全网络视频监控系统在新型变电站下的应用.docx

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全网络视频监控系统在新型变电站下的应用

全网络视频监控系统在新型变电站中的应用

摘要：

本文介绍了在新型变电站环境下，视频监控系统的全网络化发展。

文中对系统的结构组成和功能特点进行了阐述。

关键字：

变电站；视频监控；全网络化。

随着社会经济和科学技术的不断发展，尤其是近几年计算机技术的飞速发展，使人们的安全防范意识的逐步提高，而行业对安防的技术要求也越来越高。

传统意义的安防系统已经无法再适应日新月异的当今社会，高效化、智能化和人性化成为了新安防系统测评的标准。

这就要求我们对安防系统做出深入的研究，对不同领域的行业应用细化和分析。

电力系统在国家经济稳固发展的基础上变得越发的重要，国家不断加大对电力设施的基础投入，大容量、超高压、交直流混合、长距离输电等使得电力系统的复杂性明显增加，这就使得电力安全防范成为了电力系统一个不可或缺的部分。

变电站的视频监控系统在此过程中得到了充分的发展和完善。

引言

目前电力系统的不断发展和体制改革的深入开展，使得越来越多的变电站在扩大规模的同时逐步实现了无人职守。

这就要求在变电站运行过程中，必须有一个安全和稳定的运行环境，对变电站各种设施的运行状态进行全方位的安全监控。

要确保无人职守变电站的安全可靠运行,就要求各级调度人员和运行监控人员在获得各类数据信息、设备运行状况的同时,也应获得现场设备运行状况的实时图像和环境情况,真正实现对变电站的全方位监控。

数字视频远程监控技术不但弥补了上述不足,而且不影响变电站设备的正常工作和原有的控制功能,是对无人值班变电站的进一步完善。

本文就针对新型网络化视频监控平台的特点和结构，与其在当今无人职守变电站下的应用进行深入剖析与解读。

监控系统的网络化发展

在20世纪90年代初及以前，主要是以模拟设备为主的闭路系统，称为第一代视频监控系统，即模拟视频监控系统，这是监控系统早期的构建模型。

到20世纪90年代中期，随着计算机处理能力的提高和视频技术的发展，人们利用计算机的高速数据处理能力进行视频的采集和处理，从而大大提高了图像质量，增强了视频监控的功能。

这种基于多媒体计算机的系统称为第二代视频监控系统，即模拟输入与数字压缩、显示和控制系统。

因为核心设备是数字设备，因此可以称为数字视频监控系统。

数字视频监控系统较模拟视频监控系统有着本质的飞跃，为监控系统的网络化发展奠定了基础。

近两三年，随着网络带宽、计算机处理能力和存储容量的迅速提高，以及各种实用视频信息处理技术的出现，视频监控进入了全数字化的网络时代，称为第三代视频监控系统，即全数字视频监控系统或网络数字视频监控。

第三代视频监控系统以网络为依托，以数字视频的压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用的图像分析为特色，引发了视频监控行业的技术革命。

全数字视频监控系统具有如下优点：

1.网络化结构——线缆的高效复用性

网络化的好处是视频、音频、数据可以在一条网络线缆内同时传输，解决了传统布线一种电缆仅仅能够传输一种信号的问题。

图1分布式结构图

前端摄像机直接接入网络视频服务器。

模拟视频信号转换为标准的IP包，通过TCP/IP网络传输数字视频，不再需要经过传统的布线，如光纤、同轴电缆等等。

这个结构可以利用系统已经具备的LAN布线系统极其方便的传输视频信号。

打破了传统布线的点对点方式，有效地节省用户的前期投资以及后期的线路维护工作投资。

即使是需要新敷设线路，其链路所需要的线缆量以及线缆敷设、维护的工作量也较模拟系统小得多。

（见图1）

2.网络化结构——良好的扩展性

网络化结构使得日后系统的扩展工作变得极其容易。

我们仅仅需要找到一个信息点（网络接入点）就可以，不必再敷设任何的电缆。

3.嵌入式操作系统——系统的高稳定性

网络视频服务器使用嵌入式操作系统，系统的稳定性能、安全性能极高。

通过网络，用户可以方便的进行远程的管理以及固件的更新。

4.分布式存储——存储的灵活性

基于B/S（浏览器/服务器）结构，这种结构提供多服务器服务，允许客户根据实际需要灵活的配置存储和管理服务器。

存储服务器可以在目录服务器的管理下任意的分配和切换需要存储的摄像机图像，结合硬盘录像服务器的本地录像功能，可以为系统提供更多的灵活性。

5.分布式存储、分布式观看——良好的易用性

系统的客户端可以分散在LAN的任何地点，数量没有限制。

假如不对客户端的权限进行限制的话，那么每一个客户端都可以观看所有网络上的图像。

这一点是DVR系统目前的技术所不能够达到的。

目前的DVR系统同时可登陆的用户数量不会超过5个，在多于这个数量级时，系统的速度会明显下降，表现的现象为：

图像刷新速度下降、丢帧。

（见图2）

B/S结构以及多服务器结构有效的解决了这个问题。

图2分布式观看

6.强大的多点组播-更加灵活的网络机制

图像存储和图像浏览可以同时进行。

（见图3）

图3强大的多点组播

全网络监控系统的核心部分是软件平台。

系统网络结构及框架

对于现在的变电站，实现无人职守是必然的发展趋势，这就要求现代的视频监控网络除了满足本地安防的需要，还要实现远程监控的功能。

集控中心通过网络可以及时准确的了解下属变电站的运行状态，而每个变电站的视频网络又是独立运行，不会受到其他网络的干扰。

变电站的监控网络采用分布式的网络结构，将视频负载平衡，系统可容纳上千路的视频接入。

（见图4）

图4全数字视频监控系统结构图

全数字网络监控系统组成：

1.前端设备：

前端设备分为图形采集设备和报警设备两类：

图形采集设备根据需要可选用高速球型摄像机或枪式摄像机。

报警设备有温湿度采集器、红外对射报警器、高压脉冲报警器等。

前端设备将采集到的模拟信号传输给服务器进行编码处理。

2.网络视频服务器：

网络视频服务器的主要功能是视频编码，它将前端采集到的模拟信号编码成数字信号传输到网络，另外它也将前端的报警信号同时编码，以便处理。

3.视频工作站：

视频工作站是监控网络的核心，负责处理所有用户的登录、浏览及其他功能请求，用户也可以通过工作站对前端设备进行参数设置。

4.流媒体服务器：

流媒体服务器是用于配合视频工作站，进行网络视频转发，平衡网络视频负载。

它根据网络规模的不同既可以与视频工作站合为一体，又可以多台同时使用，灵活多变。

5.磁盘存贮阵列：

磁盘存贮阵列用于储存整个网络的视频信号，方便日后查看和调用。

磁盘阵列多采用冗余存储方式，防止磁盘意外损坏而造成视频丢失。

6.网络客户端：

网络客户端可以根据权限收看视频监控画面，客户端可以处在变电站视频内网中也可处在集控中心的上级网络中。

软件平台功能及特点

软件平台是整个监控网络的核心，它多采用B/S（浏览器/服务器）结构，运行在Windows2000/XP平台，由分层的各级集控中心组成多服务器结构，平台直接利用网络传输图像、声音、控制信令及其他数据信息等，以达到对被监控点的实时、动态监控。

平台提供控制优先级调度、网络电子地图、分布式与分级式服务器结构、云台镜头控制、数据监控等高级模块。

在网络带宽足够的情况下，可以满足上千个并发用户访问。

（见图5）摄像机与摄像机之间、摄像机与服务器之间、摄像机与用户之间没有地理位置的界限。

图5网络多层结构图

结构特点：

1.B/S体系架构

在B/S体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的服务器发出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器。

B/S结构简化了客户机的工作，客户机上只需配置少量的客户端软件。

服务器担负更多的工作，对数据库的访问、视频流的处理、存储、转发等各种服务都是在服务器上执行。

2.分布式服务器管理

应用程序跨多个服务器分布和运行、连接到远程数据源和WebServer，并可通过Internet访问，分布式计算功能强大，很适合应用于远程监控服务体系。

3.基于JAAS的高密安全及权限管理体系

系统基于Java验证和授权服务（JavaAuthenticationandAuthorizationService，JAAS），使用Java验证和授权服务（JAAS）API至少可以明显地降低为你的应用程序实现安全性的影响。

JAAS应用程序必须提供两个特性：

验证和授权。

4.Directshow体系架构

系统基于最新的Directshow体系架构，为在Windows平台上处理各种格式的媒体文件的回放、音视频采集等高性能要求的多媒体应用，提供了完整的解决方案。

5.分层管理

设备管理提供视频服务器、附属设备等的增加、修改和删除功能。

摄像头分组将系统中的摄像头进行分组管理，便于监控管理。

提供4种用户类型（系统管理员、超级用户、一般用户和浏览用户）及255级控制权的用户管理，可向用户分配摄像头、组，可根据用户的优先级分配控制云台和摄像机的权限。

软件特点

1.强大的中心管理功能

网络视频监控管理软件不仅适用于本地的视频监控系统，而且更可应用于大规模、多层次、分布式的大型网络视频监控系统。

对于大型网络视频监控系统中提出的流媒体服务器与视频工作站理念，对所管辖范围广，系统庞大的监控应用用户来讲，使用本“分布式综合管理平台”将能提供更加清晰的组网、监视、控制、管理逻辑关系，从而提高系统使用率、降低运营费用与系统维护费用。

在这样的视频监控管理平台软件下，流媒体服务器与视频工作站可进行堆叠，也就是说一个视频工作站不仅可以包含子视频服务器还可以包含更多下级视频工作站。

这样系统将提供更加强大的管理能力和扩展能力。

利用视频工作站的这一特点，将各个子系统进行设置、集成、集中管理，为架构大型、超大型综合管理平台提供了强大的平台。

2、完善的系统功能

系统监控主机和各客户端可以对管辖范围内多个本地和远程监控前端进行实时监控，不同的用户可根据职务分配不同的控制权限。

现场图像可根据地点分成监控组，以4分屏、9分屏或者16分屏方式显示，可设置手动录像、计划录像和报警自动录像等多种录像方式。

在本系统中由于合理的配置了流媒体服务器与存储服务器，以及前端网络视频编码器，系统将发挥他们最大的效率。

3、采用视频代理机制，节约带宽资源

在带宽有限的环境下，系统提供代理访问机制，即当多个用户集中访问某一路图像时，此路图像由本地的视频工作站转发给发出访问请求的用户，从而节省了有限的互联网带宽资源。

同时，图像传输以“点播”的方式发送，即当有用户发出请求时才发送图像，没有用户观看时，不占用网络资源，从而使网络带宽的利用率更高。

4、操作简单

操作界面人性化设计，全部为中文可视化界面，用户可根据清晰的中文功能提示，实现全部的监控操作。

用户在实时监控过程中，可利用鼠标移动对前端监控点的摄像机进行控制。

5、远程系统维护和系统管理

视频工作站提供远程访问功能，管理员不必到达设备现场，就可修改前端视频服务器的各项参数，提高了系统的维护效率。

同时，管理员可以远程增加、删除、修改用户、监控地点、用户的控制权限、录像时间和报警等信息。

当这些信息修改之后，管理员不用对客户端进行维护，用户只要在重新登录系统一次，即可得到管理员重新分配的信息，大大的减轻了管理人员的软件维护工作量。

6、易于与本地网络系统结合

系统采用的是标准的TCP/IP协议，具有很强的开放性和兼容性，完全能与各系统方便地联网，网内的用户只要使用客户端软件即可进行图像监控，无需任何设置。

监控前端可以将许多现有的资源接入本系统，避免重复投资。

7、良好的可扩展性

“分布式综合管理平台”的前端监控点采用模块化设计，当系统需要扩容时，可以很方便的增加前端监控点。

在监控中心，只需要将增加的前端监控点加入系统，这样就完成了全部的系统扩容工作。

系统不限制用户数量，用户利用浏览器、使用办公微机，只要达到一定配置随时随地可以监控现场环境。

8、完备的安全机制

网络视频监控管理软件采用多种安全机制，确保系统高可靠性。

1）客户端程序与平台服务通信的安全机制

客户端程序与平台服务进行通信，采用高加密认证产品，用户登录服务器必须使用硬件身分标识，并要求用户名密码，具有极高的身份认证级别及通信数据的不可更改性。

2）视频服务器与平台服务通信的安全机制

系统视频服务器采用CA证书技术进行通信身分认证和数据加密。

应用程序必须提供正确的CA证书才能与视频服务器进行安全通信。

3）设备接入认证机制

每台视频服务器，具有128位身分标识。

设备网关服务只允许在系统中注册的设备接入系统。

4）日志

系统提供完整的日志功能，所有用户事件和系统事件都能完整记录。

并提供详细的查询功能。

5）录像数据加密

视频加密（水印）是通过给每一帧被保存的图像加一个数字签名来实现的。

如果之后有人想更改录像（增加，删减或修改），数字签名就会和之前的不符，从而检测出文件是被改动过的。

6）设备及视频丢失报警

视频服务器连接异常中断或视频信号丢失时，系统会以短信、E-mail方式向用户及系统管理员发出通知。

结语

对于新型变电站，视频监控系统成为了重要而不可分割的组成部分，为变电站的无人职守化做出了贡献。

网络化的软件平台是整个视频监控系统的核心，它的优略直接影响到了系统的性能。

为了达到高效化、智能化和人性化的目的，需要我们不断对软件平台进行调整和更新，将新的理念融入平台改造过程中。