網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)在發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)應(yīng)用

    摘要：本文根據(jù)發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)現(xiàn)場監(jiān)控的實(shí)際需求，將傳統(tǒng)工業(yè)電視監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)緊密結(jié)合。針對輸煤現(xiàn)場高粉塵、強(qiáng)電磁場等惡劣環(huán)境，設(shè)計(jì)的一套適用于發(fā)電廠輸煤現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。文中重點(diǎn)介紹了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的系統(tǒng)原理、組成結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方式及其應(yīng)用效果。

    關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控 單播 組播 廣播

    一、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控技術(shù)

    隨著信息、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)的日益普及，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控技術(shù)為日益發(fā)展的視頻監(jiān)控領(lǐng)域注入了新鮮血液。隨著嵌入式技術(shù)的日趨成熟，用戶可在現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，通過網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備將模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號，實(shí)現(xiàn)高性能、配置簡捷的視頻監(jiān)控。

    （1） 監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

    圖像監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平，直接反映了不同階段電子與通訊領(lǐng)域的技術(shù)狀況。圖像監(jiān)控的方式，大致可分為三類： A 、就地模擬圖像監(jiān)控 B 、基于PC計(jì)算機(jī)的多媒體監(jiān)控 C 、基于Web服務(wù)器的視頻監(jiān)控。

    （2）嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)在電力企業(yè)的應(yīng)用

    電力系統(tǒng)各種生產(chǎn)設(shè)備類型復(fù)雜，數(shù)量較多，地域分布廣，人工監(jiān)視維護(hù)難度大。為適應(yīng)企業(yè)設(shè)備管理的要求，對生產(chǎn)現(xiàn)場閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、易用性以及易維護(hù)性，尤其在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面提出了更高的要求。隨著電力系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)的發(fā)展，這就為基于嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用提供了良好條件。

    基于嵌入式Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可作為計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)的重要應(yīng)用之一，主要適用于無人值守變電站、供電局/發(fā)電廠綜合監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)以及災(zāi)害和突發(fā)事件應(yīng)急處理系統(tǒng)。較之傳統(tǒng)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，新系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、即插即看、高性能的特點(diǎn)并適用于任何網(wǎng)絡(luò)平臺。

    二、網(wǎng)絡(luò)分析和規(guī)劃建議

    （1） 數(shù)字監(jiān)控對網(wǎng)絡(luò)流量的影響

    a）壓縮格式對流量的影響

    目前市場上的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)種類較多，其壓縮格式一般分為MPEGⅡ/Ⅳ和H.263/H.323兩種。

    l MPEGⅡ/Ⅳ屬于幀類壓縮，碼率高，圖像連續(xù)性相對較差，且占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬偏大；

    l H.263/H.323屬于流媒體壓縮，常應(yīng)用于視頻會議、遠(yuǎn)程教學(xué)，其圖像連續(xù)性好，占用帶寬較小。

    b）訪問格式對流量的影響

    視頻訪問方式主要有兩種：

    客戶端直接訪問數(shù)字監(jiān)控前端設(shè)備。數(shù)字監(jiān)控前端設(shè)備有一個(gè)10M以太口，其本身包含系統(tǒng)。用戶可直接登陸前端設(shè)備，接收視頻信號。弊端在于：觀看視頻圖像時(shí)，需要在軟件連接中直接鍵入前端設(shè)備的IP地址，當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)觀看一路視頻圖像時(shí)，會造成前端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大，容易堵塞網(wǎng)絡(luò)。

    客戶端直接訪問服務(wù)器。監(jiān)控系統(tǒng)的圖像放在服務(wù)器上，客戶端訪問的是服務(wù)器，而不是監(jiān)控前端設(shè)備。視頻流采用組播方式，客戶端通過瀏覽器觀看圖像�？梢员苊饩W(wǎng)絡(luò)阻塞。

    c） 視頻傳播模式對流量的影響

    目前的視頻傳輸模式分為三種：單播模式、廣播模式和組播模式。

    單播模式：每個(gè)以太網(wǎng)幀只發(fā)送到單個(gè)目的主機(jī)，目的地址指明單個(gè)接收端口，因而稱之為單播模式。采用這種方式，任意兩個(gè)主機(jī)的通信不會干擾網(wǎng)內(nèi)其他主機(jī)。在視頻傳輸過程中，單播模式應(yīng)用于點(diǎn)對點(diǎn)情況。

    廣播模式：網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)向所有其他主機(jī)發(fā)送幀信息，這就是廣播模式。廣播模式增加了對廣播數(shù)據(jù)不感興趣主機(jī)的處理負(fù)荷。在視頻傳輸中，會不停的向網(wǎng)上發(fā)送視頻信號數(shù)據(jù)，造成網(wǎng)絡(luò)中視頻信號幀的擁塞，影響原有MIS網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

    組播模式：組播模式介于單播模式和廣播模式之間，幀僅傳送給屬于組播組的主機(jī)。組播模式減少了對應(yīng)用不感興趣主機(jī)的處理負(fù)荷。使用組播模式，主機(jī)了加入一個(gè)或多個(gè)組播組。在視頻傳輸中，可以將需要接收視頻流的主機(jī)劃分到一個(gè)組播組，這樣視頻服務(wù)器就將他所接受的視頻信號發(fā)送給組播組內(nèi)的機(jī)器，對網(wǎng)絡(luò)上其他主機(jī)不產(chǎn)生影響，不會影響原有MIS網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

    （2） 組播模式與廣播模式數(shù)字監(jiān)控

    通過以上分析，為了較好地避免對現(xiàn)有MIS網(wǎng)絡(luò)造成影響，我們設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)，其壓縮格式為H.263格式，視頻訪問部分采用視頻服務(wù)器方式，視頻傳輸模式在VIDEOJET與視頻服務(wù)器之間為單播模式；在視頻服務(wù)器與分控臺之間為組播模式。

    （3）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

    1、網(wǎng)絡(luò)中的視頻監(jiān)控服務(wù)器

    視頻服務(wù)器原則上可以安裝在網(wǎng)絡(luò)的任何位置。從應(yīng)用角度考慮，建議將視頻服務(wù)器放在具有100M網(wǎng)絡(luò)接口的監(jiān)控中心。該視頻服務(wù)器由監(jiān)控系統(tǒng)視頻服務(wù)器軟件和監(jiān)控主機(jī)組成。

    2、網(wǎng)絡(luò)中的IP-VIDEO視頻終端

    IP-VIDEO視頻終端只具有一個(gè)10BASE-T的以太網(wǎng)口，所以建議將IP-VIDEO視頻終端與具有10M網(wǎng)絡(luò)接口的交換機(jī)相連接。

    3、劃分虛擬子網(wǎng)（VLAN）

    采用幀交換技術(shù)會導(dǎo)致用戶在訪問視頻服務(wù)器獲取監(jiān)控圖像和發(fā)出控制命令時(shí)，視頻服務(wù)器通過發(fā)送網(wǎng)絡(luò)廣播幀向客戶機(jī)提供服務(wù)。視頻信號的數(shù)據(jù)量相對較大，如果通過網(wǎng)絡(luò)廣播幀向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播傳送則會降低交換機(jī)的速率。因此建議利用交換機(jī)的虛擬網(wǎng)功能將廣播包限制在一定的范圍內(nèi)，即把要觀看監(jiān)控點(diǎn)的所有客戶機(jī)和視頻服務(wù)器劃到同一個(gè)VLAN中。

    （4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

    1、系統(tǒng)工作原理

    攝像機(jī)的圖像信號輸入到矩陣主機(jī)的視頻輸入端口，同時(shí)各個(gè)監(jiān)視區(qū)域的設(shè)備所對應(yīng)的PLC報(bào)警輸出信號輸入到矩陣主機(jī)的報(bào)警接收模塊。

    矩陣主機(jī)視頻輸出端口有16路視頻與16畫面分割器相連接，經(jīng)過16畫面分割器處理后的圖像，有8路與電視墻上的8個(gè)監(jiān)視器相連接。

    矩陣主機(jī)視頻輸出端口有1路視頻輸出到監(jiān)控室的多媒體工作站，該工作站裝有視頻采集卡和監(jiān)控軟件，從而可以完成對矩陣主機(jī)編程以及全部的控制功能。

    矩陣主機(jī)視頻輸出端口有4路視頻輸出，接到4個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備VideoJet上，而網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備又將圖像傳輸?shù)組IS網(wǎng)上，通過安裝相應(yīng)的監(jiān)控軟件，就可以通過現(xiàn)有以太網(wǎng)瀏覽圖像，被授權(quán)為管理權(quán)限的分控機(jī)，還可以切換圖像和控制攝像機(jī)云臺、鏡頭。

    矩陣鍵盤與矩陣主機(jī)的控制口相連接，利用鍵盤也可以完成對矩陣編程以及圖像切換、控制云臺、鏡頭等功能。系統(tǒng)中的數(shù)字硬盤錄像機(jī)與矩陣主機(jī)視頻輸出端的4路視頻和16畫面分割器輸出的視頻相連接，這樣錄像機(jī)就可以同時(shí)錄制4路單獨(dú)畫面的圖像和1路疊加16個(gè)畫面的圖像；通過設(shè)定還可以實(shí)現(xiàn)事故追憶功能。

    報(bào)警輸出部分接有一個(gè)蜂鳴器，當(dāng)PLC有報(bào)警信號時(shí)，在圖像自動切換的同時(shí)，該蜂鳴器也會發(fā)出聲音提示，這樣可以提示操作員。

    三、防電磁場、灰塵、潮濕問題的解決方法

    1． 防電磁場

    監(jiān)控現(xiàn)場有一定數(shù)量的電動機(jī)和除鐵器，這些設(shè)備運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生一定強(qiáng)度的電磁場。為了保證監(jiān)控設(shè)備的正常運(yùn)行，為了保證良好的圖像質(zhì)量，我們在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用以下措施將電磁場對設(shè)備的影響降低到最低限度：

    （1） 選用帶有防磁化功能的攝像機(jī)和鏡頭；

    （2） 使用具有防電磁場功能的攝像機(jī)防護(hù)罩；

    （3） 通過實(shí)際測量，選擇電磁場相對較弱的位置安裝攝像機(jī)；

    （4） 選用AC220V供電的攝像機(jī)；

    （5） 用凈化電源對所有設(shè)備進(jìn)行電源凈化

    （6） 對所有視頻線、電源線以及信號控制線進(jìn)行接地處理；

    （7） 選用具有較強(qiáng)抗強(qiáng)電干擾的工業(yè)專用監(jiān)控設(shè)備。

    （8） 采用優(yōu)質(zhì)、工業(yè)專用室外屏蔽電源線、視頻線和信號控制線。

    2． 防塵

    監(jiān)控現(xiàn)場粉塵較大，因此每個(gè)攝像機(jī)配備一個(gè)室外型防護(hù)罩。該防護(hù)罩帶有雨刷，每個(gè)雨刷的控制線引到監(jiān)控室的控制開關(guān)上。當(dāng)防護(hù)罩有粉塵時(shí)，監(jiān)控人員打開雨刷控制開關(guān)即可，省去了現(xiàn)場維護(hù)的麻煩。

    3． 防潮阻燃

    輸煤現(xiàn)場濕度相對較大，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，所有電源線以及視頻線都通過防潮阻燃PVC管進(jìn)行走線；也能防止老鼠等對線路的破壞。

    四．結(jié)束語

    該系統(tǒng)將傳統(tǒng)電視監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控相結(jié)合，充分發(fā)揮了兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，已成功運(yùn)用于淮南洛河發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)，目前系統(tǒng)運(yùn)行良好，其設(shè)計(jì)功能得到充分肯定，為電力生產(chǎn)安全起到重要的作用。