恩施基于iP9000 一體化平臺視頻聯動的研究與應用

瞿萬軍，何 婷，張海龍，時小倩，文正國

（1.國能長源恩施水電開發有限公司，湖北 恩施 445000；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

國能長源恩施水電開發有限公司位于湖北省恩施市，目前管理在運水電站40 座，于2022 年新建恩施集控中心，第一期計劃接入11 個下轄水電站，由集控中心統一管理。這11個水電站均是中小型水電站，地處偏僻，為了優化人員配置，減少運維成本，降低電站的運行、管理、檢修難度，避免有經驗的管理和技術人才被分散到這些電站中，集控中心開展了中小水電站群智能遠程集控系統關鍵技術研究，建立一個集監控、水調自動化、梯級流域經濟運行、大壩安全監測等業務應用于一體的集控自動化系統。

集控中心與各廠站進行“四遙”信號（遙測、遙信、遙調、遙控）的交互[1]，在安全Ⅰ區完成實時狀態的監視和控制功能，同時為了更直觀地對廠站的設備狀態和環境進行監視，增加了遙視信號，即把各電站的視頻信號統一接入集控中心的安全Ⅲ區中。通常情況下，計算機監控系統和視頻監控系統是兩套孤立的系統，且分布于不同的安全區，不能實現信號的互通和聯動。集控中心的業務要求值班員同時對多個廠站進行監盤，若需要同時兼顧兩套系統的數據，則監盤難度大，工作強度高，不利于安全生產和人性化管理。因此在恩施集控中心研究計算機監控系統視頻聯動功能，實現安全Ⅰ區“四遙”信號與安全Ⅲ區視頻信號聯動，提高監盤效率和事故處理的速度及準確度[2]。

1 監控系統與視頻系統聯動的實現架構

恩施集控中心的自動化系統采用北京中水科水電科技開發有限公司研發的iP9000 智能一體化平臺[3]，該平臺采用面向服務（SOA）的架構，低耦合的結構使得二次開發更為靈活方便，針對視頻聯動的需求，在軟件層面單獨開發了一個模塊來實現和視頻系統的交互。

1.1 一體化平臺的數據跨區交互

與廠站進行數據交互的功能一般位于集控中心的安全Ⅰ區，視頻系統一般位于集控中心的信息管理大區，即安全Ⅲ區。安全Ⅰ區和安全Ⅲ區由正反向物理隔離裝置來進行安全區的分隔，以避免外部非法侵入，在沒有特殊配置和執行程序的情況下，安全Ⅰ區和Ⅲ區的系統是完全獨立，互不關聯的，如何快速地將Ⅰ區和Ⅲ區的數據連通起來是首先需要解決的問題。iP9000 智能一體化平臺提供跨安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分區的信息自動同步機制，支持在滿足安全規范下的不同分區之間數據與信息的平臺級透明傳輸，簡化了不同系統和應用的跨區交互實現。安全Ⅰ區到安全Ⅲ區，iP9000 采用TCP 的連接方式，將安全Ⅰ區的系統實時數據、歷史數據、文件、命令等快速地同步到安全Ⅲ區；安全Ⅲ區將數據記錄到文件中，通過反向隔離的傳輸工具將文件傳輸到安全Ⅰ區，再由一體化平臺解析為可使用的數據或文件。

1.2 視頻聯動功能

安全Ⅰ區采集的廠站側信號或下發場站的命令傳送到安全Ⅲ區后，再由Ⅲ區的視頻聯動軟件將這些需要觸發視頻聯動的信號發送到視頻系統，視頻系統解析該信號，通過服務接口轉動攝像頭聚焦至預設位置，并在其平臺上推出相關的視頻畫面。

視頻聯動軟件在啟動時會將數據集范圍內的所有模擬量、開關量和電能量對象的當前實時值全送一次，以確保訂閱者可以獲取到最新的數據。在運行過程中，視頻聯動軟件不再周期全送數據，因為平臺數據采集本身已經具有周期全送功能。這樣可以避免重復發送數據，降低網絡開銷和資源占用。

視頻聯動軟件在運行過程中會根據實時數據變化情況，只發送有變化的數據，以減少網絡傳輸開銷并提高數據傳輸效率，同時也支持根據訂閱者的需求，實現數據的實時推送和歷史查詢等功能。

2 監控系統聯動軟件實現方式

恩施集控中心基于iP9000 一體化平臺視頻聯動軟件是一體化平臺的一個模塊，采用發布實時數據的方式，對外實時發布全部或部分實時數據，包括采集的模擬量、開關量、電度量、監控系統下令的信息以及平臺內部信息等，具體發布的對象范圍可通過配置確定。

視頻聯動軟件支持UDP（用戶數據報協議）和MQTT（消息隊列遙測傳輸）協議，使得該軟件具有更多的可適配性。除視頻聯動以外的其他應用場景，也可使用視頻聯動軟件的發布功能進行實時數據的發布。

UDP 是一個簡單的面向數據報的傳輸層協議，沒有超時重發的機制，因此傳輸速度極快，能快速地將采集的信號發布出去[4]。集控中心安全Ⅲ區的網絡環境是專用的局域網，因此網絡環境較為穩定，帶寬高，采用UDP 的協議來進行視頻聯動功能的實現，配置簡單，只需配置發布的目的地址和端口，并且能夠支持單播、組播和廣播，能滿足實際應用場景需求。

MQTT 協議是一個即時通信協議，并且能在帶寬低、計算能力有限、不可靠的網絡環境下保障消息傳輸的穩定性和可靠性[5]，使消息“至少一次”到達視頻系統，但有可能發生消息重復的情況。

在恩施集控的應用場景中，因為具有較好的網絡環境，視頻系統需要更加靈敏地接收到監控系統傳輸的信號，因此這里選擇采用UDP 協議來完成視頻聯動功能的信號傳輸。在為期半年的測試中，基本沒有發生信號丟失的情況，在現場使用效果良好。

3 監控系統聯動規約定義

iP9000 一體化平臺與視頻系統進行聯動，除了協議的選擇外，還需要對發送的信息點的內容和規約進行定義，雙方達成一致后即可進行消息的發送和解析。

這里采用JSON 格式表示消息內容。格式分為實時數據和命令消息格式，兩種格式以不同的鍵名來區分，其值域均為數組類型，可以包含1 條或多條對象數據。一體化平臺和視頻系統之間的信號點，以一體化平臺的定義測點名稱為主，盡可能地減少系統內部的轉換造成識別的錯誤。視頻系統只需要將測點和攝像頭的編號對應起來，當收到消息時匹配攝像頭，推出相應的視頻畫面，實時跟蹤展示監控系統的關鍵信息點或下令信息相關的設備狀態。

實時數據格式又分為模擬量、開關量、脈沖量、數字量和通用對象，消息傳輸時攜帶該點的值、數據質量、發生的時間和數據的其他內容（針對通用對象）。命令消息格式的消息攜帶命令產生的時間、命令類型、監控系統的操作碼及調節操作的設置值。當視頻系統接收到這些消息的詳細信息時，不僅可以推出視頻畫面，還能在展示界面的說明位置處顯示其相關點的實時狀態、發生時間等信息，讓值班人員能夠清晰地判斷視頻聯動產生的原因，并能直觀地看到視頻聯動展現的結果。

4 結論

恩施集控，是跨流域、多個中小型水電站的集中控制系統，iP9000 一體化平臺助力集控中心完成多重智能化監盤，視頻聯動模塊是其中一種。視頻聯動的應用讓操作、告警等重要信號更加直觀和及時地告知值班人員，降低值班人員的監盤壓力，并能在可視化的監盤中及時發現設備的異常情況，減少設備的損耗及查找問題的人工成本。基于iP9000 一體化的視頻聯動軟件充分考慮了多種場景的使用情況，預設了UDP 和MQTT 協議，更具有通用性，推進了智能化水電監控的發展。