南欧江水电站集控视频监控系统的设计和建设

唐立原 孙华

摘  要：本文介绍了老挝南欧江发电公司梯级水电站集控中心视频监控系统的建设情况，从用户需求、整体设计思路和建设方案对项目进行了详细介绍，涉及到了大容量光纤通道、多站点视频监控系统，模拟数字融合等较新的技术，项目已经接入4个已建成电站和一个流域集控中心，未来还有完工的电站项目陆续接入。目前整个视频监控系统运行良好，成为提高梯级电站运行管理水平的重要手段。

关键词：水电站集控  视频监控  光纤网络  大屏幕  高效管理  数字摄像机  系统联动

中图分类号：TM62                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2021）02（b）-0033-04

The Design and Construction of Video Monitoring for Nam Ou River Hydropower Stations

TANG Liyun  SUN Hua

（Kunming Engineering Co.， Ltd.， Power Construction Corporation of China， Kunming， Yunnan Province， 650051 China）

Abstract： This paper introduces the construction of the video monitoring system in Nam Ou river centralized control center， and introduces the whole project from the perspective of user demand， design idea and construction scheme， involves large capacity optical fiber channel， multiple fusion and other high and new technology， The video monitoring system project has access to the four power stations completed， the system runs well and become the important means of efficient management of the hydropower stations.

Key Words： Centralized control of hydropower station; Video surveillance; Optical fiber network; Large screen; Efficient management; Digital camera; System linkage

1  项目概述

南欧江是湄公河在老挝境内的最大支流，发源于中国云南省江城县与老挝丰沙里省接壤的边境山脉一带。南欧江梯级电站集控中心建在老挝琅勃拉邦省，负责管理南欧江上的七个梯级电站。整体建设遵循“远方监视、实时掌控、优化调度、应急指挥”的方针。

2  用户需求

随着南欧江梯级电站的不断建成，对流域发电公司的运营水平和管理手段提出了更高的要求。为了实现对下属电站的“少人值守、集中管理”，需要建立一个现代化管理平台，帮助中心调度值班人员对下属电站进行直观的管理和操控。一套连接集控和各电站的视频监控平台正是在这种需求下孕育而生。

3  建设的目标

现阶段南欧江各流域电站都独立运行，缺少统一的管理协调，流域发电公司计划逐步对公司下属所有电站实行“无人值班”（少人值守）要求以实现集控运行，即在集控中心的调度值班人员可以直接对电站主要设备进行监视、可进行机组负荷调整、开停机等操作，并且可以很直观地看到现场画面，观察操作结果。

视频监控系统运行所需要占用大量的数据带宽资源，为保证传输通畅，集控视频监控系统将运行在公司自建的2.5Gb/s高速光纤传输网上。系统将各电站现场的实时高清画面通过光纤网远距离传输到琅勃拉邦的集控中心，集控中心的运行值班人员可通过本地的视频监控工作站全天候观察和记录各电站现场生产运行画面，及时下达指令[1]。

4  建设方案

集控视频监控系统由各电站本地视频监控子系统和集控现地视频监控系统组成，中间通过2.5Gb/s高速光纤通信网连接组网。电站视频监控系统采用英国安讯士全数字视频系统，由双核心交换机组成基本网络，两台网络视频服务器N16-Z MK2（硬盘录像机）负责视频网络的视频功能，一台双27寸屏视频工作站和操作键盘组成人机接口。路由器AR220负责与外网的连接，由网线或光纤收发器将40多台POE供电的P5635-E前端摄像头接入核心交换网络。

各电站都配备了32×4TB的存储硬盘，高清视频数据都在本地保存。而对于非常重要的数据，例如由其他联动系统报警产生的即时视频录像不仅需要本地保存，还要上传至集控中心进行保存，记录时间不少于60d，其他视频数据集控可根据需要通过集控流媒体服务器进行远程调用[2]。

在集控中心的视频监控系统，需要显示各个电站的高清视频信号，设计每个电站可同时传输4路实时高清视频信号至集控中心，这4路可在电站本地的40多个摄像机内任意选择，无选择时，常设传输电站上游库区、下游尾水、发电机厅和中控室的实时图像。电站视频信号经光纤网送至集控。這些视频信号可与计算机监控在大屏幕上轮换显示[3]。

集控中心的视频管理服务器可连接前端电站的DVR、摄像机、任意选择监控点的音视频流进行实时监视、录像、录像回放[4]。

集控视频监控平台采用的是国内知名品牌大华科技生产的大华EVS5016S系列视频监控系统，设备主要有集控视频管理服务器、视频存储服务器EVS5016S、流媒体服务器DSS4004-S2（含网关）、集控核心视频交换机S5720-36C-EI、视频工作站及本地摄像机SD6CE230U-HNI等。见图1。

在系统设计中，充分考虑了开放性、扩展性，实现各子系统的管理和信息最大程度的共享，便于今后系统的扩充及增容等，预留未来的功能拓展。

5  视频监控系统的主要功能

集控中心视频监控系统为综合视频监控管理平台，采用WINDOWS操作系统安全等级要求高。最基本的功能是将南欧江1-7级水电站的机组、水位、油位、电气设备等远程运行情况的实时图像、报警信息传输到集控中心。以便值班人员可以实时、清晰、地了解监控区域的情况。

因此视频监控系统应实现以下功能：

集控中心视频监控系统能够满足各下属流域水电站的本地监控系统的接入。

系统具有各类报警器的输入接口，便于各类安防、生产等设备的开关量接入，能够控制现场的灯光、警笛的设备。

集控能对下属电站所挑选的监控点进行24h不间断录像。

在中心可以多电站或单电站画面轮循显示和多画面同屏显示。

系统稳定、可靠，能够长时间在无人环境下正常工作，具有防死机、断电来电后自动启动等功能。

在控制中心、基地领导的办公室和其他职能部门可设置分控点，通过在联网实现全部监控功能。

具有前端视频设备管理、多硬盘管理、大容量视频存储、电子地图、视频监视和回放等多方面功能。

可支持多个摄像机的多角度实时视频（简称多角度视频）;

可根据风、水、光等电站告警状态直接查看相关视频;

多台监控工作站及 Web 用户可同时共享任一电站场所图像， 但由最高级别的用户控制;

具备视频自动巡视功能，对系统的监控点进行视频巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，轮巡间隔时间可设置，完成轮巡任务的摄像机可自动复位;

集控可对全网任意视频进行手动录像，对任一帧实时视频以 JPEG、JPG 或BMP 的图片进行抓拍和存放;

具备地图导航功能：可多级电子地图显示报警，显示监控点位置。

实时图像监视，彩色图像以不少于4通道、每通道以每秒25帧的速率实时传送和播放。视频图像大小随意可调。

远程控制电站现地视频监控设备，包括摄像机、云台等的控制;

对远端摄像机视角、方位、焦距、光圈、景深进行调整及控制;

可在视频画面上利用鼠标拖拽监控视频的方式控制摄像机的监控方位、视角，实现快速拉近、推远、定焦某个景物;

对于有预置位的摄像机，能直接进行预置和操作，可设置和查询摄像机的预置位;

对摄像机的控制操作完成后，释放控制权限的时间可设定;

控制按照用户优先级划分，优先级高的用户可无条件获得低优先级用户的控制权，同级别用户根据时间优先的原则获得控制权;

可对站端处理设备远程控制，实现站端处理设备的远程升级、重新启动、参数配置等功能;

可远程设置录像规则，实现站端系统的手动录像、定时录像、告警触发录像、画面异动检测录像等;

以人机界面方式统一管理本地和各电站场所的历史视频和图片，可按告警事件、时间段、摄像机、存储位置等组合条件检索;可从站端系统上传任意一段历史录像，删除本地和各站端系统的历史视频。

远程回放站端系统的任一摄像机的历史视频（时间可选）、告警录像和本地录像;回放方式有逐帧、慢放、常速、快速、进度条拖放等方式，

平台的软、硬件设备及通信状态异常告警均在告警窗实时显示，显示内容包括日期时间、设备名称、异常状态描述等。

对具有电子脉冲周界告警的站点可实现告警信息的实时展现。

报警可根据需要进行分级，报警信号、报警内容可在任何画面自动显示。当发生报警时，监控主机硬盘或相应录像装置能自动进行存盘录像，同时传送报警信息和相关图像。

平台应具备处理多事件多点报警的能力，多点报警时采用覆盖方式，报警信息不得丢失和误报。

应具有完善的用户管理，系统网络管理，系统设备管理，数据库管理，权限管理，日志管理，安全管理，统计报表管理，接入大屏管理，与调度自动化系统联动，与火灾联动等功能[5-6]。

6  视频监控系统的主要性能指标

系统平均无故障时间：大于60000h。

系统处理能力支持千兆网络吞吐量，最小32码流路数的分发。

并发请求处理能力根据实际业务量的需求，满足每秒100～1000 个请求。

在保证网络带宽的情况下，平台信令的响应时间小于0.5s，视频的响应时间小于2 s。

平台的配置和数据库应具有自动备份和恢复能力。

系统应具有电信级的可靠性，可靠性指标达到99.999%。

视频信号制式应采用符合国家标准的视频制式（PAL），视频编解码采用Mpeg-4和H.264标准。

年可用率≥99.99%;

运行寿命>10年。

设备MTBF>20000h;

99%以上实时视频画面调出响应时间≤2s;

视频控制切换响应时间≤1s;

监控视频显示与实际事件发生时间差≤2s;

冗余热备用设备（一般指服务器）之间在自动和手动方式下均应实现无扰動切换，热备用服务器接替值班服务器的切换时间<1s;

系统从断电后重启至恢复正常运行的黑启动时间<10min。

7  主要设备性能指标

7.1 视频管理服务器

主处理器：64位 四核处理器;

双电源冗余配置，电源/风扇/存储盘：支持热插拔;

内存：≥8GB;

显示设备接口：≥2个高清视频输出接口;

网络：≥2个千兆以太网口，支持多网段及内外网接入;

工作环境温度：0℃～40℃

7.2 图像存储服务器

接入性能：≥128路IPC接入，≥384Mbit/s;

双电源冗余配置，电源/风扇/存储盘：支持热插拔;

存储：单硬盘容量支持最大支持8TB，支持RAID0、1、5、10等;

接口：≥4个千兆以太网接口，≥1个VGA接口，≥2个HDMI接口，≥4个报警输出接口，≥1个电源输入接口;

工作温度：0℃至40℃。

7.3 核心交换机

≥2个主控引擎模块，满足1+1冗余;

≥6个业务槽位，单板支持热插拔;

电源、风扇模块支持1+1冗余备份;

交换容量≧25Tbit/s，包转发速率≧9600MPPS;

支持基于端口、协议、子网和MAC的VLAN划分;

工作环境：温度范围：-10℃～50℃。

7.4 数字摄像机

图像传感器：具有≥200W像素，≥1/2.8CMOS传感器;

分辨率：视频输出支持1920×1080，分辨力不小于1100TVL;

照度：最低照度彩色≤0.005Lux，黑白≤0.0005Lux，0Lux（红外灯开启）;

光学变倍：≥26倍;

信噪比：≥55dB;

接口：≥1个RJ-45网络接口，≥1个10M/100M 单纤接口，≥2个报警输入接口，≥1个报警输出接口，≥1路音频输出接口;

防护等级：IP67。

8  结语

南欧江流域集控中心视频监控系统已接入4个流域水电站， 监控区域包括电站大坝、闸门、主副厂房等， 投运至今运行情况良好， 能够满足集控运行人员对电站机电设备运行监视、机组负荷调整、开停机、开关操作等视频监控的需求，随着视频技术的发展， 电站视频监控系统的重要性与日俱增，视频监控系统在本项目的应用， 为生产管理提供了有效的信息支撑， 也为安全生产提供了坚强的技术保障。

参考文献

[1] 郑定超，陈彩微.智能视频監控系统设计[J].自动化技术与应用，2020，39（3）：91-93.

[2] 张国恒，杨永恩，解书钢.水泥工厂视频监控智能预警平台研究及规划[J].水泥工程，2019（5）：71-73.

[3] 侯泽振. 基于HI3518E的网络视频监控系统的设计[D].淮南：安徽理工大学，2019.

[4] 吕慷. 智能视频监控中检测跟踪识别的算法研究[D].大连：大连交通大学，2019.

[5] Stephanie A. Prince，Alexandria Melvin，Karen C. Roberts，Gregory P. Butler，Wendy Thompson. Sedentary behaviour surveillance in Canada： trends， challenges and lessons learned[J]. International Journal of Behavioral Nutrition and Physical Activity，2020，17（5）.

[6] Glemarec Gildas，Kindt Larsen Lotte，Lundgaard Louise Scherffenberg，Larsen Finn. Assessing seabird bycatch in gillnet fisheries using electronic monitoring[J]. Biological Conservation，2019，243.