变电站遥视系统的设计和运行

鹤山电力局变电站远程图像监控系统（简称本系统）于2001年7月开始安装和试运行，开始是3个站，2001年10月扩容到10个站，已形成了一个变电站远程图像监控网络。

本系统是一套基于TCP／IP网络，以标准的IP包进行图像、声音和控制数据传输的新型监控系统，其核心技术是IP多播技术，因此，网络的设计、安装和运行维护都与以前的图像。监控系统存在较大的差别。

1系统设计

本系统按照设备和控制软件所在的地点，分为图像采集及现场监控、网络传输、监控中心监控维护三大部分。其中，图像采集部分的设计与传统的监控系统相同，本系统关键之处是IP网络的设计。

1．1摄像机、云台和镜头

根据鹤山电力局变电站的实际情况，做如下配置：

a．每站配置l台～4台8X16倍Pelco一体化高速球和1台～2台16倍带云台的彩色摄像机，配3个可变镜头。

b．一体化高速球安装在楼顶，主要用于监控主变和做大范围扫描，在主控室、高低压室、通信机房等处安装摄像机。

c．在对视角范围要求比较宽阔的地方配置固定摄像枪和广角镜头。

d．在变电站大门和四周围墙配置红外探头。

1．2现场控制矩阵

监控矩阵基本配置是32路输入、8路输出，但具有良好的扩展性，可扩充到64路，完全满足变电站的需要。因此，如果将来需要增加摄像机，可以很方便地加入系统中。

监控矩阵还具有报警接口，初期是把红外探头的报警输出接到监控矩阵，由监控矩阵传送到监控中心，监控中心对报警处理后，可以通过语音方式对报警事件进行响应。

1．3视频前置机

视频前置机采用标准-48V通信电源，因而可以使用通信室的备用电源，在220V供电不正常的情况下，可以确保视频前置机正常运行。

前置机采用硬件压缩的方式将视频信号压缩和打包后传送，同时，接受监控中心的命令，对矩阵进行图像切换的控制，采集报警信息，并通过矩阵对智能高速球、云台、镜头、灯光等进行控制。

1．410Base-T／G.703转换器

本系统以监控中心为连接中心构成一个星形网络拓扑结构，基本网络通道是标准的以太网，传输通道是E1。在站端，采用比利时indus公司的l0Base-T／G.703的转换器，把以太网数据包自动转换在E1上传输；而在局端，再转换回来，成为标准的以太网数据包。indus公司的这种转换器工作在第2层，作为一个透明桥，因此，站端和监控中心都在同一个局域网之中。该转换器也支持路由方式，不过，为了网络简单可靠、维护方便，还是让它工作在透明桥接模式。

1．5监控中心

监控中心的计算机用于与现场主机进行通信和处理视频信号。设计时，在中心控制室内利用l0Base-T／G.703转换器将光端机传来的信号直接送到监控中心的网络中。

考虑到电调系统的独立性和稳定性，监控中心的局域网络应当是独立的网络，并通过一条光纤通道与鹤山电力局MIS网连接。为了继续保证监控网的独立性和稳定性，同时不让视频流影响MIS网，必须把监控网划在独立的VLAN之中。由于要处理大量的视频流和要求支持IP多播，监控中心的交换机选用了CiscoCatalyst3524。鹤山电力局中心交换机是CiscoCatalyst6509，高性能，支持IP多播。

下面计算对交换机和路由器的性能需求。按照VCD标准，视频码流是1150kbit／s，即144kB／s，一个视频UDP约为1.OkB～1.5kB，因此，每路视频每秒需要的UDP包zui多是150个。这样，10路视频对交换机的包转发能力需求是每秒1500个。

在本系统中，CiscoCatalyst3524有10Gbit／s的交换背板，每秒6.5X106个的包转发能力，对10路视频的处理需求绰绰有余。

2交换机的配置

本系统的关键之一是网络交换机的配置。

按照设计，监控中心的交换机CiscoCatalyst3524不划分VLAN，局中心交换机CiscoCatalyst6509划分出一个单独的监控VLAN，端口成员就是连接CiscoCatalyst3524的光纤口。

在CiscoCatalyst3524与6509之间，执行Cisco的专有多播组管理协议CGMP，因此，CiscoCatalyst3524的配置只需要打开CGMP:

setcgmpenableandsetcgmpleaveenable

而CiscoCatalyst6509的配置有两种情况：向鹤山电力局MIS网传送和不传送视频流。差别在于在全局模式下是否配置多播路由功能：

ipmulticast-routing

在CiscoCatalyst6509与3524连接的光纤口上，只需要配置CGMP和PIM即可：

ippimdense—mode

ipcgmp

在这种配置下，CiscoCatalyst3524与6509只把某个客户端需要的视频流转发或复制，而不会对其他未参与监控的端口造成任何影响。

必须注意的是：使用IP多播必须有一台路由器进行多播树的维护，否则，IP多播包在局域网交换机中将只能以广播方式发送。

3系统的扩展

系统安装完成后，根据实际需要不断对系统进行了扩展和软件升级。

a．变电站的数量可扩展：监控中心选用10Base-T／G.703转换器，若需增加1个变电站，只要增加1台转换器即可：一台在站端，另一台在控制中心。转换器的连接非常简单，只需l条网线，无需配置。

b．客户端数量可扩展：只需安装1套客户端软件，网络上任何一台多媒体计算机均可作为客户端使用。

c．站端的摄像枪数量可扩展：监控矩阵可扩展至64路输入，能接人多达64个摄像枪。

d．监控矩阵的控制功能可扩展：除接红外探头外，可接烟感、温感，还可控制灯光、空调等。

4运行情况

本系统是基于IP传输方式的远程数字视频监控系统，采用IP多播技术，符合TCP／IP网络通信协议，可以在由微波，xDSL，DDN，ATM，SDH等多种传输线路组建的IP网络上运行，监控终端为普通的多媒体PC。视频数据的编解码和压缩采用MPEG-1标准。

本系统具有实时图像监控，视频切换和轮巡，云台、镜头、雨刷、灯光控制，画面分割，报警联动，电子地图，设防撤防，硬盘录像和回放，系统日志和记录查询，站点和用户管理，权限和优先级别设定，双向语音对讲和会议，以及系统自诊断和远程重启动等功能。

本系统有如下特点：

a．采用先进的IP多播技术，减少了带宽占用、对IP网络的影响和对视频前置机性能的依赖。

b．支持标准的IP网络，理论上支持无级组网，任何IP网络联通的地方均可进行监控。

c．采用先进和成熟的MPEG-1视频压缩技术，保证了视频数据传输的实时性和清晰度。

d.可以实时监控，在保证352X288分辨率的情况下，图像帧数达到25帧／s。

e．同时提供硬件和软件接口，能实现与其他系统例如消防报警系统、调度遥测系统等的互联。

f．提供VolP语音对讲和网络会议功能，无需占用另外的带宽，无需另外布线。

g．系统软件基于Win9x／Win2000平台，全部中文界面，操作简单，界面直观，功能齐全。

h．由于基于标准的IP网络．因而可扩展性、可维护性强。

i.可升级性强，只需更换视频采集编码压缩卡和监控软件，即可实现到MPEG-2和MPEG-4等的升级，从而保护用户的投资。

j.专为变电站应用环境设计，具有较强的抗强电场、强磁场等抗干扰能力，适合变电站等场合使用。

本系统性能指标为：

a．图像传输帧速率传输速率：不小于25帧／s，视频数据传输速率：1150kbit／s

b．图像分辨率：CIF格式（分辨率352x288）

c．计算机显示分辨率：大于800x600；

d.计算机CPU平均负荷率：小于30％，

e．系统响应时间：从监控终端发出控制命令到画面响应的时间差小于1．2s；从事件报警到系统自动切换记录相应画面的时间差小于1s。