基于WIFI的变电站远程无线视频监控系统设计

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　　随着网络、通信和微电子技术的快速发展，视频监控以其直观、方便及内容丰富等特点，越来越受到了广大群众的重视。
　　视频监控系统的发展大致经历了三个阶段：模拟视频监控系统；模拟输入与数字压缩、显示和控制系统；网络数字视频监控系统[1]。目前，数字视频监控系统占主导地位。
　　在变电站中视频监控也得到了广泛的应用，变电站视频监控系统是对“四遥”功能的进一步补充，有助于提高变电站的安全性和可靠性，同时还具有防火、防盗和环境监控的功能，已经成为无人值班变电站集控管理的新手段。变电站远程视频监控的实现，必须利用各种有效的传输媒介将图像实时地传输到监控中心，并下发各种监控信号[2]。现阶段，wifi 无线为实时、高质量的视频图像传输提供了必要的前提条件。所以，建立基于WiFi 变电站远程无线视频监控系统具有很重要的现实意义。
　　1 系统结构
　　本系统主要由三大部分组成：监控前端，监控中心网路环境（局域网/Internet）。系统的基本结构如图1 所示。

　　图1 系统的基本结构

　　1.1 监控前端
　　1.1.1 监控前端设备
　　监控前端设备包括网络视频服务器、摄像头、耳机、耳麦、wifi 无线路由器以及报警设备等。其中网络视频服务器作为核心设备，负责将摄像机采集的各监控点视频图像经过压缩编码后通过wifi 无线路由器上传到监控中心。网络视频服务器是基于ARM9 处理器和嵌入式Linux 操作系统的无线监控终端（无线监控视频单兵手持终端）。它是一款集IPCAM、3G技术、GPS 定位功能于一体的便携式视频监控终端。无线监控视频单兵手持终端具有以下几个特点：首先，除了满足传统IPCAM 视频监视、有线网络传输以外，还支持3G 网络传输、语音双向对讲、WiFi 传输、GPS 定位、前端存储、网络存储、报警上报等功能，实现功能高度集中化。模拟语音视频信号经过H.264 编码压缩后由无线接口发射，wifi 为视频信号提供宽带传输通道，在不同网络状况下得到流畅的视频，无线监控视频单兵手持支持多种分辨率和帧率，通过视频监控软件选择[3]。
　　其次，内置智能充电管理，实时查询电量，低电智能报警，省电模式，配置大容量电池；最后，内置铸件支架保护结构，外部防震、防水设计，携带、架设使用方便。它是人性化操作界面，同时支持手机、PC 远程实时观看。由此，能够实现远程及时影音在线监控、通话及硬盘存档备份。
　　1.1.2 IE 端连接方式
　　手持式单兵无线监控终端连接方式有两种：直接连接方式和网络连接方式。直接连接方式即是直接将手持式单兵无线监控终端与电脑用网络连接线连接。网络连接方式则是将手持式单兵无线监控终端连接到局域网或广域网中，用户通过客户端软件或者浏览器即可登录设备[4]。在局域网连接时，需确保设置计算机与手持式单兵无线监控终端的IP 网段一致，手持式单兵无线监控终端出厂默认IP 为192.168.1.217，也可以通过光盘上的IP 搜索工具查看当前IP 地址。
　　连接到Internet 网络有三种方法：一是通过设置PPPOE拨号和DDNS，接入Internet。二是通过路由器接入Internet。三是通过使用局域网Wi-Fi 联网。
　　1.2 监控中心
　　监控中心包括移动视频网关、存储服务器和客户端软件。
　　实现与各监控点之间的通信、监控，前端设备的管理，音视频的管理、存储和检索等服务。
　　1.2.1 移动视频网关
　　移动视频网关实现wifi 和Internet 之间的数据接收、处理和发送，并对前端无线设备进行管理。能够根据网络状况选择视频格式，对关键场景捕捉静态JPEG 图像。
　　1.2.2 存储服务器
　　存储服务器负责各监控点音视频的录制、保存和管理。支持多种管理权限、自动备份、多种方式信息检索，具有完整的操作日志。
　　它需要配置一台Linux操作系统的服务器平台，一切功能的实现都基于Linux 操作系统完成的。对嵌人式Linux 操作系统进行配置，实现操作系统在监控前端单兵手持上的移植。
　　根文件系统是指嵌入式Linux 系统启动时所使用的第一个文件系统。在启动内核时需要挂载根文件系统来支持访问外部设备，以及装载和运行内核模块与应用程序[5]。在服务器上进入root@wxspjk：cd/home/wy/linux#目录，然后执行make 命令，即可生成内核镜像文件。监控中心服务器是本系统的核心部分，负责连接前端视频解码器与客户监控端，并进行视频数据和控制命令转发，同时连接监控平台中的各项服务，包括视频流管理、录像管理和用户管理等等。当报警数据发生时，将报警数据记录在数据库，同时将监控前端传来的数据定时记录在数据库，这些记录在数据库的监控数据可以通过服务器Web 发布。
　　所需硬盘空间搭建由录像视频数目、录像时间长短、录像保存周期、图像质量、帧率以及画面复杂度来决定。通常1 路运动画面1 小时的录像文件大小在200M 左右，静止图像约50M，典型值约180M。而且，若需要大量的录像存储的要求则可加配储存服务器。监控中心的结构如图2 所示。
　　图2 监控中心的结构图
　　1.2.3 客户端软件
　　监控主机通过客户端软件，可实现对各监控点的视频浏览、检索和系统参数配置。监控终端的软件设计是基于嵌入式Linux 操作系统的综合智能感知平台终端监控软件[6]。该系统采用分布式，包括应用层、操作系统层、硬件层；基于SOA架构，统一采用Web Service，同时支持BS/CS 模式，采用UDP/TCP 协议；支持移动设备动态入网。综合智能感知平台终端监控软件客户端，通过不同权限的用户名进入，可以实现不同操作管理功能，超级管理员可以对平台的设备进行管理，对平台里的服务器进行管理，以及对用户和用户组进行管理。普通用户进入则实现监看查询等。登录视频服务器站点后，能够多画面实时视频浏览监控，同时提供多服务器登录、视频参数控制、录像控制等。
　　1.3 网路环境（局域网/Internet）
　　变电站有完善的内部信息网络系统，变电站选用wifi 无线传输方式，可靠性高，传输量大，运行成本低（不产生通信费用），对变电站设备及保护装置无影响。由于wifi2.4G 无线传输方式有效距离在100M以内，在部分大型变电站必须对系统进行优化设计，选择天线设置方案[7]。首先对室外和室内分别采用C0ST231 -Hata 模型和Keenan -Motley 模型对无线信号衰落进行理论计算，初步确定无线接入点数目和布局。然后对基站数目和布局进一步优化。最后对理论计算和实测结果进行分析，研究变电站环境下天线高度、阴影衰落等对信号传输的影响，修正理论计算模型，确定基站数目和布局，最终实现变电站全覆盖。
　　针对线路单一作业现场，采用wifi 无线传输方式实现作业现场人员之间、后台监控人员与现场工作人员之间的工作交流。深入运用GPS 定位功能，实现对作业场所、地理位置信息、交通信息的整体掌握。
　　2 系统的主要功能
　　基于wifi 的变电站远程视频监控提供的主要功能有以下几个方面[8]。
　　（1）利用3G 无线手持单兵终端，支持多种无线视频传输模式，可选择基于3G网络或无线局域网（WIFI）传输视音频等各种数据信息。
　　（2）能够同时观看单个变电站内所有监控点的视频图像并实现手动录像等功能，能够在1 s 内切换到另一变电站实现所有变电站的图像监控。
　　（3）能够实现对变电站内监控设备远程控制功能，如控制云台旋转，控制摄像机的镜头，控制空调启停等。
　　（4）能够查询到历史上发生的报警数据，查询结果能够形成各种数据报表，并以曲线等形式直观地展现出来。
　　（5）实时查看所有变电站内所有监控设备的监测数据值，如温湿度、红外对射、烟雾探测器，如果有报警发生，系统可以弹出报警框告知值班人员报警信息。
　　（6）将变电站内所有监控设备绘制在变电站平面图上形成电子地图，电子地图的功能可以帮助用户更好地把握监控目标的位置和行动情况。
　　（7）基于wifi 的系统架构方便，架设方便，免去了现场长工期的布线安装工程。同时，覆盖范围比较广，一般只需安装一个或多个AP 设备，就可以解决现场的网络通信问题。
　　系统上述功能，用户都可以在公司局域网内的任一台计算机上通过浏览器实现。
　　3 结语
　　随着嵌入式技术、数字视频以及无线网络技术的飞速发展，视频监控技术也日趋成熟，并成功运用于电力系统自动化领域，本文提出了基于wifi 的变电站远程无线视频监控系统。
　　它是变电站实行无人值班管理的一种必要手段，是以网络为基础，采用了先进的单兵手持，使监控系统实现了更加方便的管理模式；可以保障变电站安全稳定的运行，监控中心值班人员可以借助该系统实现对变电站的有效监控，及时发现变电站运行过程中的各种安全隐患。从而为推动电网管理的自动化、综合化、集中化和智能化提供更有力的保障。
　　参考文献：
　　[1] 赵生岗,鲍慧,赵建立.网络视频监控系统及其在电力系统中的应用[J].安防科技,2007(5)
　　[2] 朱克.变电站远程视频监控系统[J].中国科技信息,2006(3)
　　[3] 欧明.基于ARM的无线视频监控手持终端的研究与设计[D].计算机应用技术,2007
　　[4] 刘娟娟,邓隽超,胡哲吸.手持终端设备中无线功能的设计与实[J].计算机工程,2008(9)
　　[5] 姜凤利. 基于嵌入式Web 视频服务器的变电站远程视频监控系统的研究与设计[D].沈阳农业大学,2006
　　[6] 孟晋,周鹏.基于ARM 的远程无线视频监控终端设计[J].电子设计程,2010(11)
　　[7] 刘小军.基于WiFi 无线视频传输技术的研究[J].电子技术,2012
　　
　　

李小路

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