分布式輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)視頻管控平臺(tái)架構(gòu)研究

程偉華++袁杰++潘留興

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

摘 要： 結(jié)合輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)功能需求，提出了一種新的基于網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)的分布式視頻管控平臺(tái)模型，創(chuàng)新性的引入兩層級(jí)聯(lián)管控體系。低層面向普通視頻管控應(yīng)用用戶(hù)，提供基本管理功能；高層面向公司決策人員，提供數(shù)據(jù)多維分析和挖掘功能。該系統(tǒng)能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)資源，提高監(jiān)控和管理能力，并實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理和控制，為更高效地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程綜合監(jiān)控與分析提供了技術(shù)保障。文章著重研究了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)； 視頻管控平臺(tái)； 輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)； 分布式

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2016）09-29-04

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，針對(duì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用十分迅速。現(xiàn)在的綜合視頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)已越來(lái)越多的將視頻監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等多方面的數(shù)據(jù)納入監(jiān)控范圍，這對(duì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)提出了更高要求，不僅限于對(duì)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)視和控制，還要求把現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息結(jié)合起來(lái)，建立一套全集成的、開(kāi)放的、綜合自動(dòng)化的信息平臺(tái)。輸電線(xiàn)路視頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)可通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路設(shè)備狀況的遠(yuǎn)距離全天候監(jiān)控，運(yùn)行人員在監(jiān)控中心就能觀察到線(xiàn)路監(jiān)控點(diǎn)的圖像和實(shí)時(shí)視頻，為可能的故障預(yù)處理提供依據(jù)，確保路線(xiàn)設(shè)備的安全運(yùn)行。國(guó)網(wǎng)為此專(zhuān)門(mén)出臺(tái)了《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》、《輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置通用技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和視頻監(jiān)控的實(shí)施工作。

本文結(jié)合輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)功能需求，創(chuàng)新性的提出了一種新的級(jí)聯(lián)視頻管控平臺(tái)模型，能面向不同層次的用戶(hù)提供多粒度的服務(wù)。針對(duì)普通基層管理人員，提供視頻監(jiān)控功能和基本的數(shù)據(jù)分析功能；針對(duì)高層管理人員，提供多維數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘功能，輔助其進(jìn)行決策。與其他視頻管控平臺(tái)不同之處在于，本平臺(tái)級(jí)聯(lián)的目的是宏觀數(shù)據(jù)分析，而不是構(gòu)造容量更大的普通視頻監(jiān)控平臺(tái)。同時(shí)，針對(duì)輸電線(xiàn)路設(shè)備分布較廣且分散的實(shí)際情況，本系統(tǒng)提出了采用分布式管理的模式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)與設(shè)備共享，具有通信能力強(qiáng)，靈活性好，性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。

1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)視頻管控平臺(tái)概述

本文根據(jù)輸電線(xiàn)路現(xiàn)存的問(wèn)題，結(jié)合在線(xiàn)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的功能需求，有針對(duì)性的提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，在體系設(shè)計(jì)層面、功能設(shè)置層面和技術(shù)應(yīng)用層面均有所體現(xiàn)。本文提出的分布式架構(gòu)能夠?qū)崟r(shí)的監(jiān)控輸電線(xiàn)路的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理輸電線(xiàn)路的異常和事故，快速地傳輸和處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)電網(wǎng)企業(yè)不同的用戶(hù)群提供不同的數(shù)據(jù)管理功能。

1.1 視頻管控平臺(tái)的分布式架構(gòu)部署

輸電線(xiàn)路由于處于不同的環(huán)境中，易受外部環(huán)境，如地理和氣候的影響，這是引起電網(wǎng)出現(xiàn)故障的主要原因之一。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和了解設(shè)備故障，使用在線(xiàn)視頻管控平臺(tái)對(duì)輸電路線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行全天候觀察十分重要。由于輸電線(xiàn)路設(shè)備數(shù)量多且分布范圍廣，視頻管控平臺(tái)所需記錄和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量龐大。為了加快數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的速度，文中創(chuàng)新性地提出了一種分布式視頻管控平臺(tái)模型。系統(tǒng)采用兩層部署，分別為基層主站和中心主站。基層主站部署在地市級(jí)分公司，鏈接所有攝像頭，管理視頻所采集的數(shù)據(jù)，對(duì)本地資源進(jìn)行管理，向用戶(hù)和中心主站傳輸數(shù)據(jù)。中心主站接收基層主站傳送的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果轉(zhuǎn)化為圖像、表格等簡(jiǎn)潔可視化的形式提供給電網(wǎng)企業(yè)相關(guān)用戶(hù)供其參考決策。

1.2 視頻管控平臺(tái)的兩層聯(lián)級(jí)管控功能配置

針對(duì)電網(wǎng)企業(yè)不同的用戶(hù)群，為方便各職人員獲取和管理數(shù)據(jù)，將用戶(hù)分為兩大類(lèi)，一是基層普通用戶(hù)，二是高層決策用戶(hù)。向普通用戶(hù)提供基本的數(shù)據(jù)管理和查看功能，主要有通導(dǎo)設(shè)備維護(hù)、系統(tǒng)維護(hù)、通道視頻查看、外破報(bào)警記錄維護(hù)、事件維護(hù)等；而向高層決策用戶(hù)提供數(shù)據(jù)的多維分析、關(guān)聯(lián)挖掘、分類(lèi)和聚類(lèi)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，主要有報(bào)表統(tǒng)計(jì)、外破規(guī)律挖掘、應(yīng)用配置管理等。同時(shí)，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了聯(lián)級(jí)分析處理系統(tǒng)，為決策和管理人員提供了決策支持。聯(lián)級(jí)分析處理系統(tǒng)可以根據(jù)分析人員的要求進(jìn)行大數(shù)據(jù)的復(fù)雜查詢(xún)處理，將數(shù)據(jù)的價(jià)值利用到最高，并以直觀可視化的形式將結(jié)果提供給決策人員，方便他們掌握企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況，制定合理的方案及對(duì)策。

本文提出的在線(xiàn)監(jiān)控視頻管控平臺(tái)利用了先進(jìn)的視頻技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了輸電線(xiàn)路的全方位管控，提高了對(duì)輸電線(xiàn)路的監(jiān)測(cè)、分析、處理以及控制能力。一方面使得電網(wǎng)運(yùn)行管理人員掌握大部分路線(xiàn)危險(xiǎn)點(diǎn)的運(yùn)行情況；另一方面為決策管理者提供實(shí)時(shí)有效的數(shù)據(jù)，這對(duì)預(yù)防突發(fā)事故、改善決策處理方案具有重要意義。

2 視頻管控平臺(tái)主站的體系設(shè)計(jì)

2.1 總體功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用分布式交構(gòu)部署，根據(jù)實(shí)際需要采用兩層部署[1]。主站分為基層主站和中心主站。基層主站部署在地市級(jí)分公司，連接該地市所有攝像頭；而中心主站部署在總公司，它連接所有基層主站[2]。基層主站主要功能是對(duì)前端和本地所有資源進(jìn)行管理，為用戶(hù)提供服務(wù)以及為中心主站提供數(shù)據(jù)[3]；而中心主站則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，并以可視化的形式提供給決策管理人員，圖1是基層主站的總體架構(gòu)圖。

在基層主站中，主站分為適配層和服務(wù)層兩個(gè)子層。適配層的數(shù)據(jù)收發(fā)接口可以向前端桿塔設(shè)備發(fā)送命令，也可以從前端接收數(shù)據(jù)[4]。數(shù)據(jù)解析與轉(zhuǎn)換模塊用于對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并轉(zhuǎn)換成內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)格式，轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)分發(fā)模塊進(jìn)行分發(fā)[5]。服務(wù)層包括屬于中心服務(wù)的設(shè)備管理、系統(tǒng)管理、事件管理和統(tǒng)一服務(wù)管理以及存儲(chǔ)和流媒體服務(wù)。主站為上層應(yīng)用提供服務(wù)。

中心主站分層結(jié)構(gòu)與基層主站類(lèi)似，但其中所含模塊不同。適配層進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)，后臺(tái)服務(wù)包括應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、裝載服務(wù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)引擎以及數(shù)據(jù)挖掘引擎。服務(wù)上層是應(yīng)用層。

2.2 視頻主站功能模塊

2.2.1 基層主站功能說(shuō)明

視頻主站是網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)中的核心部分。它與客戶(hù)端、前端都有很多交互，來(lái)完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)[6]。基層主站從功能劃分上由應(yīng)用功能、服務(wù)功能和適配功能三部分組成。具體功能架構(gòu)如圖2所示。

適配功能用于使用各種接口和前端設(shè)備進(jìn)行交互，包括對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行操作或從前端設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，另外還包括數(shù)據(jù)解析、轉(zhuǎn)換和分發(fā)。和設(shè)備的交互具體包括設(shè)備注冊(cè)、心跳偵測(cè)、前端資源上報(bào)、前端資源獲取、報(bào)警信息主動(dòng)問(wèn)詢(xún)、報(bào)警信息主動(dòng)問(wèn)詢(xún)、報(bào)警信息被動(dòng)接收、視頻調(diào)閱、云鏡控制等。

服務(wù)功能包括事件管理、系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、統(tǒng)一服務(wù)管理、流媒體服務(wù)單元和存儲(chǔ)服務(wù)單元等功能模塊。

應(yīng)用功能體現(xiàn)在客戶(hù)端用戶(hù)界面，用于實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)瀏覽、視頻查看與控制、報(bào)警管理、應(yīng)用配置以及統(tǒng)計(jì)分析等功能[7]。

2.2.2 中心主站功能

中心主站主要偏向數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)管理，對(duì)積累的大量歷史報(bào)警記錄進(jìn)行多維分析，如上卷、下鉆等。功能劃分有數(shù)據(jù)應(yīng)用功能、服務(wù)功能和適配器功能，如圖3所示。

數(shù)據(jù)應(yīng)用功能體現(xiàn)在客戶(hù)端用戶(hù)界面，用于實(shí)現(xiàn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)，外破規(guī)律挖掘，應(yīng)用配置管理等功能。

中心服務(wù)功是連接客戶(hù)端應(yīng)用請(qǐng)求和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)引擎的樞紐，將下級(jí)主站送來(lái)的報(bào)警記錄轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)數(shù)據(jù)模型要求的數(shù)據(jù)格式，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)裝載/保存到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型中，接著對(duì)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)模型進(jìn)行多維度分析，使用分類(lèi)、聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)關(guān)系挖掘等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

適配器端口偵聽(tīng)下級(jí)主站，接收下級(jí)主站上傳的報(bào)警信息，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)。各級(jí)用戶(hù)人機(jī)界面向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)起鏈接請(qǐng)求，根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求的內(nèi)容和要求分發(fā)指令，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析或?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行管理。

2.3 主站技術(shù)架構(gòu)

2.3.1 基層主站技術(shù)架構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)來(lái)分，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖4所示。

感知層實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻、現(xiàn)場(chǎng)告警圖片、告警信息以及前端設(shè)備各類(lèi)信息等，使用信息采集中間件技術(shù)協(xié)同處理，使用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳送到后端中心主站服務(wù)器。

網(wǎng)絡(luò)層主要使用運(yùn)營(yíng)商3G/4G APN技術(shù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝傳輸，安全性和傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)由運(yùn)營(yíng)商保證[8]。

應(yīng)用層由兩個(gè)部分組成，應(yīng)用支撐層用來(lái)接收、處理各個(gè)應(yīng)用的請(qǐng)求，應(yīng)用服務(wù)器協(xié)同這些信號(hào)請(qǐng)求、流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、管理服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，完成各項(xiàng)功能。

采集的數(shù)據(jù)可應(yīng)用于各種場(chǎng)合，如實(shí)時(shí)線(xiàn)路巡檢、歷史告警記錄查詢(xún)、歸并于綜合管控平臺(tái)，結(jié)合其他系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析等等[9]。

2.3.2 中心主站技術(shù)架構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)來(lái)分，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)部分，即網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層主要使用運(yùn)營(yíng)商4G移動(dòng)通訊技術(shù)或光纖對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝傳輸，無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)安全性和傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)由運(yùn)營(yíng)商保證。

應(yīng)用層由兩個(gè)部分組成，應(yīng)用支撐層用來(lái)接收、處理各個(gè)應(yīng)用的請(qǐng)求，應(yīng)用服務(wù)器協(xié)同這些信號(hào)請(qǐng)求，完成各項(xiàng)功能。而數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)服務(wù)器用于對(duì)下級(jí)主站來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、裝載和多維數(shù)據(jù)分析。

2.4 主站OLAP模型架構(gòu)

主站OLAP架構(gòu)模型如圖5所示，報(bào)警記錄作為事實(shí)表，包括設(shè)施信息、報(bào)警類(lèi)型、報(bào)警時(shí)間信息以及報(bào)警次數(shù)信息，分別對(duì)應(yīng)設(shè)施維表，報(bào)警類(lèi)型維表和報(bào)警時(shí)間維表等。設(shè)施維表中包括線(xiàn)路，桿塔名，電壓等級(jí)等；位置維表包括的縣區(qū)、地市和省信息；時(shí)間維表包括時(shí)間、年、季度、月、周中日、日等不同層次粒度的時(shí)間信息。

用戶(hù)可以對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)在時(shí)間維、類(lèi)型維、設(shè)施維、位置維等四個(gè)維度上進(jìn)行上卷、下鉆、切片和切塊，從而從各個(gè)不同的角度和粒度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位分析，使數(shù)據(jù)的價(jià)值達(dá)到最大化。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了級(jí)聯(lián)輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)視頻監(jiān)控平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)和部署方案，使得監(jiān)測(cè)人員能迅速發(fā)現(xiàn)輸電線(xiàn)路的故障隱患，提高了巡檢效率，保障輸電路線(xiàn)安全。本系統(tǒng)的基層主站在錦蘇線(xiàn)輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用和驗(yàn)證，中心主站也正在建設(shè)之中。應(yīng)用表明，本系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，整個(gè)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)視頻管控平臺(tái)更具有適用性和魯棒性，廣泛適用于各種輸電線(xiàn)路的視頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)場(chǎng)合。

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