变电站远程图像监控系统的功能与组网探讨袁荣湘1，涂晓平2（1武汉大学电气工程学院，武汉430072；
2中兴通讯监控产品部，深圳518004）
摘要：探讨远程图像监控系统在变电站自动化系统中应用的主要功能和组网方式，其中包括远程图像监控系统的基本功能，在变电站中应用的附加功能，变电站远程图像监控系统可能的组网方式，广泛应用的E1接入设备的基本功能、特点和组网方式，为变电站远程图像监控系统的设计和工程提供参考。
关键词：变电站自动化；图像监控；E1设备；组网
1引言
　　无人值守是变电站自动化系统发展的必然趋势，没有远程图像监控产品的开发即在系统中建立远方可视节点的功能，变电站自动化充其量只能实现变电站的无人值班，做到真正的无人值守则是不可能的。远程图像监控功能是对远方变电站“四遥”（遥测，遥信，遥控，遥调）功能的进一步补充，又被称为远方变电站的第五遥—遥视，它是在远方变电站端装设摄像机获取图像，监视并记录变电站的安全以及设备的运行情况，并提供事后分析事故的有关图像资料，同时还具有防火、防盗等功能。
2变电站远程图像监控系统的功能
　　变电站远程图像监控系统主要用于监视变电站设备的运行情况，同时满足防火防盗的要求，具有如下基本功能：
　　1）将多个端局的图像／声音信息进行解码处理，图像信息送到监视器显示，声音信息送到声音设备（如音箱）进行播放；
　　2）可选择观看本辖区内任意远端被控局的任何一路图像，并控制摄像机的运动、转动及控制摄像头对现场图像进行聚焦，调光，拉近及拉远；
　　3）具有双向对话动能，监控中心可以任选一路监控端局进行监听或与之通话，监控中心的声音可以广播给下面所有端局；
　　4）系统具有告警连动功能，告警发生时自动启动照明系统，以便更清楚地摄录告警地图像，有预置功能的摄像机还能自动转到预置点，同时进行图像画面切换，自动启动长延时录像机录像；
　　5）多路分频实时、同时监视，系统能在一台监视器屏幕或电视墙上同时实时显示多路来自不同变电站的图像，多个监控终端能同时监控同一或不同前端；
　　6）通过透明通道可以接入其他监测系统的数据，组成图像数据一体化监控系统；
　　7）方便友好的人机界面，所有的业务台均为全中文操作及显示界面；
　　8）网络管理功能，包括优先等级和使用权限的设置，用户操作的记录，控制权的自动协商，查询统计等；
　　9）摄像机预置功能。如果一台摄像机需要监视多个目标点，带预置功能的一体化摄像机是一种很好的选择，它能预置多个监视位置的云台和镜头参数，使用时，能方便快速地转到相应预置点，并自动调整好镜头的变焦和图像清晰度；
　　10）超温检测功能。图像监控系统应配备金属热感探测器或专用红外测温装置，能自动进行超温检测和报警；
11）安防和消防报警功能；
　　12）系统具有故障自诊断能力，出现故障时能自动进行故障定位。
变电站图像监控工程还可具备如下一些功能：
　　1）能与一些民力控制设备互联，记录和上报这些设备的运行状况；
　　2）能与计算机网络系统（如MIS网）互联，使位于网络上的相关科室的计算机也能用作监控主机，有利于领导及时了解、监督和指挥现场工作；
　　3）为了确保变电站火灾报警的可靠性，烟雾报警应能与RTU互为备用；
　　4）可以方便的扩展会议电视或可视电话功能；
　　5）具有WEB服务器功能，在保证安全的前提下，在外出差的有关人员亦可方便地得到有关信息。
2远程图像监控系统组网方式
　　灵活的组网方式是系统成功的关键之一，各个变电站传输件各异，例如2M、DDN、PSTN、提取时隙、公务信道等，如果远程图像监控系统的组网方式单一，就不能提供最高的系统性能，而且增加成本。变电站远程图像监控系统应能根据各个变电站的具体情况和局方的各种特别要求，提供灵活的，高性能价格比的图像监控系统。一般来说，有以下几种传输方式。
　　第一种是2M组网方式。这种组网方式在变电站图像监控中应用最为常见，因为实时图像对带宽的要求比较高，模拟图像数字化之后大约有100M，经过压缩后可以达到384k－2M之间。如果线路有富余则一般取2M传输，这样图像效果比较好。这种方式的优点在于线路丰富，传输可靠，图像质量高。
　　图1为利用2M图像组网示意图。2M图像组网的工作流程是：摄像机直接连到前置机的图像处理板上，图像处理板能同时接入四路图像，如果多于四路，可以在外部接一个视频切换器或画面分割器进行挑选。摄像机的模拟图像送到图像处理板，进行编码、压缩。对摄像机和镜头的控制，包括摄像机上下左右转动、调焦、调光圈和调远近，由前置机控制云台镜头控制器的动作来进行。
　　其它的设备和监控量由各种监控模块采集后送到前置机，图像、声音和数据一同通过2M专线送往监控中心。其中，数据占用1个时隙，声音占用2个时隙，图像占用剩下的27个时隙（当然，数据量大时也可以使数据多占用几个时隙）。在监控中心有一个专用的E1接入设备，它能同时接入48个端局的信号，在内部把图像、声音和数据分离，数据送到监控中心局域网，图像解码后送到电视机上显示。如果端局数量少，还有容量较少的精简型E1接入设备，使组网更合适。
　　系统还可以采用拨号方式做为备用路由。前置机实时监控主用路由运行情况，发现2M专线发生故障后立即主动切换到拨号方式，保障系统的可靠。在拨号方式下只能传数据，不能传图像和声音。　　第二种组网方式是HDSL组网。HDSL就是高速数字用户环路，它在变电站一端和监控中心各放置一台HDSL设备，中间利用普通双绞线连接，速率可以1．5M－2M。适用于要求传输高速图像但缺乏2M线路的变电站。
第三种组网方式是利用ISDN线路组网。它适用于有ISDN线路，同时只要求传输数据和低速率图像的变电站。在变电站，前置机采集图像后通过ISDN线路送到监控中心，数据通过MODEM传送。这种组网方式的优点在于不长期占用线路资源，同时速率配置灵活，图像速率64k－384k可选。
　　第四种组网方式是利用微波／光纤通道本身提供的数字公务信道进行传输。一般提供的接口有V．11／RS422和RS232，具有以下优点：1）适应面广，节省投资，效益高，运行费用低；2）网络连接简洁。
4E接入设备及其在变电站中的应用
　　E1接入设备允许48路2M视频输入，在内部实现2M码流的任意交换和收发，选择其中多个视频解码输出，并完成内部数据处理，从而达到减少解码单元，降低系统成本的目的。如图2所示，E1线路连接网管中心机房与下级各个被监控变电站（图中仅画出一个变电站）。数据与图像经由E1线路到达网管中心机房，其中数据在“接口变换与数据收发”单元被提取，并传给工控机，工控机通过网卡和TCP／IP与网管中心的局域网相连接，把提取到的数据上报给网管中心的数据库服务器；控制台的命令也经由局域网发到工控机，工控机根据命令的去向选择一条E1线路的时隙，把控制命令从“接口与数据收发”电路发到E1线路上去；下级局传上来的监控图像则经过“接口与数据收发”电路的电平转换后，进入一个交叉电路中。这个交叉电路的作用是把输入的M路2M线中的任意一路，在N路输出的任意一路中输出，然后经过一个与图像台的接口电路，传给图像台，同时从图像台来的声音信息也可按原路返回到被监控局去。　　E1接入设备主要功能有：1）提取监控分局的图像信息，解码后传递给显示设备；2）提取受控远端局数据传送至网管中心；3）提取受控远端局语音信息，解码后传送至音箱；4）编码网管中心对监控分局的声音信息，传递给监控分局；5）下发网管中心的各种遥控命令至每个监控分局；6）具备传输多种互不相干数据的能力；7）具备多路图像切换能力，即M路图像输入可在N路输出的任意一路输出（M＞＝N）；8）具备操作维护功能。
　　E1接入设备优势在于提高系统集成度，降低成本，可提供48个远端局的E1接入，输出16路可任选的视频、音频信号，集成度高。如果把点对点的计算机接入和E1接入设备接入比较，采用E1接入设备后，可以降低监控中心造价40～50％。
　　除了E1接入设备，还可能采用其他接入设备，如经济型E1接入设备；提供16个远端局的E1接入，输出8路视频、音频信号。E1通信机提供点对点的2M速率接入，配置灵活，小型局站适用。在一般的图像监控系统中，如果端局数目小于16个，可用1台经济型E1接入设备构建系统；如端局数目大于16个，可用E1接入设备构建系统，组网灵活，扩展方便。精简E1接入设备是E1接入设备的补充和完善，它的主要功能和E1接入设备类似，它的软件和硬件单板主要从E1接入设备改进而来，并且保持一定的兼容性。
5E接入组网方式
　　采用E1接入可以有不同的组网形式，下面介绍几种常用的组网方式。
　　图3所示的组网方式中，监控中心与受控局采用E1专线连接方式，图像最高数率可达到30fps。　　在图4所示的组网方式中，若干个受控端局通过一根E1专线连接在一起，每个端局的图像、语音、数据，占用E1专线中的不同时隙，监控中心的解码模块与端局的编码模块一一对应。采用此种组网方式可根据接入的端局数量设定图像带宽，一般接入的端局数量越多，中心解码图像的帧频越低。图5所示的组网方式中，若干个受控端局通过一根E1专线连接在一起，每个端局的图像、语音、数据占用E1专线中的不同时隙，监控中心用一个解码模块与端局的多个编码模块对应，运用切换的方法查询端局的图像、语音和数据。采用此种组网　　方式可根据接入的端局数量设定图像带宽，一般接入的端局数量越多，中心解码图像的帧频越低。　　图6所示的组网方式中，BTS的传输线首先连接到编码模块，编码模块将图像、语音及采集数据插入到空闲时隙中，BSC将多个端局的数据交换到一根E1线路中，输出到监控中心，监控中心的相应数量的解码单元提取对应的端局的时隙进行处理。采用此种组网方式可根据接入的端局数量设定图像带宽，一般接入的端局数量越多，中心解码图像的帧频越低。　　图7所示的组网方式中BTS的传输线首先连接到编码模块，编码模块将图像、语音及采集数据插入到空闲时隙时，BSC将多个端局的数据交换到一根E1线路中，输出到监控中心，监控中心用一个解码模块与端局的多个编码模块对应，运用切换的方法查询端局的图像、语音与数据。采用此种组网方式可根据接入的端局数量设定图像带宽，一般接入的端局数量越多，中心解码图像的帧频越低。6结论
　　变电站远程图像监控系统的应用，为电站自动化系统建立起了灵活，方便，廉价的高质量远方可视节点，真正使绝大多数无人值班变电站的所谓第五遥功能（遥视）成为现实，即成为无人值守变电站，从而极大地提高了整个电力系统的自动化程度，提高了电网的安全，稳定，经济运行水平。随着变电站自动化系统的普及，变电站远程图像监控系统的应用将会得到迅速的发展与推广。参考文献1　袁荣湘．现代化电网自动化和通信系统的理论与实践：［D］．武汉：华中科技大学，2001
2　唐惠明，张健．变电站远程[1][2]下一页