分布式输电线路在线监测视频管控平台架构研究

程伟华++袁杰++潘留兴

DOI：10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2016.09.008

摘 要： 结合输电线路在线监测的业务功能需求，提出了一种新的基于网络级联的分布式视频管控平台模型，创新性的引入两层级联管控体系。低层面向普通视频管控应用用户，提供基本管理功能；高层面向公司决策人员，提供数据多维分析和挖掘功能。该系统能够充分利用网络和数据资源，提高监控和管理能力，并实现统一的管理和控制，为更高效地实现远程综合监控与分析提供了技术保障。文章着重研究了系统的架构设计。

关键词： 网络级联； 视频管控平台； 输电线路在线监测； 分布式

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2016）09-29-04

0 引言

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，针对设备现场的视频监控技术的发展和应用十分迅速。现在的综合视频在线监测平台已越来越多的将视频监控、环境数据、设备数据等多方面的数据纳入监控范围，这对监测平台提出了更高要求，不仅限于对设备和现场的监视和控制，还要求把现场信息和管理信息结合起来，建立一套全集成的、开放的、综合自动化的信息平台。输电线路视频在线监测技术可通过无线网络传输方式实现线路设备状况的远距离全天候监控，运行人员在监控中心就能观察到线路监控点的图像和实时视频，为可能的故障预处理提供依据，确保路线设备的安全运行。国网为此专门出台了《电网视频监控系统及接口》、《输电线路在线监测装置通用技术规范》等相关标准，以指导输电线路在线监测和视频监控的实施工作。

本文结合输电线路在线监测的业务功能需求，创新性的提出了一种新的级联视频管控平台模型，能面向不同层次的用户提供多粒度的服务。针对普通基层管理人员，提供视频监控功能和基本的数据分析功能；针对高层管理人员，提供多维数据分析和数据挖掘功能，辅助其进行决策。与其他视频管控平台不同之处在于，本平台级联的目的是宏观数据分析，而不是构造容量更大的普通视频监控平台。同时，针对输电线路设备分布较广且分散的实际情况，本系统提出了采用分布式管理的模式，实现了数据与设备共享，具有通信能力强，灵活性好，性价比高等特点。

1 在线监测视频管控平台概述

本文根据输电线路现存的问题，结合在线监测业务的功能需求，有针对性的提出了相应的改进方法，在体系设计层面、功能设置层面和技术应用层面均有所体现。本文提出的分布式架构能够实时的监控输电线路的运行状况，及时发现和处理输电线路的异常和事故，快速地传输和处理数据，并根据电网企业不同的用户群提供不同的数据管理功能。

1.1 视频管控平台的分布式架构部署

输电线路由于处于不同的环境中，易受外部环境，如地理和气候的影响，这是引起电网出现故障的主要原因之一。为了及时发现和了解设备故障，使用在线视频管控平台对输电路线设备进行全天候观察十分重要。由于输电线路设备数量多且分布范围广，视频管控平台所需记录和传输的数据量庞大。为了加快数据采集、传输和处理的速度，文中创新性地提出了一种分布式视频管控平台模型。系统采用两层部署，分别为基层主站和中心主站。基层主站部署在地市级分公司，链接所有摄像头，管理视频所采集的数据，对本地资源进行管理，向用户和中心主站传输数据。中心主站接收基层主站传送的数据，并对数据进行分析、处理，将数据的处理结果转化为图像、表格等简洁可视化的形式提供给电网企业相关用户供其参考决策。

1.2 视频管控平台的两层联级管控功能配置

针对电网企业不同的用户群，为方便各职人员获取和管理数据，将用户分为两大类，一是基层普通用户，二是高层决策用户。向普通用户提供基本的数据管理和查看功能，主要有通导设备维护、系统维护、通道视频查看、外破报警记录维护、事件维护等；而向高层决策用户提供数据的多维分析、关联挖掘、分类和聚类、数据统计等功能，主要有报表统计、外破规律挖掘、应用配置管理等。同时，专门设计了联级分析处理系统，为决策和管理人员提供了决策支持。联级分析处理系统可以根据分析人员的要求进行大数据的复杂查询处理，将数据的价值利用到最高，并以直观可视化的形式将结果提供给决策人员，方便他们掌握企业的经营状况，制定合理的方案及对策。

本文提出的在线监控视频管控平台利用了先进的视频技术、网络传输技术、数据挖掘技术和网络安全技术，实现了输电线路的全方位管控，提高了对输电线路的监测、分析、处理以及控制能力。一方面使得电网运行管理人员掌握大部分路线危险点的运行情况；另一方面为决策管理者提供实时有效的数据，这对预防突发事故、改善决策处理方案具有重要意义。

2 视频管控平台主站的体系设计

2.1 总体功能架构设计

系统采用分布式交构部署，根据实际需要采用两层部署[1]。主站分为基层主站和中心主站。基层主站部署在地市级分公司，连接该地市所有摄像头；而中心主站部署在总公司，它连接所有基层主站[2]。基层主站主要功能是对前端和本地所有资源进行管理，为用户提供服务以及为中心主站提供数据[3]；而中心主站则对数据进行分析和挖掘，并以可视化的形式提供给决策管理人员，图1是基层主站的总体架构图。

在基层主站中，主站分为适配层和服务层两个子层。适配层的数据收发接口可以向前端杆塔设备发送命令，也可以从前端接收数据[4]。数据解析与转换模块用于对收到的数据进行解析并转换成内部标准格式，转换后数据经由数据分发模块进行分发[5]。服务层包括属于中心服务的设备管理、系统管理、事件管理和统一服务管理以及存储和流媒体服务。主站为上层应用提供服务。

中心主站分层结构与基层主站类似，但其中所含模块不同。适配层进行数据接收和转发，后台服务包括应用服务、数据转换、装载服务、数据仓库引擎以及数据挖掘引擎。服务上层是应用层。

2.2 视频主站功能模块

2.2.1 基层主站功能说明

视频主站是网络级联监控系统中的核心部分。它与客户端、前端都有很多交互，来完成整个监控系统的任务[6]。基层主站从功能划分上由应用功能、服务功能和适配功能三部分组成。具体功能架构如图2所示。

适配功能用于使用各种接口和前端设备进行交互，包括对前端设备进行操作或从前端设备获取数据，另外还包括数据解析、转换和分发。和设备的交互具体包括设备注册、心跳侦测、前端资源上报、前端资源获取、报警信息主动问询、报警信息主动问询、报警信息被动接收、视频调阅、云镜控制等。

服务功能包括事件管理、系统管理、设备管理、统一服务管理、流媒体服务单元和存储服务单元等功能模块。

应用功能体现在客户端用户界面，用于实现业务浏览、视频查看与控制、报警管理、应用配置以及统计分析等功能[7]。

2.2.2 中心主站功能

中心主站主要偏向数据仓库管理，对积累的大量历史报警记录进行多维分析，如上卷、下钻等。功能划分有数据应用功能、服务功能和适配器功能，如图3所示。

数据应用功能体现在客户端用户界面，用于实现报表统计，外破规律挖掘，应用配置管理等功能。

中心服务功是连接客户端应用请求和数据仓库引擎的枢纽，将下级主站送来的报警记录转换成数据仓库数据模型要求的数据格式，转换后的数据装载/保存到数据仓库模型中，接着对数据仓库模型进行多维度分析，使用分类、聚类、关联关系挖掘等方法对数据进行处理。

适配器端口侦听下级主站，接收下级主站上传的报警信息，然后将数据转发给数据转换服务。各级用户人机界面向应用服务器发起链接请求，根据用户请求的内容和要求分发指令，对数据进行分析或对系统进行管理。

2.3 主站技术架构

2.3.1 基层主站技术架构

从技术架构来分，整个系统结构分为三个部分，即感知层、网络层和应用层，如图4所示。

感知层实时监控视频、现场告警图片、告警信息以及前端设备各类信息等，使用信息采集中间件技术协同处理，使用数据传输技术传送到后端中心主站服务器。

网络层主要使用运营商3G/4G APN技术对采集的数据进行封装传输，安全性和传输网络信号由运营商保证[8]。

应用层由两个部分组成，应用支撑层用来接收、处理各个应用的请求，应用服务器协同这些信号请求、流媒体服务器、存储服务器、管理服务器、转发服务器，完成各项功能。

采集的数据可应用于各种场合，如实时线路巡检、历史告警记录查询、归并于综合管控平台，结合其他系统监测数据进行大数据分析等等[9]。

2.3.2 中心主站技术架构

从技术架构来分，整个系统结构分为两个部分，即网络层和应用层。

系统网络层主要使用运营商4G移动通讯技术或光纤对采集的数据进行封装传输，无线传输时安全性和传输网络信号由运营商保证。

应用层由两个部分组成，应用支撑层用来接收、处理各个应用的请求，应用服务器协同这些信号请求，完成各项功能。而数据仓库服务器用于对下级主站来的数据进行转换、装载和多维数据分析。

2.4 主站OLAP模型架构

主站OLAP架构模型如图5所示，报警记录作为事实表，包括设施信息、报警类型、报警时间信息以及报警次数信息，分别对应设施维表，报警类型维表和报警时间维表等。设施维表中包括线路，杆塔名，电压等级等；位置维表包括的县区、地市和省信息；时间维表包括时间、年、季度、月、周中日、日等不同层次粒度的时间信息。

用户可以对报警数据在时间维、类型维、设施维、位置维等四个维度上进行上卷、下钻、切片和切块，从而从各个不同的角度和粒度对数据进行全方位分析，使数据的价值达到最大化。

3 结束语

本文提出了级联输电线路在线监测视频监控平台的技术架构和部署方案，使得监测人员能迅速发现输电线路的故障隐患，提高了巡检效率，保障输电路线安全。本系统的基层主站在锦苏线输电线路在线监测中得到应用和验证，中心主站也正在建设之中。应用表明，本系统适应性强，整个在线监测视频管控平台更具有适用性和鲁棒性，广泛适用于各种输电线路的视频在线监测场合。

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