先。l 具有摄像机和报警器材故障和断线自检测功能，当摄像机信号丢失和报警器材线路故障时将进行报警。l 具有视频移动报警功能，当监视画面出现异动时系统进行报警，画面异动报警的灵敏度可设置。l 可人工设置报警设备布防、撤防，也可以事先确定布防/撤防策略，由系统按照制定的策略自动进行布防/撤防。例如，当进入夜间时系统自动进行布防，工作时间自动撤防；当有人循检时可以对工作人员工作区域进行局部撤防。电子地图l 可以通过电子地图对站内的监视区域进行显示，并可在电子地图上进行报警显示。l 分级电子地图，第一级是总的系统图，在其上可方便地寻找各变电站，点击变电站图标即可进入该站电子地图，第二级是各变电站的电子地图，具体显示变电站内摄像机和报警探头的位置。l 在电子地图上可设置各设备的参数，比如摄像机预置位，报警设置等。l 通过点击电子地图上的摄像机和报警设备，可以方便的切换到相应摄像机 画面和设置相应报警设备的布防/撤防。系统配置l 系统设置，可对系统参数进行设置。如对录像帧率、录像质量等进行调节。l 报警设置，可以设置报警设备的名称、报警区域和对应报警输出设备等信息。l 设备配置及管理，可以设置服务器和采集站的站点信息、轮巡策略、录像策略等。l 预置位设置，如果是带预置点的云台，集控中心和调度中心操作员能通过事先设置预置位，然后通过选择预置位控制云台直接到预置的方向和观察角度（包括水平转动角度和垂直转动角度）。自动巡视系统可以进入自动运行方式，在自动运行方式下可以完成如下操作：l 自动轮巡，系统可以按照设置好的轮巡策略在相应的一个或多个变电站摄像机之间进行轮换显示。l 报警处理及报警联动，系统按照设置的报警策略进行报警处理。系统工况图l 通过工况图分级显示，用户可以查看在线设备工作情况，可以进行放大/缩小处理，可以选择显示的级别。l 用户可以通过工况图进行设备运行情况的自检。日志记录l 运行日志功能可以记录系统所有的操作记录，包括操作时间、操作内容、用户等信息，并能进行查询和打印。l 报警记录包括各种报警类型、时间、地点、是否录像、报警等级等各种属性。如果有录像，可根据相关报警条目查询录像文件，并可下载回放。l 可以对各种操作记录进行各种查询及统计操作，日志记录不可更改。动力环境监控RV-2000图像监控系统可利用各种环境采集模块与RV-2000的采集终端连接，将各种动力环境信息采集到系统中，可以很方便的实现对变电站的运行设备如变压器、开关、出线接头等