1 概述
　　圖像監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè),、郵電,、銀行等部門(mén)應(yīng)用較多,，在電力系統(tǒng)的應(yīng)用尚處于初期和推廣階段。該系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)攝得的圖像通過(guò)一定的通訊通道傳到監(jiān)視中心,，即可以清晰地看到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,。圖像監(jiān)控在電力系統(tǒng)中有以下功能和特點(diǎn)：
　　（1）適用于無(wú)人值班變電所,，監(jiān)視變電所的設(shè)備運(yùn)行和操作狀況,、發(fā)熱情況，解決防火,、防盜問(wèn)題,，并逐漸與操作人員現(xiàn)場(chǎng)操作的遠(yuǎn)方監(jiān)視相結(jié)合，必要時(shí)各監(jiān)控中心的圖像信息數(shù)據(jù)要上局計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，供網(wǎng)絡(luò)用戶察看,。
　　（2）由于變電所之間距離較遠(yuǎn),，通常幾十公里,，甚至上百公里，通訊是用光纖,、微波或電話線等方式進(jìn)行連接,，圖像信號(hào)傳到監(jiān)控中心必須經(jīng)過(guò)壓縮和解壓縮,，因此圖像質(zhì)量較之現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)稍有損失，必須選擇好的壓縮和解壓縮的方式以盡量減少圖像的損失,。
　?。?）變電所設(shè)備的圖像監(jiān)視以靜態(tài)物體為主，動(dòng)態(tài)物體為輔（如操作,、防盜等）,；監(jiān)視平時(shí)需登高或帶電位置的設(shè)備情況，如滲油,、發(fā)熱,、冒煙等狀況；電力大樓的各管理,、監(jiān)視用戶通過(guò)MIS網(wǎng)的終端進(jìn)行監(jiān)控,。
　　（4）要有撤防和布防功能,。當(dāng)變電所有人工作時(shí),，要撤防，以免誤報(bào)警,。當(dāng)變電所位于無(wú)人狀態(tài)時(shí),，要布防。
　?。?）控制功能的主要對(duì)象是云臺(tái)和鏡頭,，包括云臺(tái)的左右旋轉(zhuǎn)、上下俯仰,、鏡頭聚焦,、光圈調(diào)整和變焦變倍功能。對(duì)于多個(gè)云臺(tái)和鏡頭的控制,，一般采用諸如89C51,，8031等單片機(jī)加以選擇和控制。
2 電力系統(tǒng)圖像監(jiān)控的組成
　　無(wú)人值班變電所的圖像監(jiān)控主要由攝像機(jī),、云臺(tái),、編碼器、解碼器,、畫(huà)面分割器,、視頻監(jiān)視器等部分組成。另外,，還需與照明系統(tǒng)和防火,、防盜系統(tǒng)相結(jié)合，成為一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。
2.1 攝像機(jī)（包括云臺(tái)）
　　攝像機(jī)可分為：黑白,、彩色,、廣角、調(diào)焦,、一體化等多種,，適用于不同情況,，技術(shù)參數(shù)也各不相同,，黑白攝像機(jī)適用于光線不充足地區(qū)及夜間無(wú)法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，可選的分辨率通常高于彩色攝像機(jī),。彩色攝像機(jī)可以觀察設(shè)備的紅綠燈等情況,。一般在變電所采用彩色攝像機(jī)，經(jīng)費(fèi)緊張或攝像機(jī)數(shù)目較多時(shí),，在電容器室,、電纜層等地可采用黑白攝像機(jī)；門(mén)廳可采用廣角鏡頭的攝像機(jī),；控制室,、開(kāi)關(guān)室宜采用連帶鏡頭、自動(dòng)光圈的攝像機(jī),，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后能迅速自動(dòng)調(diào)整,，不會(huì)因支架的抖動(dòng)或人工因素造成調(diào)整困難；球型一體化攝像機(jī)是將攝像機(jī),、光學(xué)鏡頭,、全方位云臺(tái)、解碼驅(qū)動(dòng)器以及附屬的底座和防護(hù)罩,，集成在一個(gè)單元中,，可以嵌入天花板、吸頂安裝或支架安裝,，適用于室外和主控室墻壁距監(jiān)控屏較遠(yuǎn)的地區(qū),。室外攝像機(jī)還可內(nèi)置自動(dòng)溫感排風(fēng)和自動(dòng)防霜裝置，可進(jìn)行64點(diǎn)全方位預(yù)置,，隨時(shí)對(duì)2～3臺(tái)主變油位,、中性點(diǎn)閘刀、電容器以及圍墻外場(chǎng)景進(jìn)行監(jiān)視,，總體上降低成本,。
　　此外由于壓縮方式對(duì)圖像的限制，如果圖像傳遞后清晰度最高只能做到640×480,，則攝像機(jī)的只要選擇480線水平清晰度即可,，不必選擇太高清晰度，以免增加造價(jià),。
2.2 視頻監(jiān)視器
　　監(jiān)視器可分多種：工業(yè)監(jiān)視器,、電腦屏幕,、電視機(jī)、數(shù)十臺(tái)監(jiān)視器組成的電視墻等,，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇,。一般采用計(jì)算機(jī)作為監(jiān)視器的，易于操作和控制,，由于要顯示多畫(huà)面圖像,，宜采用17英寸以上的屏幕。采用電視機(jī)作為監(jiān)視器,，價(jià)格便宜,，但圖像線數(shù)較低，對(duì)圖像要求較低的場(chǎng)合比較適用,；工業(yè)監(jiān)視器清晰度較好,，但控制和調(diào)節(jié)參數(shù)的靈活度不如計(jì)算機(jī)，條件允許的情況下可以采用計(jì)算機(jī)和工業(yè)監(jiān)視器并用的方式,。
2.3 畫(huà)面分割器
　　使用畫(huà)面分割器能同時(shí)顯現(xiàn)前端多個(gè)攝像機(jī)輸出的畫(huà)面,。它分為固定式的四畫(huà)面分割器和4個(gè)以上的多畫(huà)面分割器。在監(jiān)控室用計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)視時(shí),，易采用4畫(huà)面分割設(shè)備,，既使每個(gè)畫(huà)面比較清晰，容易觀察,，又可以觀看多個(gè)圖像,；4個(gè)以上的畫(huà)面比較小，且設(shè)備的價(jià)格比較高,。
2.4 編解碼設(shè)備及相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)
　　 遠(yuǎn)程的圖像傳輸涉及到圖像的壓縮和解壓縮,，一般編碼器放置在變電所的控制室內(nèi)，將現(xiàn)場(chǎng)的圖像數(shù)據(jù)壓縮為數(shù)字信號(hào),，傳送到監(jiān)控中心,，解碼器放置在監(jiān)控中心，解開(kāi)壓縮的數(shù)據(jù),。編碼器和解碼器是互相對(duì)應(yīng)的,。有一對(duì)一的配置方式，也有一對(duì)多的配置方式,?；谥鳈C(jī)的視頻圖像壓縮技術(shù)有面向硬件的和面向軟件的（如Intel的In－deo）兩大類(lèi)。面向硬件的是基于DCT變換（離散余弦變換）等,，有如下三種不同的算法 ：
　?。?）視頻圖像壓縮算法DVI（數(shù)字視頻交互），壓縮后圖像數(shù)據(jù)率為1．5 Mbps。
　?。?）用于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）通信中的H．261算法,。
　　（3）用于動(dòng)態(tài)圖像壓縮的MPEG標(biāo)準(zhǔn),，目前有MPEG1,，MPEG2，MPEG4三種算法,。其中MPEG1的圖像質(zhì)量與家用電視系統(tǒng)相近,，壓縮后的數(shù)據(jù)率為1 Mbps～2 Mbps，亮度信號(hào)的分辨率為360×240,，色度信號(hào)的分辨率為180×120,，每秒30幀。MPEG2算法的原始目標(biāo)是對(duì)每秒30幀的720×572分辨率的視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮,，壓縮后的數(shù)據(jù)傳輸速率為5 Mbps～10 Mbps。
　　目前應(yīng)用較多的為H．261,，MPEG1和MPEG2三種方式,，由于變電所的圖像是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相結(jié)合，以靜態(tài)為主,，因此三種方式都適合,，當(dāng)然，高倍率的數(shù)據(jù)壓縮是以損失原始數(shù)據(jù)信息量為代價(jià)的,，會(huì)影響到傳輸圖像的質(zhì)量,。
3 圖像監(jiān)控系統(tǒng)方案的比較
3.1 監(jiān)控與通訊
　　（1）監(jiān)控方式
　　1）由調(diào)度或監(jiān)控中心（在局大樓內(nèi)）統(tǒng)一監(jiān)視,、控制,，適用于變電所數(shù)量不多，分布較集中的電力局 ,。
　　2）由若干監(jiān)控中心分別監(jiān)控變電所,，再將圖像上傳到局大樓的方式，三級(jí)結(jié)構(gòu),，適用于變電所數(shù)量較多,，分布較廣的地區(qū)。
　　3）監(jiān)控中心與MIS網(wǎng)終端應(yīng)有一定的優(yōu)先級(jí),，一般來(lái)說(shuō),，監(jiān)控中心優(yōu)先控制和操作，MIS終端只能監(jiān)視和切換畫(huà)面,，兩者不能有沖突．
　?。?）通訊與傳輸方式
　　圖像視頻信號(hào)的傳輸途徑有多種：一點(diǎn)多址小微波、音頻電纜擴(kuò)頻通訊傳輸、光纖2 M數(shù)據(jù)口傳輸,、電話電纜傳輸?shù)确绞?。從?shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，光纖傳輸效果最好,。用電話線傳輸圖像容易產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象,，不利于觀察防火、防盜現(xiàn)象,，但觀察靜態(tài)事物,，尚可應(yīng)用。
　　圖像監(jiān)控系統(tǒng)的分布與通訊通道的布置有關(guān),，有以下幾種方式：變電所與監(jiān)控中心有直接的通訊連接,；變電所與局大樓有直接的光纖連接，監(jiān)控中心再與局大樓有通訊連接,，兩種情況考慮的方案應(yīng)有所不同,。
　　信息傳輸通常采用TCP／IP和網(wǎng)絡(luò)組波（Multicast）的技術(shù)，最大限度利用了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬,，避免網(wǎng)絡(luò)的擁塞．
3.2 信息壓縮形式
　?。?）硬件壓縮、軟件解壓的方式
　　用一個(gè)軟件就能解決所有的解壓縮問(wèn)題,，且升級(jí)換代容易,，降低了成本，MIS網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)只要安裝相應(yīng)的軟件并授權(quán),，就可以成為一臺(tái)功能齊全的監(jiān)控主機(jī),，但穩(wěn)定性較硬件為差，同一監(jiān)控中心的變電所之間兼容性差,。
　?。?）硬件壓縮、硬件解壓的方式
　　穩(wěn)定性好,，若采用一對(duì)多解碼器,，成本較低，但兼容性差,；若采用一對(duì)一編解碼器,，只要總體設(shè)計(jì)原理相同，不受產(chǎn)品限制,，但主站的控制軟件也不具備兼容性,，且監(jiān)控中心的解碼設(shè)備數(shù)量繁多，若監(jiān)控中心的通訊通過(guò)調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā),，則電力大樓的硬件設(shè)備也很多,，且需要兩套編解碼設(shè)備,，上網(wǎng)需要兩次壓縮解壓縮 。
3.3 控制界面操作
　　主站軟件在控制云臺(tái)方面的操作有兩種方式：
　?。?）界面提供專業(yè)控制面板,，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的方向進(jìn)行控制。
　?。?）直接在圖形界面上引導(dǎo)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向,，鼠標(biāo)指針向哪個(gè)方向滑動(dòng)云臺(tái)就朝相應(yīng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　后種方式對(duì)于監(jiān)控人員來(lái)說(shuō),，非常方便,，易于操作。
　　可以在電子地圖上直接用鼠標(biāo)雙擊獲得遠(yuǎn)程終端的圖像和對(duì)應(yīng)攝像機(jī)切換和控制權(quán),。地圖可完全模擬相應(yīng)變電所環(huán)境,，方便操作人員尋找攝像機(jī)和快速切換。
3.4 發(fā)熱報(bào)警裝置
　　變電所設(shè)備發(fā)熱也是比較常見(jiàn)的問(wèn)題,，時(shí)間一長(zhǎng),，容易造成事故?？梢圆捎脙煞N方法監(jiān)視無(wú)人值班變電所的發(fā)熱狀況：
　?。?）用紅外攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)視報(bào)警，成本較高,。 　
　
　　（2）用金屬片發(fā)熱變色,，攝像機(jī)自動(dòng)巡回檢測(cè)后自動(dòng)報(bào)警,，比常規(guī)的紅外測(cè)溫儀要方便很多。金屬片一般裝設(shè)在開(kāi)關(guān)或變壓器的端頭位置,。
3.5 無(wú)線攝像機(jī)和無(wú)線對(duì)講設(shè)備
　　采用無(wú)線攝像機(jī)和無(wú)線對(duì)講設(shè)備,，當(dāng)變電所有人巡視或操作時(shí)，隨身攜帶以便于遠(yuǎn)方監(jiān)視,，防止走錯(cuò)間隔或誤操作,。為今后變電所單人操作監(jiān)視的運(yùn)行方式做好技術(shù)準(zhǔn)備。
　　無(wú)線攝像機(jī)體積小,，且通常鏡頭和發(fā)射天線均包含在其中,，發(fā)射功率小，傳送距離較近,，大多在100 m之內(nèi)能接收,。因此無(wú)線接收接口必須配置在適當(dāng)?shù)奈恢茫ㄒ话阍谥骺厥遥员ＷC信號(hào)的暢通,。
　　無(wú)線攝像機(jī)可以做成帽式或手提式,。由實(shí)踐得知,，帽式在頭上運(yùn)行人員走動(dòng)時(shí)經(jīng)常發(fā)生抖動(dòng)，難以迅速聚焦,，而手提式結(jié)構(gòu)可視角度大,，輕巧便利，比較切合單人操作攝像,。
3.6 其他設(shè)備
　?。?）升降車(chē)。室外一體化攝像機(jī)由于架設(shè)位置比較高,，天長(zhǎng)日久玻璃面罩積灰,，攝像質(zhì)量嚴(yán)重下降，定期安排清掃又受到安全距離影響,，因此可設(shè)計(jì)為升降機(jī)結(jié)構(gòu),，只在第一次安裝調(diào)試時(shí)需要停電，以后的維護(hù)極為方便,。
　?。?）滑軌。開(kāi)關(guān)室的結(jié)構(gòu)一般成行排列,，只設(shè)一個(gè)或少量的攝像頭無(wú)法看清每個(gè)開(kāi)關(guān)柜的狀況,，無(wú)法對(duì)運(yùn)行提供依據(jù)。設(shè)多個(gè)攝像機(jī)既增加成本,，也存在死角,。因此設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)步進(jìn)馬達(dá)式的電動(dòng)滑軌裝置，操作人員在遠(yuǎn)方就能控制攝像機(jī)前后左右移動(dòng),，靈活方便,，又降低造價(jià)。 　　
　?。?）組合電纜,。電力系統(tǒng)對(duì)電纜有特殊要求：阻燃、防火,、防小動(dòng)物,，目前市場(chǎng)上還無(wú)鎧裝的視頻電纜，因此可以設(shè)計(jì)將控制電纜,、視頻電纜,、電源電纜三合一，制成鎧裝阻燃電纜,，既對(duì)高壓電磁場(chǎng)起到良好的屏蔽作用,，又方便安裝和施工。
4 其他輔助系統(tǒng)的接入
4.1 防火,、防盜裝置
　　在沒(méi)有考慮變電所圖像監(jiān)控時(shí),，防火,、防盜裝置也是作為無(wú)人值班變電所的必要條件提出的，它結(jié)合綜合自動(dòng)化輸出兩個(gè)綜合信號(hào),，存在的缺陷是經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào),，由于綜合信號(hào)無(wú)法得知什么區(qū)域發(fā)生火警和盜警 ，工作人員趕到現(xiàn)場(chǎng),，可能為時(shí)已晚,。
　　如果能將防火、防盜結(jié)合圖像監(jiān)控系統(tǒng),，就可以解決上述問(wèn)題,。采用警情聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí),，立即啟動(dòng)攝像機(jī),，可以得知是哪個(gè)區(qū)域發(fā)生報(bào)警，是否誤報(bào),，重要情況還可啟動(dòng)自動(dòng)錄像裝置,，為事故分析提供條件。
　　目前絕大多數(shù)廠家生產(chǎn)的火災(zāi),、防盜報(bào)警控制器不具備報(bào)警規(guī)約的輸出功能,，或只有一個(gè)開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)輸入，因此防火,、防盜設(shè)備與圖像監(jiān)控的結(jié)合需要合作開(kāi)發(fā),，且火災(zāi)報(bào)警控制器要經(jīng)中國(guó)消防產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，控制器可采用RS232標(biāo)準(zhǔn)接口與上位機(jī)通訊,。
　　與防火,、防盜設(shè)備相連，探測(cè)報(bào)警信號(hào)源有以下幾種：煙感探測(cè)器,、熱感紅外線控測(cè)器、微波物體移動(dòng)感知器,、開(kāi)關(guān),、玻璃破碎感知器等等。一般無(wú)人值班變電所大多采用前三種探測(cè)器,。若經(jīng)濟(jì)條件較好,，可采用多種探測(cè)器相結(jié)合的方式。為減少單一探測(cè)原理裝置易產(chǎn)生的誤報(bào),，可以將紅外,、微波、超身等探測(cè)方法組合成雙鑒式,，即基于兩種原理的復(fù)合式報(bào)警器,。
4.2 變電所照明系統(tǒng)
　　圖像監(jiān)控裝置啟動(dòng)變電所照明有兩種方案：
　?。?）攝像機(jī)上安裝射燈，可以隨著攝像機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),，遠(yuǎn)方控制,，靈活性高，但亮度范圍有所限制,。
　?。?）啟動(dòng)變電所的照明電源，當(dāng)有警情或遠(yuǎn)方控制時(shí),，可以開(kāi)啟變電所相應(yīng)位置的燈光,，亮度范圍廣、效果好,。
4.3 長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)
　　監(jiān)控中心在采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控時(shí),，可用計(jì)算機(jī)硬盤(pán)錄像，必要時(shí)采用雙硬盤(pán)備份,，但硬盤(pán)錄像時(shí)往往計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度就很慢,，不能同時(shí)調(diào)用圖像或控制。但很多情況下可以在監(jiān)控中心外接長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)進(jìn)行錄像 ,。24 h的長(zhǎng)延時(shí)錄像機(jī)比較理想,，每日只需更換一盤(pán)錄像帶。 訊協(xié)議對(duì)于子站的技術(shù),、通訊接入以及MIS的聯(lián)網(wǎng)都大有影響,，因此一旦主站方案選定后，再采用另一家廠家的產(chǎn)品,，很難兼容和接入,，對(duì)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量也很有影響。如果有多個(gè)監(jiān)控中心,，雖然不同主站各自可以采用不同的系統(tǒng),，但是如果要聯(lián)入MIS網(wǎng)，又將會(huì)互相沖突,。因此在考慮安裝圖像監(jiān)控系統(tǒng)時(shí),，一定要有一個(gè)總體的方案。一般變電所內(nèi)需要監(jiān)視的位置有：
　?。?）主變：油位,，中性點(diǎn)接地閘刀，端頭的發(fā)熱情況,。
　?。?）開(kāi)關(guān)室：監(jiān)視開(kāi)關(guān)室的人員出入及開(kāi)關(guān)操作的正確性，及面板上的微機(jī)保護(hù)或自動(dòng)化裝置的面板,。 來(lái)源:輸配電設(shè)備網(wǎng)
　?。?）門(mén)廳：監(jiān)視進(jìn)出的人員,。
　　（4）電容器室：防盜,、防火監(jiān)視,。
　　（5）主控室：監(jiān)視設(shè)備,、直流系統(tǒng),、自動(dòng)化裝置等設(shè)備的讀數(shù)，計(jì)算機(jī)等設(shè)備的防盜,，運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)情況等,。
　　（6）電纜層：防火,。
　　應(yīng)召集各有關(guān)單位的人員進(jìn)行討論,，特別是運(yùn)行人員對(duì)攝像頭的布置，通訊人員對(duì)通訊的接入和設(shè)備調(diào)試,，計(jì)算機(jī)人員對(duì)于MIS網(wǎng)的接入和設(shè)置,，保衛(wèi)人員結(jié)合防火、防盜等都要有一個(gè)綜合的考慮,，新建的變電所應(yīng)在投產(chǎn)之前進(jìn)行布線和設(shè)備安裝等需要停電的工作,，改造的變電所要結(jié)合檢修一起施工。在施工中應(yīng)注意：
　?。?）圖像監(jiān)控系統(tǒng)的施工安全問(wèn)題相當(dāng)重要,，既要考慮安裝時(shí)的安全間距，又要考慮維護(hù)的方便性,。
　?。?）攝像頭的數(shù)量和位置要預(yù)先定好，停電后統(tǒng)一安裝,、布線和調(diào)試,。
　　（3）變電所內(nèi)具有強(qiáng)電場(chǎng),，磁場(chǎng)容易對(duì)圖像數(shù)據(jù)等信號(hào)產(chǎn)生影響,，因此對(duì)視頻線應(yīng)采用鋁帶屏蔽，對(duì)控制信號(hào)線包括RS485的傳輸采用良好的接地和隔離保護(hù)措施,，以起到抗干擾和過(guò)電壓保護(hù)作用，對(duì)變電所主機(jī),、攝像機(jī),、云臺(tái)、控制器等外殼做好接地保護(hù),。