一、随着电力系统改造和自动化建设不断发展完善，电网企业大多已经实现了对远程变电站/电网发电机组的遥测、遥信、遥控、遥调，即“四遥”功能。嵌入式网络视频服务器(DVS)是以数字压缩及网络传wo输技术为核心，采用目前先进的视频数字化技术并适应客户需求的IP网络视频监控产品。该产品能够满足客户对远程视频监控方面的需求，可广泛应用于诸如对电力无人驻守变电站监控。
二、系统概述
本系统是一种基于嵌入式网络录像机(DVR)的电力变电站监控系统。它可以实现对变电站区域内场景情况的远程监视、监听及喊话;监视变电站内变压器、断路器等重要运行设备的外观运行状态;监视变电站内CT、PT、电缆接头和绝缘子等高压设备的外观状态;监视变电站内隔离开关和接地刀闸的分合状态;监视变电站内其他充油设备、易燃设备的外观状态;监视变电站内主要室内环境(主控室、高压室、电容器室、独立通信室等)的情况;实现变电站站内关键部位防火、防盗自动监视，可进行周边报警联动。
嵌入式网络录像机(DVR)系统是指以计算机硬盘为图像记录媒体，集成画面分割、切换、云镜控制、录像、网络传输、视频报警及报警联动等多功能为一体，高度智能化的系统。相对传统的监控系统，嵌入式网络视频服务器系统具有功能高度集成、操作简单、维护方便、易实现网络监控、画质好、超大的记录容量、易检索、高安全性等优点。
三、DVR电力系统方案内容
(一)、用户需求分析
根据我们对电力行业的了解，对电力行业的需求可以总结如下：
1)变电站内各类设备(如：主控室控制屏显示、仪表读数、开关室设备、主变压器和各主变风扇运行、电容器室等)运行情况;
2)实时监视变电站大门口和主要通道;
3)实时接收周界和室内红外报警信号;
4)实时监测变压器油位和火灾报警;
5)实时监测电缆温度;
6)随着技术的发展，视频监视图像可作为对事故追忆的一种有效手段，帮助技术人员查看事故发生时变电站的状况，从而尽可能地找到事故发生的原因;
7)现场操作指示变电站的各种操作要严格遵守操作规程，但是各种操作也比较繁琐，因此必须要有相应的保证措施──一般都采用系统的"五防"闭锁结合操作人员使用"五防"钥匙的方法来达到这一目的。在视频监视技术出现后，可以利用远程实时监视功能，由调度中心的值班人员对远方变电站操作人员进行操作指导，如果发现不正确的操作，可以通过电话、手机及时提醒操作人员，从而确保操作的万无一失。另外，也可以发现一些在施工现场不容易观察的遗留工作物品，这时可以利用高空摄像机来发现这些遗留物品，从而消除安全隐患;
8)安全防范这里说的安全防范是指防火、防盗。系统通过分布在变电站的各种传感器，如烟感传感器、红外微波探头、门禁传感器等，接收并及时地将报警信号传送给调度中心，以做出相应处理。
根据对以上需求的分析，我们发现有如下特点：1)系统要具有高度的集成性。2)通过图像可以实时监视电网的运行。3)需要有报警功能，在发生报警情况后可以联动报警。4)指挥中心和现场工作人员可以进行语音交流。5)可以实时录像和回放。
(二)、系统设计原则
主要依据电力行业对电力远程监控系统的需求，以及本产品在电力系统多次应用过程中实际经验，电力远程监控系统招标文件技术部分中所提出的整体建设目标、系统功能、技术性能指标等，在设计时着重参考《工业电视系统工程设计规范》、《MPEG4视音频编解码标准-视听对象的编码(6部分)》、《100BASE-TX快速以太网接口标准》、《广电集团电力系统技术标准》等标准。 解决方案以满足实际应用为出发点，在视频传输方面尽量利用电力现有的通讯网络以求最大程度降低系统造价。 系统设计原则：系统稳定性、可靠性、先进性、兼容性、易操作性、免维护性和可扩容性等。
(三)、系统网络结构
基于嵌入式网络录像机(DVR)的系统，对于纳入监控范围的变电站的数量没有限制，主要视其应用环境的网络状况，因此基本上系统规模可根据电网区域范围大小和变电站数量自由组合定义。同时系统可按多级组网的方式形成大规模的监控网络。 根据电力行业的应用特点及管理模式，其电力变电站系统基本上分为主控中心(调度监控中心)、站端系统的二级网络结构方式。系统在各变电站站端装备一台DVR，完成对视音频信号的数字化及编码压缩处理，将其和报警等数据信息一起打包成IP数据包在IP网络上传输;调度监控中心，利用中心与变电站之间的10/100Mb/s(10/100BASET-E1)光/电接口通道，接收各变电站站端嵌入式网络视频服务器上传的视音频、报警信息，同时通过“电力系统管理软件”进行远程实时监控。 其基本组网结构图如下图所示：
(四)、系统组成
如前所述，根据电力行业的应用特点及管理模式，电力变电站监控系统由调度监控中心、变电站站端部分和传输网络3部分组成。其中调度监控中心主要包括监控管理服务器、中心值班员工作站、录像资料存储设备以及网络视频集中监控系统应用软件。变电站监控前端部分包括摄像机及配件、语音设备、嵌入式网络录像机(DVR)、告警处理单元等。 视频、音频、告警信息，由嵌入式网络DVR压缩编码后，通过通信网络上传到监控中心，完成实时监控，掌握站内设备运行情况。监控中心可实施对变电站监控设备的管理、告警信息的查询、图像浏览和控制等功能。考虑到电力系统建设的阶段性特点，基于嵌入式网络DVR的电力变电站监控系统具备良好的可扩展性。各功能部分采用模块化结构，易于扩容、组网方便、配置灵活，并具有良好的用户接口。
1、变电站前端部分：
变电站前端设备组成
变电站前端部分设备主要由嵌入式网络DVR、视频采集、报警输入/输出设备、变电站监控客户端等主要设备组成，主要完成图像、声音的采集、编码和传输、摄像机的控制和报警联动的输入/输出工作。在每个变电站室外场地安装2个或数个室外高速球机，它可以清楚地监视变电站场地内的人员活动情况、清楚地看见主变或其他室外设备的具体运行状况;在主控室安装一个或多个室内变速一体球机，可以清楚地看见人员设备情况，甚至可以清楚地看见仪表盘上的读数。在主控室、设备间、高压室等可以安装红外探测器、烟雾探测器等报警探头，预防监测各种意外情况。
变点站工作人员可以通过两种方式进行本地控制摄像机的镜头、云台设备：通过变电站监控客户端登录到调度监控中心的服务器或直接控制DVR的面板来进行操作。
1.1、数字监控主机单元
嵌入式网络DVR是系统中的核心设备，执行有关标准规范中所谓的站端视频处理单元的功能，主要包括：采集变电站各监控对象的视频图像和背景声音，经过压缩编码后上传到监控中心;在需要时，通过现场网络连接解码器，根据本地或监控中心操作发出来的命令控制视频切换、控制镜头聚焦、近景/远景、光圈调节，控制云台上下、左右和自动巡视动作;根据告警处理单元、报警探测器采集到的各种状态信息和报警信息，实现警视联动录像功能，自动启动告警照明灯、警铃等受控设备，自动以字幕、声光提示报警加以说明;与变电站相关自动化系统(即综合自动化系统或RTU、门禁系统等)互联互动，根据预先设定信息实现和所连接的自动化系统之间的联动;监控录像存储等。需要特别指出的是，由于嵌入式DVR的独特性能和强大功能，在变电站站端和监控中心之间网络带宽允许的情况下，它可以将变电站站端所有监控对象的视频图像实时上传到监控中心并同时显示。
1.2、外围摄像机监控设备单元
由于各变电站规模、电压等级、变电站形式(室内、室外)的不同，外围监控设备的类型、构成和组织结构，尤其是摄像点的布置和摄像机的类型数量差异较大，总体上以满足图像监控基本目标和要求为原则进行配置。应用于变电站监控的摄像机室内采用红外球形摄像机，室外采用智能高速球形摄像机。
1.3、报警管理单元
报警探测器包括烟感探头、温度探测感应探头、红外线光束对射探头等，用于监测变电站设备和环境的异常情况。所有报警探测器的告警限值可以通过软件设定。 报警探测器采集的节点告警状态最先经过告警处理单元的处理，并完成一些逻辑关系，以数据的形式通过RS232/485串口上传到嵌入式网络DVR并最终到达监控中心。在监控中心监控管理系统软件根据事先的设定程序，执行一系列关联操作，如对指定监控点图像进行录像，通过嵌入式网络DV启动变电站相关位点照明、控制一体化球形摄像机到相关预置位点等等。此外，变电站综合自动化系统也可以和变电站监控系统建立链接，将有关告警数据发送到监控中心，并由监控中心执行如上所述的处理程序。
1.4、其它辅助设备单元
变电站综合自动化系统及其它辅助设备 变电站监控前端可根据系统需要配备标准机柜放置站端设备，配备麦克风、喇叭等语音设备通过系统软件实施广播、对讲等功能，配备防雷设施、直流供电电源、不间断供电电源等等。
2、调度监控中心
为保证系统高可靠运行，调度监控中心的中心服务器采用动态按需转发方式，变电站前端至中心服务器和中心服务器至局域网用户都采用TCP方式连接，以保证数据传输可靠性。 调度监控中心的基本功能是完成所辖变电站图像的实时显示、控制、存储、管理等功能，其硬件系统主要由系统服务器、值班员工作站、网络接口设备、存储打印设备等组成。
1)系统服务器 监控中心设系统服务器，安装Windows操作系统以及监控系统管理软件，并根据需要配备大容量硬盘或外置存储设备。系统服务器作为监控中心的系统操作平台，主要负责接收、存储、分析、统计和查询远端变电站上传的视音频、告警、数据信号，同时执行系统管理功能，包括管理系统用户和设定用户权限、管理和配置系统设备、对报警信息进行联动处理、作为网络服务器管理网络用户和网络设备等等。
2)流媒体转发服务器 流媒体转发服务器实现流媒体数据接受及复制、分发及客户端控制命令的统一调度转发等功能。流媒体服务模块装有专门针对带宽在2M以下的VPN、WAN等广域网环境下的音视频传输而开发的网络视频管理软件，目的在于缓解网络带宽紧张的区域，对该区域内的视频服务器的访问全部通过流媒体转发服务器软件来进行转发，使得该视频服务器的视频服务只占一个通道。别的相关单位，经授权后可访问流媒体服务器，通过我流媒体服务器的转发，进而实现对前端某个监控点的访问。
3)值班员工作站 值班员工作站可根据需要集中或分散地设在运行班组、保卫部门、安监部门或值班领导处，对于监控变电站数量较少的系统可将系统服务器兼做值班员工作站。值班员工作站安装Windows操作系统，通过IE浏览器或电力系统管理软件对下辖各变电站进行实时监控，包括：启停录像功能，控制摄像机动作，控制雨刷、照明开关和变电站其他控制操作动作;显示系统和各变电站电子地图，显示布防和撤防状况和进行布防和撤防;对监控画面进行各种分割显示、轮巡显示、全屏及缩放显示;监控设备工作状态，自动生成运行日志，自动进行维护管理;查询报警状况和记录，历史录像记录和管理;打印输出实时的和历史的各种数据、报表、图像等功能。
4)其它设备 监控中心可根据系统需要增设音响、话筒、不间断供电电源等设备以及避雷器、隔离变压器等防雷抗干扰设备。
3、传输网络
信息传输对网络的基本要求是高速率、低延时、支持QoS以及资源动态分配。本系统采用快速以太网交换式网络，支持组播以及VLAN技术，是多媒体通信较为理想的网络支撑环境，在端与端之间建立了并行的传输通道，独享网络带宽，而不会发生任何冲突，大大降低了传输迟延，保证了QoS的质量。 各变电站到县调监控中心的信道利用中心与变电站之间的光纤，各变电站的图像数据信号上传至县调监控中心。
四、DVR电力监控系统综述 电力变电站监控系统基于嵌入式网络DVR硬件设备，并以系统管理软件为核心，执行强大的系统功能。
(一)、系统主要功能
由于在电力变电站系统中，前端的视音频信号通过嵌入式网络DVR编码压缩成IP数据包，会同前端数据信号经嵌入式网络DVR网络接口进入IP网络，因此，包括监控中心的系统服务器、值班员工作站、变电站本地工作站，网络上的任一台计算机终端，通过权限控制的方式可以实现对前端变电站的无级监控。
1、实时图像监视管理功能
1.1、多路画面同屏显示 监控中心、电力MIS网上的任意监控终端，通过系统管理软件或标准IE浏览器，可实时监视同一变电站或多个变电站的所有图像信息，可以同屏显示多路(1、4、9、16路)实时图像信息。多台监控终端可同时监视某一点图像信息，通信方式为IP单播或组播方式。
1.2、轮巡监视多路监控画面 监控终端可以轮巡监视多路实时图像信息，在设定的间隔时间内对系统内的所有监控点进行图像巡检，参与轮巡的对象可以任意设定，包括不同变电站的图像、同一变电站的不同摄像机、同一摄像机的不同预置位等，轮巡间隔时间可设置。
2、语音管理功能
本地变电站和监控中心值班员工作站之间，不同的监控终端用户之间，可以实现基于IP的语音功能，包括实时的语音半双工对讲及语音广播功能;采用IP语音系统内单方呼叫，被呼叫方应自动应答(指系统IP应答);不同的用户之间进行在线工作交流;向低等级的用户发出工作指令;变电站端场景录音;与站内的维护操作人员对讲机进行远程对讲。
2.1、多方会议
讲话者通过使用连接在网络上的麦克风，点击软件界面中的打开音频控制按钮开始讲话，在网络中的多个客户可以通过点击界面中的监听和对讲选择是否接听，按下监听快捷按钮后，接收到的声音通过与本地服务器相连的音箱输出，从而实现与接听讲话者的声音。如果另一方想对大家发言，则同样使用连接在网络上的麦克风，点击软件界面中的对讲快捷按钮开始讲话，从而实现多方的交互式视频会议。
2.2、双方会议
网络上某两个用户想进行单独交流，则就使用连接在本地服务器上的麦克风，从镜头管理组中选择要交流的对方的端点，同时点击软件中的对讲快捷按钮与讲话者进行通话，声音则由与网络相连的音箱输出。从而实现点对点双向语音通话。
3、本地及远程控制管理功能
3 1、本地控制
本地变电站通过监控客户端的监控管理软件(通过受权)，可控制本地变电站的云台、镜头等监控设备，及变电站的照明设备等，并且可以通过本地监视器控制本地变电站的云台、镜头等监控设备。
3.2、远程控制
通过监控系统管理软件或标准IE浏览器，可控制远端变电站的云台、镜头等监控设备，布防/撤防设置，变电站现场照明等设备控制;也可以按照事先软件设置的联动策略对变电站报警触发执行一系列的控制程序。 自动复位功能对于受控的前端设备，包括云台、镜头、灯光等，按照事先软件设置，在控制完成后，可按设定的时间段恢复到默认状态。 控制权级别监控中心的系统服务器可以设置不同终端用户的控制权等级，高优先级的用户根据等级优先的原则可无条件获得低优先级用户的控制权，同级别用户根据时间优先的原则获得控制权。 远程灯光控制利用嵌入式DVR的报警继电器输出端口，分别外接一个电源控制继电器，用来控制室内、室外灯光以及报警器的电源，利用管理软件中的功能控制按钮实现远程灯光、报警器的开、关操作。
4、录像存储管理功能
系统默认的录像速率为25帧/秒(PAL制式)，但用户可对录像速率进行调整，以减轻硬盘与系统的负荷。每一路视频数据录像参数均可以独立设定，相互之间不会有干扰。录像的磁盘容量空间可设置，并具备自动覆盖功能，即设定的磁盘容量空间被用完后，新的录像资料将逐渐覆盖最旧的录像资料以循环利用磁盘空间。系统录像功能包括实时录像、定时录像、运动检测预触发录像及报警预触发录像。
5、报警联动管理功能
电力变电站监控系统的报警种类可分为外围报警和内部报警两类。
5.1、外围报警
外围报警包括变电站事故报警、电力设备状态变化及故障报警、消防报警、防盗报警、防火报警、电力设备水浸报警、门禁报警、非法闯入及画面异动报警等，主要通过告警处理单元或变电站综合自动化系统到达监控中心。报警事件发生后，监控终端将发出声光提示并显示报警位置和类型。监控中心将人工或按预定程序发出控制指令，联动相应报警目标的图像监视，指定相应摄像机进行录像，启动现场照明、警笛等。相关设备启动后，应在设定的时间内自动关闭，且现场照明在白天(时间段可设)可不打开。
5.2、内部报警
内部报警主要包括前端视频信号中断报警和系统服务器磁盘容量空间报警。一旦因摄像机与嵌入式网络DVR之间线路故障、网络故障、设备故障等原因，导致视频信号中断丢失，或系统服务器的录像存储空间超过预定值，系统能够立即检测到并做出声光报警提示和日志记录等相应动作。 报警级别可根据需要设定为严重报警、一般报警两级。报警信号、报警内容可在任何画面自动显示。所有报警信息均自动保存，可由报警信息检索回放相应的图像录像，需要时可打印输出。发生多点报警时，按报警级别高低优先和时间优先的原则显示存贮。
5.3、报警联动动作 系统具备处理多事件、多点报警的能力。报警联动动作包括下面几种： 启动录像：报警信号传到服务器后，服务器启动对某个或者某些镜头的录像; ?客户端信息提示：服务器接收到报警信号后，会给当前登录的所有客户端发出一个提示信息。用户需要输入信息的内容; ?客户端语音提示：服务器接收到报警信号后，会激活客户端播放声音文件，用提示报警; ?客户端图像输出：服务器接收到报警信号后，会激活客户端去调入并显示相应镜头的图像; ?前往云台预置位和开关量报警输出：可以方便通过弹出菜单设置报警联动的摄像机，可以联动智能球型摄像机的不同预设置位; ?布防、撤防：各种探测器可以方便的布防、撤防，并可按时间自动投入或自动撤防; ?报警视窗内提供报警信号的详细信息，可以通过点击报警信息切换报警界面; ?报警信息存储管理：实现报警联动录像，具备长延时录像和慢速回放功能，可以多种方式查询报警信息。
6、电子地图管理功能
系统提供了全矢量电子数据地图，可以任意放大和缩小而不变形。该电子地图采用国际上流行的MAPINFO平台。地图上的街区、道路、河流、建筑物等都被分成单独的图层。所有无人值守机房被制作成了电子地图上的一个单独图层――机房层。这些图层不仅可以显示其中目标的实际地理位置，还存储了与该机房相关的各种数据信息，我们可以对电子地图上的机房进行目标查找、信息查询等操作，就像对现场实际的无人值守机房进行操作管理一样。这样我们通过对计算机地图中的机房目标进行管理，实现了对所有无人变电站的监控管理。
电子地图具有以下功能：支持多级地图分层次显示;支持用户在监控地图上直接点击摄像机、报警器等图标，查看该摄像机的图像，报警状况;支持用户对其选择的图像进行云台、镜头的控制功能;当报警发生时，电子地图可以转到报警地点地图，并提示报警来源。
7、环境数据管理功能
用户可以在环境模块中查看系统内数据设备的实时状态，并对远程开关进行控制。
7.1、模拟量设备监控
双击设备列表中的模拟设备名称，窗口中将显示该设备下所有的模拟量当前的数值、当前状态、历史状态等信息。 选中某一模拟量，点击曲线按钮，可以看到该模拟量24小时内的变化情况。 双击某一模拟量，可以显示该模拟量的相关视频。 注：横轴代表时间，竖轴代表模拟量的数值。
7.2、开关量设备监控
双击右侧设备列表中的开关设备名称，窗口中将显示该设备下所有的开关量的当前状态、历史状态等信息。 选中某一开关输出，点击开关控制按钮，可以远程对其进行控制。但用户必须具有开关控制的权限。在权限认证的窗口中输入登录客户端的用户名和密码，点击确定按钮即可实现远程开关控制。 双击某一开关量，可以显示该开关量的相关视频。
8、系统管理功能
8.1、历史图像管理
监控中心值班员工作站、电力MIS网上的任意授权终端用户均可通过访问系统服务器，远程检索回放站端的任一摄像头的历史图像及报警录像。系统提供了智能化快速检索回放录像资料的功能，可按时间、地点、摄像机、报警事件等要素进行检索，大大降低了检索时间和复杂程度，使用户可以迅速地查找到需要的录像资料。回放有逐帧、慢放、常速、快速及放大/缩小等多种方式，并可以将任意一副回放图像存放成JPEG或BMP格式的图像，供数据交换使用或打印输出。
8.2、安全管理
本系统提供了多种安全措施，保证系统的正常运行及相关信息的保密性。系统实行操作权限分级管理，按工作性质对每个用户赋予不同权限等级，系统登录、操作均进行权限查验;使用图像掩码技术，在压缩后的每帧图像中加入了特定的文字或图像数据，防止原始录像资料被人为篡改; ?防死机看门狗(WATCHDOG)功能，当嵌入式网络视频服务器(DVR)硬件设备出现异常死机时，看门狗功能可以自动重新引导设备恢复正常工作，保障设备的持续正常运行。 ?备份功能，当系统发出磁盘容量空间报警或者用户有重要的监控录像需要备份时，可以使用系统的备份功能，将所需的监控录像资料转储至其他指定的存贮介质。系统支持如可擦写光驱、外接磁盘阵列等可以热插拔的存贮设备，用户无需中断系统的工作就可以完成备份操作。
9、与综合自动化系统互连功能
变电站综合自动化系统也可以和变电站监控系统建立链接，将有关告警数据发送到监控中心，并由监控中心执行有关的处理程序。系统可以根据预先设定信息实现和所连接的自动化系统之间的联动;根据RTU或综合自动化系统的信息自动调整摄像机对准监视目标;当综合自动化设备报警时，电力系统管理软件发出相关报警信号;与综合自动化互联监视变电站中主要的断路器和隔离开关的位置状态信号，重要继电保护与自动装置的动作信号，以及一些运行状态信号等实现联动。
10、的防雷和抗干扰
考虑到系统电源防雷，在重要设备的用电插座处安装一组单相电源避雷器，摄像机加装直流电源避雷器。 考虑到机房信号防雷，每条RS485控制线进机房处，串联安装一只接线式(双绞线，导轨安装)信号避雷器，在每条视频线进机房处，安装一只同轴视频信号避雷器，在计算机网卡输出处，安装双绞线避雷器。 考虑到防雷接地，所有从视频监控点到机房的数据线、电压线、视频线、均屏蔽穿金属管，并且良好接地。 考虑到系统抗干扰，采用集中式供电，所有从视频监控点到机房的摄像机(包括灯光控制，安防等)的信号回路、控制回路、视频回路、电源回路均采用了据线、电源线、视频线，均屏蔽穿金属管，并且良好接地。必要的屏蔽措施，回路之间相互独立(屏蔽)、互不干扰。视频线、控制线、电源线采用优质屏蔽线，并加装避雷器。室外线缆(信号、控制、视频、电源回路)在敷设时穿自来水钢管，室内线缆穿渡锌穿线管，管与管之间保持良好连接及接地。 所有视频回路、数据回路、电源回路均采用了避雷措施，视频接口处加装了视频避雷器，数据接口处加装了数据避雷器，电源加装了电源避雷器(室外电缆均加装了避雷器)，所有设备均可靠接地。 室外摄像机的防雷和保护装置采用体积小、质量好的产品，并安装在摄像机的机架内，个别无法安装在摄像机机架内的，在摄像机附近装不锈钢机箱以安装防雷和保护装置，并采取防潮措施。
