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电力视频监控系统分布式控制方式应用研讨


电子 技 术 研 发
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电 子杖 术
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力 视频 监 控系 统 分 布 式 控 制 方 式 应 用 研讨
严伟 雄
(浙江 街 州 电力 局 )

摘 要 针 对 传 统 视 频 监 控 系统 一 个主 控 中 心 的 集 中 式 控 制 构 架 所 带 来 的安 全 性 隐 患 以 及 视 频 信 号 集 中 向主 控 中 心 传 输 带 来 的带 宽 压 力 文 章 介 绍 了 衙 州地 区 应 用 的 分 布 式控 制 视 频 监 控 框 架 模 式 该 模 式针 对 目前 电力 系 统 应 用 需求 及 传 输 网 络 拓 扑特 点 提 出 了 以 电 网 集 控 中 心 为 主 要 业 务 对 象 利 用 网 络 资 源 及 视 频 分 路 编 解 码 技 术 由一 个 主 控 中 心 和 若 干 个分 控 中心 搭 建 而 成 由 于 控 制 平 台 多 个 分 担 实 时 业 务 分 区 处 理 的方 式 达 到 了 分 散 控 制 平 台风 险 提 高系 统 安 全 性 改 善视 频 图像 质 量 减轻 传 输 网 络 压 力 的效 果 关键 词 视 频 监控 ; 集 中式 控 制 构 架 ; 分 布 式 控制 构 架
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a o d th e b a n id t h Pr e s s u re r e s u lte d f r o m th e tr a n sm is s io n o f v id e o s ig n lt e r Pr e s e n ts a v n g e n u z o u , Z r o v n e e T he o e 5 to r i Pli i g P id e o m o n i fa m e m o de a r d h h i i m d 1 p Q n j a e 一 , ste r e o n t r o l e e n te r r o l een a l iz e d e o n t t e r o f Po w e r g r i d n d se v e r a l su b e o n tr o l e e n te r s w h ie h ta k e s th e e e n tr a o e c , a n d u tili z e s n e tw o r k r e s o o o . D u e to th e w a ys o f r ce a u n d v id e o sh u n t e o d in g a n d d e e o d in g te e h j t b n l gy

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引言 变 电站 视 频 监 控 系 统 作 为 现 代 电 网 安 全 生 产 运 行 不 可 缺 少 的辅 助 技 术 措 施 其 对 变 电站 环 境 状 况 设 备 运 行 状 况 现 场 安 全 状 况 等 实现 实 时 监视 提高 了 无 人 值 守变 电站安全 生 产 和 电 网运 行管 理 的水 平 ; 同 时能 为应 急指 挥 生产 管 理 等 系统 提 供 丰 富 的 变 电站 动 态 实 时视 频 信 号 为 领 导 现场 决策 提 供 直 观 的 视频 信 息 随 着 图像 处 理 技 术 的 发 展 视 频 监 控 系 统 本 身 的技 术 水 平 也 在 不 断地 进 步 从 模 拟 技 术 到数 字 技术 的 发展 使 得 监 控 图像 的清 晰 度 和 流 畅 度 得 到 质 的提 高 ; 从 集 中 ” 控 制 模式 到 分 路 控 制 模 式 的 演 进 极 大 地 提 高 了 系 统 的可 靠 性 近几 年 由于 数字 视频 监控 技 术得 到快 速 应用 使 得系 统 方 式 也 能够 灵 活 多 样 本 文 介 绍 一 种 以 集 控 站 为 主 要服 务 对 象 的 系统 搭 建 模式 该 模 式 有 系 统 安 全 性 高 传输 带 宽 压 力 小 等 优 点 己 在 浙 江 省 衙 州 地 区 电力 系 统 中 长 时 间稳 定 运 行 并取 得 较 理 想 的 效 果
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视 频 监 控 系统 的 典 型 系统 方 式 视 频 监 控技 术 发展 现 状 传 统 的视 频 监 控 系 统 为 模 拟 监 控 并 采 用 同轴 电缆 等 方 式传 送 经 画 面 处 理器 或者 画 面 分 割 器 后 进 入 监视 器 或 电视 墙 其 存 储 是 通 过 磁 带 录 像机 为媒 介 进 行 资 料 存储 的 模 拟监 控 存 在 传 输 距 离 受 限 远 程监 控 受 限 布 线 工 作量 大 操 作 存 储 复 杂 不 能 方 便 地 对现 场 其 它数 据 状 态等 信 息进 行 检 测 等缺 点 已 经 无 法 适 应 信 息 时代 的 数 字 化 发 展 趋势 近 年 来 由 于 数 字 图 像 技 术 的 发展 多 媒 体 数 字 视 频监 控 系 统 己 经 取代 模 拟 视 频 监控 系 统 成 为 技 术 主 流 多 媒 体数 字 图像 处 理 技 术 取 代 了 画 面处 理 器 和 画 面 分 割 器 并 用数 字 存 储 技 术 取 代 了 磁 带 录 像机 使 资 料 易于 保 存
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更 加 安 全 ; 同 时 基 于 数 字技 术 的 系 统 应 用 平 台 还 可 方 便 地 远 程 采 集 前 端 各 种 终 端信 息 拓 展 系 统 应 用 功 能 如 远 红 外 报 警 环 境 监 测 等 数 字 化 监 控 系 统 具 有 网络 传 输 视 频 流 化 传 输距 离远 抗 干 扰 能 力 强 可 远 程遥 控 存 储 查 询 方 便 等 优 势 因 此 在 电力 变 电站 领 域 城 市 道 路 及 地 铁 交 通 领 域 高 速 公 路 道 路 监 控 领 域 以及 其 它 监 控 领 域 数 字 视 频 监 控 系 统 取 代传 统 模拟 监 控 系 统 是 必 然 趋 势 尤 其在 目前 网 络 迅 猛 发 展 的 时 代 I P数 字 化 视 音 频 监 控 技 术 宽 带 网 络 传 输 技 术 (R P R M s T P ) 己 经 在 包 括 电信 电力 城 市交通 高速 公 路 地 铁 广 电等 行 业 中广 泛 建 设 应 用 为 视 频 监 控 系 统 走 向 多样 化 智 能化 网 络 化 新 境 界提 供 了 基 础 条件 视 频 监 控 的 系 统 方 式 也 随着 技 术 的 进 步 在 发 生 着 变 化 老 一 代 的系 统 方式 一 般 由摄 像 头 集 中式 场 站 控 制 中 心 站 服 务 器 和 视 频 终 端 等部 分 组 成 其 运 行 的 稳 定 性 关 键 在 于 集 中 式 场 站 控 制 部 分 的 运 行 情 况 由于 该 部 分 设 备 集 中控 制 处 理 着 整 个 场 站 的视 频 信 号 系 统 稳 定 性 较 差 一 旦 某 部 分 设 备 故 障 则 造 成 整 个场 站 监 控 功 能 的 瘫 痪 因 此 随着 信 息 网 络 技 术 及 视 频 流 媒 体 技 术 的发 展 视 频 监 控 的 编 码 方 式 从 M P E G 1 发 展 为 M PE G 4 和H . 2 6 4 视频编 码 等 高码 流 格 式 图像 质 量 获 得 了极 大 改 善 的 同时 视频通 道的控 制方式 也从集 中编码控制逐 渐 发 展 为分 路 编 码 控 制 模式 提 高 了 系 统 可 靠 性 1 2 分 路 编 码 监 控方 式 的 典型 应 用 模 式 分 路 编 码 视 频 控 制 模 式 凭 其 高 码 流 高 画 质 以及 便 于分布式 安装等优 点迅速 得到推广 发展 分路编码 视频 控 制 模 式 的 建 立 是 以 网 络 大 带 宽 少 时 延 的通 道保障 为 前 提 的 因此 目前 分 路 式 视 频 监 控 模 式 均 采 用 以 太 网 模 式 联 网 通 信 其 典 型 的 系 统 组 网 模 式 为 中心 控 制 式 系 统 框 架 模 式 即 由一 套 中心 控 制 平 台 和 各 场 站 摄 像 头 编
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电 子杖 术
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解 码 模块 组 成

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其典 型 拓 扑图 如 下

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建 设 情况

存在 的 问题 分 路 编 码 视 频 控 制 模 式 在 提 高 视 频质 量 简 化 系 统 搭 建 等 方 面 存 在 明显 优 势 但 目前 普 遍 采 用 的 一 个 主 控 中 心 的 集中式控 制 构 架 在 电力 系 统 大 规 模 应 用 中 存 在 以下 : 问题 (1 ) 由于 视 频 数 据 量 大 同 时均 通 过 中心 控 制 平 台 处 理 因此 对 系 统 数 据 通 道 的 传 输带 宽要 求 较 高 否 则 无 法 实现 清 晰 流 畅 的 画 面 显 示 ( ) 因 采 用 中心 控制 模 式 整 个 系 统 的运 行 均 取 决 于 2 中心 控制 服务 器 的稳 定性 ; 一 旦 中心 控制 服 务器 出现 故障 则整 个系 统 无 法 正 常 运 作 ( ) 中 心 控 制 服 务器 要 负 责 所 有 摄 像 头 采 集 的视 频 信 3 号 的 录 像 数据保 存 对 于 中 心 站 点 的 数 据 存 储 空 间压 力 较大


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介 绍 一 种 以集控 站 方 式 进 行 电 网 运 行 管 理 为 应 用 背 景 在 可 靠 性 和 减轻传 输带 宽 压 力 方 面 有 突 出 优 势 的分 布 式 监 控 系 统 框 架 建 设 思 路 2 2 系统 构 架 本 系 统 方 式 改变 了传 统 的只 设 立 一 个 视 频 监 控 中 心 站 的 方 式 采 用 面 向用 户 的 分 布 式 系 统 结 构 达 到业 务 数据 分流 系统 安 全 分 担 系 统 功 能 共 享的 目 的 衡 州 地 区 电 网 现 有 5 0 0 kV 变 电站 1 座 2 2 0 k V 变 电站 9 1 1O V 5 k 座 变 电 站 3 座 同 时 建有集 控 站 个 分 别 按 地 域划 分 管 理 着 下 属 的2 2 0 k V 和 1 10 k V 无 人 值 守 变 电站 电 力 视频 监 控系 统 主 要 是 为集 控 站 值 班 人 员 提 供 所 辖 变 电 站 的视 频 监 控 信 号 为无 人 站 管 理提 供 可 视 化服 务 手段 因 此 衙 州 电力 视 频 监 控 系 统 以各 集 控 站 为 主 要 服 务 对 象 建 立 分 控 中心 结 合 传输 网 络 的 拓 扑 结 构 特 点 在 集 控 站 建 立 各 自的 视 频 监 控 分控 服 务器 图像 存 储 服 务 器 等 将 其 所 辖 变 电 站 的视 频 监 控 业 务 由各 分 控 中心 服 务器 处理 并 直接提 供 给 当地 集控 站值班 员 调 用 此 时 该 系 统 只 占用 传 输 子 网 的 资 源 带 宽 无 需 占用 骨 干 环 网 的 带 宽 而 对 于 生 产M I S 用户 的服务 则通过 主站系统 的W E B 服 务器 调 用 相 应 的分 控 站所 辖 的变 电站 图 像实现 该 类业 务 一 般 较 少 且 错 时 发 生 占用 骨 干 网 络 的带宽较 : 少 其系统图为
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2 分 布 式 控 制 视 频 监 控 系 统 构 架介 绍 2 1 系 统应 用 背 景
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近年 来 电力 系 统 一 直 致 力 于 效 率建 设 将 无 人 变 电站 建 设等 级 逐 渐 从 3 5 k V 提 高 到 2 2 同时 逐 渐 推 广 0 kV 控 心 的 运 行 理 按 地 立 集 中 管 模式 域 建 集 控站 对所 辖 2 2 Ok V 及 以下 变 电站 进 行 远 程 监 控 及 操 作 这 就 使得变 电 站 视 频 监 控 系 统 的建 设 与 应 用 有 了需 求 由 于 通 信 技术 的 快速 发 展 电 力系 统 通 信 逐 渐 以光 方 传输 式 取 代 了传 统 的载 波设备 从 而 具 备 了大 带 宽 的数 据 业 务 传 输 能 力 为搭建变 电站 视 频 监 控 系 统 提供 了可 靠 的传 输 平 台 浙 江 省 衡 州 地 区 电 力光 传 输 网 按 分 层 分 区 的 原 则 建 设 采 用 M S T P 设 备 组 建 以 集控 站 5 0 0 k V 变电 2 5 G 2 2 所 县局为节 点的 汇 聚 层 骨 干 网三 个 以 0 k V 变电 1 0 V 3 5 k 1 k V 所 变 电所 电厂 等 为 节 点 的 6 2 2 M 变 电所 接入 层 子 网 若 干 个 各 子 网 均 从 集 控 站 点接入 汇 聚 层 骨 干 : 网 传输 拓 扑 示 意 图如 下


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本 文 结 合浙 江 省 衡 州地 区 变电站 视 频监 控系 统 的具 体

系 统 的 优缺点 分 析 衙 州 电 力 视 频 监 控 系 统 现 建 有 5 个 分 控中 心 1 个 主 站 中 心控制 服 务 器 分控中心 负 责 各 自范 围 的视频 处 理 数 据存 储 信 号 转 发 等功 能 的 实现 中心 控 制服 务 器 负 责 整 个 系 统 的 资 源 配 置 用 户 管 理 视 频 转 发 以及 局 本 : 部 用 户 的接 入 等 该 分 布式 控 制 框架 系 统 具有 以下 优 点 (l ) 系统 以分 控 中心 的方 式 实现 了 系统 控 制 平 台 负 处 理 的分 担 减 少 了 对 中心 服 务 器 性 能 的 要 求 有 利 荷 于 实 现 清 晰 流 畅 的 画 面 显 示 ; 同 时 因 采 用 各 自的 存 储 服务 器 存储 空 间相 对提 高 增 加 了录 像 时 间 ( ) 分 布 式系 统 框 架 使 得 各 子 系 统 自成 体 系 相 互 独 2 立 运 行 避 免 了 一 旦 中 心 服 务 器故障 造 成 全 系 统 停 运 情 况 的发 生 提 高 了 系 统 安全 性 ( ) 因视 频 监 控 业 务 主 要 的服 务 对 象 为 集 控 站 值 班 人 3 员 各 集 控 站 所 辖 的无 人值 守 变 电站 又 均 在 传 输 接 入 子 网 中 因此 采 用 分 布 式 框 架 系 统 后 系 统 主 要 的业 务 流 量 均 发 生 在 变 电站 一 集 控 站 的传输 接 入 层 子 网 中 只 有 当 局 本 部 或 其他 集 控 站 用 户 跨 区 调 用 信 号 时 才 会 在 骨 干 网 中 产生 流 量 但 这 种 业 务 请 求 很 少 不 会 对 骨 (下 接 第 3 页 )
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电 子杖 术
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表1

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函 数优化前后 的效 率 对 比
优化 前( 循环 ) 循 环、 优 化 后(
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测 试 函数
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旧 日比 8 6 x l

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(上 接 14 页) 干 层 传 输 网 的 带 宽造 成 压 力 因 增加 了 多 台服 务 器 系统 本身 的短 期 投 资增 加 了 但 从 通 信系 统 资 源 配 置 的 角度 分 析 传 输 骨 干 网 的 带 宽 扩容 需 求 得 到 延缓 长 期 的综 合 效 益 得 到有效提 升


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从表 1 中可 以看 出 线 性 汇 编 优 化 后 的S A D 函数 比 优 C 化 前 的 程 序在运 行 效率 上 提 高 了 1 3 一2 3 倍 大 大缩 短 了 运 动估 计 时 间 3 2 2 整 数变 换 及 反 变换 的线 性 汇 编 优 化 我们 把x 2 6 4 编 码 器 中整 数 变 换 模 块 的 两 个 关 键 函 数 su b 4 x 4 d e t 和 a d d 4 x 4 i d e t用 线 性 汇 编 进 行 了 重 写 s x e t 函 数 的作 用 是 计 算残 差 块 并 对 残 差 块 进 行 整 数 b 4 4 d u D C T 变换 ; a d d e t 函数 是 其 逆 过 程 作 用 是 对 反 量 化 4 x 4 id D C T 后 的 系数 进 行 反 变换 并将 反 变换 后 的系 数矩阵 与 预 i t运 算 测 块 矩 阵叠 加 H 2 6 4 在变 换 与 反 变换 中都 为 1 6 b x C 因 此 可 以充 分 使用 6 4 提 供 的强 大 的 包 处 理 指 令 经 过 线 性 汇 编 优 化 后 整 数变 换 反 变 换 的 运 算效 率 也 获得 很 大 的提 升 优 化 前 后 的效 率 对 比 如 表2 所 示
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结束语 随 着 信 息 技术 的不 断 发 展 视 频 监 控 技 术 也 随之 不 断 创 新 电力 系 统 视 频 监 控 的应 用 也 应 结 合 实 际 需 求 不 断 创 新模式 为 电力 安 全 生 产 提 供优质 的服 务 目前 衙 州 地 区 电力 视频 监控 网 络 已 覆 盖 所 有 1 1Ok V 及 以上 变 电 站 系 统凭 借分 布 式系统 框架 的优 点 将 业 务分 散 处 理 使 得 各 子 系统 间 互 不 干 扰 降 低 了 单 一 系统 障碍 对 整 个 系 统 的 影 响 近 年 来 为 生 产 用 户 提 供着 稳 定优 质 的服务
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3

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表 2 整数 变换 函 数 优 化 前 后 效率 对 比
测试 函 数
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作 者 简介 严 伟雄 (19 6 8 一 ) 男 浙江 衡 州 人 系 统 通 信专 业 管 理 工 作 : x n e en 电子 信箱 d l 似@ 2 6 3 t
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工程师

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从 事 电力

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优化前( 循 环 少 优 化后 ( 循 环)
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2 0 48 18 0

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小结 D S P硬 件 特 点 本 文 结 合 T M S3 2 0 D M 6 4 2 对影响 4 . 6 H 码 器 率 的 个 块 进 行 了 化 取 得 了 明显效 2 编 效 多 模 优 果 本 文 所 探 讨 的 基 于 D M 6 4 2 的 x 2 6 4 代 码 的 程 序优 化 方 法 对 于H . 2 6 4 实 时编 码 器 的 实现 具 有 重 要 的 应 用 价 值
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4

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参考 文献 1 〕 沈 兰荪 卓 力 小 波 编码 与 网 络 视 频 传 输 〔 「 M 」北京 : 科 学 出版 社 2 0 0 5 a n x e 2] T t T M S 3 2 0 D M 64 2 V 仁 e x a s In s tn llll e n i d eo /I m g i g Fi d Po in t D ig ita l S ig n a l Pr o e e s s o r [D B / O L ] w w w ti e o m
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3 〕 毕 厚杰 新 一 代 视 频 压 缩编码 标 准 一 H 「 . 26 4 /A V C [M ] 北 : 人 民 邮 电 出版 社 0 2 5 0 京 4 」T t T M S 3 2 0 C 6 4 刃 C 64 x + D S P C P U a 「 e x a s In s 加 m e n n d et o n et R e r en e e u e D B eo In s L w t i S e f G i d i m [ / O ] U r t
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作 者 简介 1976一) 黄 勇坚 ( 男 曲阜 师 范 大 学 物 理 工 程 学 院 副 教 授 主 要研 究 方 向为 视 频 编解 码 嵌 入 式 系 统 开 发 与应 用 : 1 @ 16 电子信 箱 h 3 c o m j 18 v : 联 系 地址 山 东 省 曲阜市静轩 西 路 5 7 号 曲阜 师 范 大学物 理 工 程 学 院 (2 7 3 16 5 )
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基金 项 目 曲阜 师范 大 学 校 科研 基 金 资助 (X J0 7 0 1 )

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