青龍水電站工業電視系統配置方案

周冬梅，侯星宇

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概述

青龍水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣境內，是白水江干流(九寨溝縣段)水電規劃“一庫七級”開發方案中的第七級電站。首部樞紐距九寨溝縣縣城約11.5km，廠區距九寨溝縣縣城約28km，工程區內有甘肅文縣～九寨溝縣公路從河流右岸通過，在湯珠河口與九環線旅游公路相連，對外交通方便。電站采用引水式開發，開發任務主要為發電，兼顧九寨溝縣城市建設、景觀用水和下游環境生態用水。電站在電力系統中承擔基荷，具有日調節能力。

2 系統設計原則

先進性:采用現階段先進、適用的技術，在滿足現有需求的前提下，充分考慮視頻技術發展的趨勢，在硬件平臺上為系統升級預留相應的空間，從而能較長期保持先進并適應將來的技術發展。

可靠穩定性:系統能長期穩定運行，并具有足夠的抗干擾能力。

兼容性:在系統功能實現上支持目前主流的標準接口和通信協議、傳輸協議、網絡協議，可接入不同生產廠商不同類型的外圍設備，使得整個系統可以隨著技術的發展和進步進行功能的增加和擴展。

可擴展性:系統采用模塊化結構設計，擴容方便，無縫集成。

靈活性:系統結構簡單，功能配置靈活，能滿足不同業務部門的需要。

實用性:系統的前端設備和系統軟件應有良好的學習性和操作性，應使普通的管理人員通過簡單培訓即可掌握系統的操作要領，達到能完成值班任務的操作水平。

人性化和便利性:使用多功能、外向性的要求，全中文界面，講究操作和管理的便利性和舒適性，達到提高工作效率、節省人力及資源的目的。便于監控區域的信息收集、處理、儲存、傳輸、檢索。

應用成熟:系統所采用的產品均為經過一定時間市場考驗的成熟產品，在中國或國外已有成功的應用案例。

3 工業電視系統總體設計

3.1 系統方案

就目前來說，視頻監控系統有三種主要方式，即:純模擬方式(方案1)，模擬-數字混合模式(方案2)，純數字方式(方案3)。

3.2 方案介紹及其對比

3.2.1 方案1:純模擬方式

方案1中，前端設備采用模擬攝像機，視頻以模擬方式采用同軸電纜傳輸并通過基于電路交換的模擬視頻切換矩陣主機完成圖像的選擇并輸出到終端顯示設備和存儲設備。

該系統主要包括以下幾個部分:

前端設備:主要包括設置在現場的模擬攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、控制碼解碼器、控制碼分配器等設備。

監控中心設備:矩陣切換系統、監控中心管理服務器、圖像監控服務器等設備，布置在中控室。

3.2.2 方案2:模擬-數字混合模式

方案2中，前端設備采用模擬攝像機，視頻信號以模擬方式采用同軸電纜傳輸至數字化設備(如視頻服務器、編碼器、數字硬盤錄像機等)，實現壓縮、編碼等，轉換為適合以太網上傳輸的數字視頻信號;控制中心的管理服務器及圖像監控服務器可對前端設備進行操作以及數據的處理和管理，并可根據需要配置解碼和存貯設備。

該系統主要包括以下幾個部分:

前端設備:主要包括設置在現場的模擬攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、控制碼解碼器、視頻服務器(或完成類似功能的其他設備)等設備。

監控中心設備:監控中心管理服務器、圖像監控服務器、中心交換機等設備，布置在中控室。

3.2.3 方案3:純數字方式

方案3中，前端設備采用全網絡式攝像機，視頻從前端設備輸出即為數字信號，并以基于TCP/IP協議的以太網為傳輸媒介，實現視頻在網絡上的多路復用傳輸，并通過數字視頻矩陣控制實現整個系統的控制、調度、存貯、授權控制等功能。

該系統主要包括以下幾個部分:

前端設備:主要包括設置在現場的網絡攝像機、防護罩、區域交換機等設備。

監控中心設備:監控中心管理服務器、圖像監控服務器、主干交換機等設備，布置在中控室。

3.2.4 方案對比

方案1和方案2中的前端設備均采用模擬攝像機，兩者的區別在于:方案1采用模擬方式進行傳輸、存儲;方案2采用數字方式進行傳輸、存儲。

在現階段，采用模擬方式的技術成熟可靠，圖像質量好，成本較低，但是對網絡通道的要求較高，部分情況下布線困難，距離較遠時需要光纖路數較多且數據功能單一，不能滿足網絡傳播及資源共享等方面的要求，不能有效的實現遠程的集中監控且傳輸通道成本過大，故障點多，運行維護不便。

隨著寬帶技術的發展，尤其是以太網的發展，遠程集中監控的需要越來越多，規模也越來越大，數字方式傳輸能適應網絡傳播并滿足資源共享等方面的要求，屬于較新一代的技術平臺。

數字方式圖像由于已經數字化，抗干擾能力強，圖像質量好，便于存儲、檢索和共享等高級應用，因此較適合在公用網絡平臺上的授權用戶調用，并方便遠程調用及維護。在布線施工中，數字方式也相對便捷，抗干擾能力強，而且目前在采用新的壓縮方式和算法后，數字網絡視頻的質量大幅度提高，已經完全可以作到圖像質量滿足生產安全監視的要求，以及有高質量畫面要求的需要。

對比方案1、2，方案2更符合本工程實際，具備一定的先進性，能夠滿足有效地接入集中控制中心的需要。

而方案3，其視頻監控系統的結構采用全數字方式，為新一代的視頻監控系統，在先進性、實時性、擴展性、兼容性等方面都較以前的視頻監控系統有所提高，能夠更好地實現無人值班的管理模式。但方案3造價相對方案2過高，且在當時的水電站上運用的較少。

綜合以上分析，結合本項目實際，從系統建設成本、技術的先進性、運行管理、維護費用等方面考慮，本工程最終采用了模擬-數字混合模式的網絡視頻監控系統(方案2)。

3.3 壓縮方式的選擇

視頻壓縮編碼技術是視頻技術以及多媒體應用的核心，目前比較常見是ITU－T的H.261，H.263，H.264 和 ISO/IEC 的 MPEG1，MPEG2，MPEG4等。影響視頻流壓縮編碼性能的因素很多，包括壓縮效率以及編碼的冗余性和可靠性。不同的視頻壓縮方式均有各自不同的側重點，需要根據項目的不同需求進行合理的選擇。

MPEG4視頻壓縮算法相對于MPEG1/2在低比特率壓縮上具有顯著提高，在CIF(352×288)或者更高清晰度(768×576)情況下的視頻壓縮，無論從清晰度還是從存儲量上都比MPEG1具有更大的優勢，也更適合網絡傳輸。另外，MPEG4可以方便地動態調整幀率、比特率，以降低存儲量。

H.264是由ISO/IECMPEG和ITU－TVCEG兩大組織共同成立的聯合視頻工作組JVT(Joint VideoTeam)開發的，并在2003年5月正式發布。H.264創造性了多參考幀、多塊類型、整數變換、幀內預測等新的壓縮技術，使用了更精細的分像素運動矢量(1/4、1/8)和新一代的環路濾波器，使得壓縮性能大大提高，系統更加完善。

相比之下，MPEG4是目前市場上最流行、最成熟的技術，而H.264壓縮標準推出時間較晚，相關的產品還較少，其產品的成熟性還需進一步驗證，且采購和使用成本較高。

基于以上分析，本工程最終采用了MPEG4壓縮標準。