視頻監(jiān)控技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)研究

摘要：通過(guò)介紹視頻監(jiān)控新技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合電力行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，以及智能電網(wǎng)建設(shè)對(duì)電力視頻監(jiān)控新需求，研究了視頻監(jiān)摔技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)，提出了視頻監(jiān)控技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)方案。
關(guān)鍵詞：電力行業(yè)；智能電網(wǎng)；視頻監(jiān)控

0 引言
    輸變電設(shè)備監(jiān)控，一直以來(lái)都是電網(wǎng)建設(shè)和管理的重點(diǎn)，隨著各類數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的深入擴(kuò)展應(yīng)用，綜合EMS、PMU以及繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、故障錄波等各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，我們已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度一體化的實(shí)時(shí)監(jiān)控。但是，對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控，僅僅關(guān)注電壓、電流等數(shù)據(jù)還不夠，我們?nèi)匀粺o(wú)法及時(shí)了解高樹成長(zhǎng)對(duì)高壓輸變電線路的威脅，無(wú)法及時(shí)捕捉和預(yù)防輸變電設(shè)備人為破壞的危險(xiǎn)，在遭遇冰凍雨雪時(shí)，無(wú)法人工巡線的問(wèn)題依舊存在。
    高壓輸變電線路通常都是遠(yuǎn)離居住區(qū)，要是有專門的維護(hù)人員進(jìn)行看管不僅成本增加，也不利于維護(hù)人員的人身安全，只有通過(guò)應(yīng)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，解決惡劣天氣下無(wú)法人工巡線的問(wèn)題，才能有效預(yù)防人為和自然破壞，提高電力系統(tǒng)的工作效率及安全監(jiān)護(hù)水平。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展
    視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了第一代模擬CCTV系統(tǒng)、第二代數(shù)?；旌想A段以后，第三代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控正迅速崛起。
    網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的這些優(yōu)勢(shì)使其大大擴(kuò)展了視頻監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)所。因此，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)正向“高清化、智能化、移動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和平臺(tái)化”發(fā)展，這是第三代網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控的大勢(shì)所趨。整個(gè)系統(tǒng)趨向平臺(tái)化、智能化。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)傳輸技術(shù)的發(fā)展
    隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的“高清化、智能化、移動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和平臺(tái)化”發(fā)展，對(duì)視頻信號(hào)的傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)提出更高的要求。而一些新傳輸技術(shù)的發(fā)展，也推動(dòng)了視頻系統(tǒng)向這一方向的發(fā)展。
2．1 以3G為代表的無(wú)線移動(dòng)視頻傳輸技術(shù)
    隨著移動(dòng)通信事業(yè)的蓬勃發(fā)展，隨著3G網(wǎng)絡(luò)的開通，Wifi的不斷普及，無(wú)線移動(dòng)視頻技術(shù)為移動(dòng)終端用戶帶來(lái)了更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。隨時(shí)隨地進(jìn)行視頻監(jiān)控成為了可能。隨著手機(jī)功能的不斷增強(qiáng)，用手機(jī)來(lái)代替PC作為視頻監(jiān)控客戶端也將成為大多數(shù)應(yīng)用者的需求。
    無(wú)線設(shè)備或指揮車的信息在視頻監(jiān)控統(tǒng)一管理平臺(tái)上通過(guò)樹型結(jié)構(gòu)的方式加以展現(xiàn)，以便于用戶直觀地對(duì)其進(jìn)行查看和操作。如圖1所示。

2．2 以光纖網(wǎng)絡(luò)為代表的有線視頻傳輸技術(shù)
    隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展及在視頻傳輸領(lǐng)域的應(yīng)用，采用光端機(jī)將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，利用光纖進(jìn)行傳輸?shù)姆绞绞沟靡曨l監(jiān)控系統(tǒng)的覆蓋范圍得到了很大的延伸，由于光纖傳輸?shù)谋姸鄡?yōu)勢(shì)以及系統(tǒng)建設(shè)成本的持續(xù)下降，采用光纖傳輸?shù)姆桨赋蔀榻ㄔO(shè)大型視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流傳輸方案。
    光纖和光端機(jī)應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里豐要是解決了兩個(gè)問(wèn)題：一是傳輸距離，二是環(huán)境干擾。由于雙絞線和同軸電纜都是以電信號(hào)的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，傳輸距離受到信號(hào)衰減、失真等因素的影響，僅僅適用于短距離、小范圍內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。如果需要傳輸數(shù)公里甚至上百公里距離的圖像信號(hào)則需要采用光纖傳輸方式；另外，對(duì)一些超強(qiáng)干擾場(chǎng)所，為了不受環(huán)境干擾影吶，也可以采用光纖傳輸?shù)姆绞健９饫w分為多模光纖和單模光纖兩種。多模光纖由于色散和衰耗較大，其最大傳輸距離一般不能超過(guò)5km，然而隨著單模光纖成本的大幅度下降，目前除了先前已經(jīng)鋪好了多模光纖的地方外，在新建的工程中一般不再使用多模光纖，而主曼使用單模光纖。

3 視頻監(jiān)控信息存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展
    視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控視頻存儲(chǔ)系統(tǒng)是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)工程的重要組成部分。磁盤陣列存儲(chǔ)設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)前端采集的視音頻數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)，它與網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)摔管理平臺(tái)的錄像管理模塊協(xié)同工作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)來(lái)的視音頻壓縮數(shù)據(jù)以媒體流的形式集中存儲(chǔ)在磁盤陣列中。在視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、IP視頻會(huì)議、視頻直播及視頻點(diǎn)播等方面，存儲(chǔ)陣列都有廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)信息的全集中存儲(chǔ)方式要求磁盤陣列必須提供足夠的可靠性和穩(wěn)定性，可以滿足監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的性能要求和持續(xù)寫入的要求。

4 視頻監(jiān)控信息處理技術(shù)的發(fā)展
    圖像和視頻智能化分析技術(shù)是通過(guò)調(diào)用視頻監(jiān)控統(tǒng)一管理平臺(tái)的圖像，充分挖掘關(guān)鍵信息，提高報(bào)警精確度，減少漏分析或者誤分析的現(xiàn)象，并能縮短響應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度，預(yù)防和控制突發(fā)事件的發(fā)生。

    視頻智能分析解決技術(shù)基于視頻監(jiān)控統(tǒng)一管理平臺(tái)，提供包括前端智能、后端智能分析單元兩種智能分析的整體智能分析解決方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

5 電力行業(yè)視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展
    建設(shè)無(wú)人值班變電站是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化深入發(fā)展的必然趨勢(shì)，國(guó)家電力通信調(diào)度中心要求現(xiàn)有的35kV、110kV、220kV變電站逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，新建變電站應(yīng)按無(wú)人值班方式設(shè)計(jì)。 “無(wú)人值班”已成為考察電力企業(yè)達(dá)標(biāo)創(chuàng)一流的一個(gè)重要指標(biāo)。同時(shí)，作為電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)施的中高壓電力線路，也是長(zhǎng)期處于無(wú)人值守狀態(tài)，需要對(duì)其安全性進(jìn)行觀察了解。因此。變電站及電網(wǎng)線路塔桿的安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能電網(wǎng)建設(shè)中將成為重要的組成部分。
5．1 “遙視”技術(shù)將成為四遙系統(tǒng)的有效補(bǔ)充
    目前，國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)在建設(shè)以遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)----“四遙”技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)人值守變電站時(shí)，由于調(diào)度無(wú)法了解現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境情況，無(wú)法解決現(xiàn)場(chǎng)防火、防盜、防爆、防漬等問(wèn)題，很多按“無(wú)人值守”建設(shè)的變電站采用了“少人值守”模式運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)及通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，圖像、聲音等多媒體信號(hào)的數(shù)字化處理以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)己日益成熟，在“四遙”的基礎(chǔ)上增加的第五遙----遙視，較好地解決了上述問(wèn)題，對(duì)于實(shí)現(xiàn)變電“無(wú)人值守”具有十分重要的意義。
5．2 數(shù)字安防將成為全數(shù)字變電站的重要組成部分
    數(shù)字化變電站使變電站的所有信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程由過(guò)去的模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上可分為三個(gè)層次，根據(jù)IEC通信協(xié)議草案定義，這三個(gè)層次分別稱為“過(guò)程層”、“間隔層”、“站控層”。新型數(shù)字變電站主要由為全數(shù)字和光纖的信號(hào)采集系統(tǒng)、數(shù)字化繼電保護(hù)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、數(shù)字化安防及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。
5．3 重大公共集會(huì)活動(dòng)提高了對(duì)變電站的監(jiān)視及安全防范
    針對(duì)2008年奧運(yùn)會(huì)保電需求，上海市電力公司規(guī)劃建設(shè)了電力應(yīng)急指揮中心，上海電力應(yīng)急指揮中心主要分為全市應(yīng)急指揮中心、東部應(yīng)急指揮中心、西部應(yīng)急指揮中心，在奧運(yùn)期間加強(qiáng)了變電站的監(jiān)視及安全防范。2010年廣州亞運(yùn)會(huì)的舉行，通過(guò)電力應(yīng)急指揮中心的建設(shè)，提升了變電站安全防范等級(jí)，達(dá)到了亞運(yùn)保電目的。

6 變電站的智能視頻監(jiān)控
    隨著無(wú)人值守變電站管理模式的推廣，變電站巡檢制度的建立，在巡檢中心、中心監(jiān)控站等相關(guān)部門通過(guò)現(xiàn)有的電力通信網(wǎng)對(duì)所屬變電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障和意外情況告警接收處理，可提高變電站運(yùn)行和維護(hù)的安全性和可靠性，并可逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可視化監(jiān)控和調(diào)度，使電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行更為安全、可靠。在電力系統(tǒng)，這種監(jiān)控系統(tǒng)也被稱為“遙視系統(tǒng)”。
    數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于變電站，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
    (1)通過(guò)圖像監(jiān)控、安防系統(tǒng)，保護(hù)無(wú)人值守變電站設(shè)備的安全。
    (2)通過(guò)圖像監(jiān)控結(jié)合遠(yuǎn)程和本地人員操作經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，避免誤操作。
    (3)通過(guò)圖像監(jiān)控、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，起到預(yù)警和保護(hù)作用。
    (4)通過(guò)報(bào)警錄像與點(diǎn)播功能，可以回放報(bào)警發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的錄像，起到事故追查的作用。
    (5)配合其他系統(tǒng)(如變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等)的工作。
    變電站遠(yuǎn)程數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)如圖3所示。

7 電力線路的視頻智能監(jiān)控(固定式、移動(dòng)型)
    隨著高壓輸電線路的不斷延伸，外力破壞事故、線路覆冰等事故不斷發(fā)生，線路巡視維護(hù)工作量越來(lái)越大，急需新技術(shù)的支持來(lái)幫助線路運(yùn)行人員提高工作效率。構(gòu)建輸電線路沿線無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，可以減少或杜絕上述事故的發(fā)生。
    輸電線路視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)^緣子串、導(dǎo)線(導(dǎo)線金具、導(dǎo)線弧垂)、地線(地線金具、地線羊角)、桿塔(塔身、塔基及對(duì)面桿塔)等進(jìn)行全方位無(wú)盲點(diǎn)監(jiān)視。在巡視人員不易到達(dá)地區(qū)，可以有效減少巡視次數(shù)或提高巡視的時(shí)效性。系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，能夠有效減少由于導(dǎo)線覆冰、風(fēng)偏舞動(dòng)、線路大跨越、導(dǎo)線懸掛異物、線路周圍建筑施工、桿塔防盜、樹木長(zhǎng)高等因素引起的電力事故，提高輸電網(wǎng)持久穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。為輸電線路的巡視及狀態(tài)檢修開辟了一條新的思路。
7．1 固定式視頻智能監(jiān)控
    將視頻監(jiān)控終端設(shè)備固定在電桿鐵塔上，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能等自然能源供電進(jìn)行視頻圖像抓取。并將視頻圖像信息通過(guò)3G、Wifi等無(wú)線寬帶就近傳輸?shù)洁徑淖冸娬緳C(jī)房，轉(zhuǎn)入電力通信網(wǎng)絡(luò)。或通過(guò)電網(wǎng)線路中復(fù)合的光纖，直接傳送到監(jiān)控中心。系統(tǒng)可將電網(wǎng)抓取到的異常事件的視頻信息直接發(fā)到指定人員的手機(jī)上顯示。
    為了提高監(jiān)控效率，可以在電桿鐵塔周邊安裝振動(dòng)敏感型光纖傳感器，以引導(dǎo)視頻監(jiān)控終端攝像機(jī)抓拍異常事件。該方案可實(shí)現(xiàn)：
    (1)對(duì)線路桿塔進(jìn)行全方位監(jiān)控，無(wú)盲點(diǎn)，圖像清晰，有效可視距離為400m；
    (2)根據(jù)監(jiān)測(cè)需求，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)最多可配置4路視頻，并可選配具有紅外夜視功能的攝像機(jī)；
    (3)采用休眠、待機(jī)、定時(shí)啟動(dòng)視頻傳輸；報(bào)警啟動(dòng)視頻傳輸；短信啟動(dòng)視頻傳輸?shù)榷喾N工作模式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了真正意義的低功耗，在持續(xù)陰雨天條件下，設(shè)備可正常工作30天以上；
    (4)線路運(yùn)行維護(hù)人員可以電腦和手機(jī)兩種方式遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)主站，隨時(shí)隨地掌握輸電線路運(yùn)行狀況；
    (5)在無(wú)人值守時(shí)，系統(tǒng)具有定時(shí)危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)置位抓拍、巡航軌跡錄像功能；
    (6)系統(tǒng)使用范圍：10～1000kV輸電線路；
    (7)系統(tǒng)選點(diǎn)建議：輸電線路重冰區(qū)、公路河流大跨越段、塔材易盜區(qū)、施工區(qū)、樹木茂盛區(qū)等。
7．2 移動(dòng)式視頻智能巡視
    隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障隱患，及時(shí)排查線路故障，對(duì)供電保障的高壓及超高壓電力線路的日常巡檢顯得十分重要。
    傳統(tǒng)的人工巡線方式己難以滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的要求。當(dāng)前出現(xiàn)了多種巡檢技術(shù)：機(jī)器人巡檢(受設(shè)備供電限制，巡檢距離有限)；載人直升機(jī)巡檢，效率較高，但受天氣影響較大，且成本較高；車載巡檢，高效、成本較低，但局部線路受山路限制無(wú)法抵近觀察。
    因此，采用車載與無(wú)人直升機(jī)載結(jié)合的激光紅外電力線路巡檢方式，特別適合平地山區(qū)結(jié)合地區(qū)的高壓線路巡檢作業(yè)。該方案在對(duì)公路沿線一定范圍內(nèi)的電力線路實(shí)現(xiàn)了車載快速巡查，發(fā)揮了車載巡檢的高效性。對(duì)處于離開公路較遠(yuǎn)距離山坡上的局部線路塔架，采用無(wú)人直升機(jī)抵近巡查，發(fā)揮了無(wú)人機(jī)在車輛不可抵達(dá)區(qū)域范圍對(duì)線路巡查的優(yōu)勢(shì)。實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)短快近結(jié)合的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。

    (1)在運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)巡檢時(shí)，能自動(dòng)檢測(cè)線路紅外熱缺陷。從紅外圖像上提取水平線段、垂直線段、傾斜線段，通過(guò)感知聚類來(lái)識(shí)別高壓線路中有電流負(fù)載的部件；導(dǎo)線、引流線、絕緣子及接觸區(qū)域，有效排除自然復(fù)雜景物中地面行駛的汽車發(fā)熱、地面發(fā)熱物體及桿塔本身反射熱量對(duì)線路熱缺陷診斷的影響。圖6實(shí)際巡檢檢測(cè)的紅外熱缺陷。

    (2)在運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)巡檢時(shí)自動(dòng)檢測(cè)線路絕緣子掉片等導(dǎo)線類缺陷。
    圖7自動(dòng)診斷玻璃絕緣子掉片缺陷光學(xué)診斷方法是：先識(shí)別出現(xiàn)線路上大部件，導(dǎo)地線，玻璃絕緣子及桿塔，進(jìn)而采用紋理分析的方法診斷導(dǎo)線的斷股、異物附著；玻璃絕緣子的自爆；桿塔上的銹蝕等明顯的缺陷。
    同時(shí)，該系統(tǒng)還可用于對(duì)應(yīng)急搶修現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮。