變電站輔助控制系統(tǒng)提升系統(tǒng)運(yùn)行管理效率

一、總體介紹

1.1     概述

變電站輔助控制系統(tǒng)是一套“集成化"、“數(shù)字化"、“智能化"的安防綜合管理集成平臺(tái)，整合了在線監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、可視對(duì)講、動(dòng)力環(huán)境、安全警衛(wèi)、門禁、設(shè)備控制、火災(zāi)報(bào)警等子系統(tǒng)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)下多個(gè)子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理與相互之間的聯(lián)動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)了“一體化、智能化"管理，大大提升了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

變電站輔助控制系統(tǒng)是自主研發(fā)的基于SOA系統(tǒng)架構(gòu)的集成多系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采用先進(jìn)的軟硬件開發(fā)技術(shù)，解決了系統(tǒng)集中管理、多級(jí)聯(lián)網(wǎng)、信息共享、互聯(lián)互通、多業(yè)務(wù)融合等問(wèn)題。

變電站輔助控制系統(tǒng)主要面向電力能源行業(yè)，通過(guò)資源抽象、統(tǒng)一接入等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一體化集成展示，大大減少了日常運(yùn)維的難度和工作量，提高了系統(tǒng)運(yùn)行管理效率，為安全生產(chǎn)提供了直觀有效的技術(shù)支撐。

1.2    變電站輔助控制系統(tǒng)平臺(tái)軟件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本軟件的設(shè)計(jì)功能、性能指標(biāo)滿足行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定（包括但不限于）的要求：

◆ GB/T28181-2011 《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》

◆ 國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（Q/GDW 517.1-2010） 《電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)及接口》

◆ DL/T860-2016  《電力自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》

◆ DL/T634.5104-2009 《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)》

◆ IETF RFC 2068 《超文本傳輸協(xié)議（HTTP）》                                                

◆ IETF RFC 2326《實(shí)時(shí)流媒體傳輸協(xié)議（RTSP）》                                    

◆ IETF RFC 3261《會(huì)議初始化協(xié)議（SIP）》                                                

◆ IETF RFC 3550《實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP）》                                          

◆ IETF RFC 3551《實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議（RTCP）》                                

◆ ITU H.264《視音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)》                        

◆ ITU-T G.711《音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)》    

◆ ITU-T G.722《音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)》                      

◆ ITU-T G.726《音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)》

二、總體設(shè)計(jì)

2.1    變電站輔助控制系統(tǒng)平臺(tái)軟件業(yè)務(wù)組成

業(yè)務(wù)功能組成圖

變電站輔助控制系統(tǒng)遵循SOA理念，采用模塊化、插件化設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)功能按需組合，具備冗余部署能力，保證系統(tǒng)業(yè)務(wù)高可用。從技術(shù)結(jié)構(gòu)上主要分為以下幾個(gè)層次：

1)    基礎(chǔ)接入層。對(duì)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、安全加密、設(shè)備接入及多媒體協(xié)議的封裝，屏蔽差異，兼容多廠商、多種類、多協(xié)議的各種異構(gòu)硬件，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的平臺(tái)無(wú)關(guān)性，提高運(yùn)行效率和系統(tǒng)兼容性。

2)    平臺(tái)服務(wù)層。在平臺(tái)服務(wù)層除了提供授權(quán)認(rèn)證、設(shè)備管理、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)、聯(lián)動(dòng)服務(wù)等，還提供第三方系統(tǒng)接入服務(wù)和平臺(tái)互聯(lián)管理服務(wù)，支持平臺(tái)互聯(lián)互通。

3)    業(yè)務(wù)層。通過(guò)常用業(yè)務(wù)的歸納、封裝，提供了視頻、報(bào)警、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)采集、查詢統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)管理等RESTful API形式的業(yè)務(wù)接口，方便展現(xiàn)層及第三方系統(tǒng)調(diào)用。

4)    展現(xiàn)層。通過(guò)API接口調(diào)用業(yè)務(wù)層提供的各種服務(wù)接口，將具體功能展現(xiàn)給最終用戶。

2.2    平臺(tái)組成

1)    中心管理服務(wù)。作為云平臺(tái)的承載服務(wù)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心組件，能夠提供統(tǒng)一的認(rèn)證、授權(quán)、管理服務(wù)。作為管理服務(wù)器，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的用戶、角色、權(quán)限、視頻監(jiān)控設(shè)備、進(jìn)行集中配置管理；作為應(yīng)用服務(wù)器，提供各類安防監(jiān)控業(yè)務(wù)，提供完善的日志管理和審計(jì)功能。  

2)    流媒體服務(wù)。支持實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)及分發(fā)；支持存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的回放 點(diǎn)播(VOD)；支持QoS管理，對(duì)帶寬進(jìn)行合理使用；支持用戶和事件的優(yōu)先級(jí)管理；支持級(jí)聯(lián)和分布式部署；支持視頻流相關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息。

3)    存儲(chǔ)服務(wù)。支持集中云存儲(chǔ)管理模式，也支持DVR存儲(chǔ)的分布式存儲(chǔ)方式；支持PB級(jí)海量音視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、快速檢索及智能后檢索；支持靈活的備份策略。

4)    報(bào)警功能服務(wù)。

報(bào)警功能服務(wù)是平臺(tái)最核心的業(yè)務(wù)模塊之一，統(tǒng)一管理視頻報(bào)警、動(dòng)力環(huán)境數(shù)據(jù)報(bào)警、報(bào)警主機(jī)報(bào)警、門禁報(bào)警、消防報(bào)警及其他方式觸發(fā)的報(bào)警等。

報(bào)警功能服務(wù)可以直接接收處理設(shè)備上報(bào)的報(bào)警事件，也可根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則對(duì)從設(shè)備端采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確認(rèn)。

報(bào)警功能服務(wù)接收到新的報(bào)警事件后，基于消息隊(duì)列負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有訂閱的服務(wù)及用戶進(jìn)行消息推送。

5)    設(shè)備代理服務(wù)

采用插件機(jī)制，接入各類設(shè)備，接收、傳輸、控制各類媒體信令流，簡(jiǎn)化設(shè)備接入應(yīng)用開發(fā)，對(duì)上層提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口，對(duì)下完成設(shè)備的配置和控制。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，分為IO設(shè)備代理服務(wù)和流媒體代理服務(wù)兩種。

三、變電站輔助控制系統(tǒng)提升系統(tǒng)運(yùn)行管理效率平臺(tái)特點(diǎn)

1)     高可靠性

平臺(tái)內(nèi)部的關(guān)鍵服務(wù)均支持主備或多主模式部署運(yùn)行，可有效防范因硬件或網(wǎng)絡(luò)故障引起的系統(tǒng)異常。

平臺(tái)內(nèi)部服務(wù)的高可靠性則采用了狀態(tài)監(jiān)測(cè)、強(qiáng)制恢復(fù)、服務(wù)遷移等多種機(jī)制。所有服務(wù)基于SOA消息總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，各服務(wù)定期上報(bào)各自的運(yùn)行狀態(tài)，中心管理服務(wù)負(fù)責(zé)匯總監(jiān)視服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即處置異常服務(wù)，并通知其他相關(guān)服務(wù)做好應(yīng)付準(zhǔn)備。針對(duì)單機(jī)模式運(yùn)行的異常服務(wù)，在重啟完成后相關(guān)服務(wù)自動(dòng)恢復(fù)對(duì)接；針對(duì)多機(jī)運(yùn)行的異常服務(wù)，相關(guān)服務(wù)則選擇主動(dòng)切換服務(wù)。中心管理服務(wù)在多次重啟異常服務(wù)后，如仍無(wú)法保證系統(tǒng)整體功能運(yùn)行正常，則會(huì)主動(dòng)重啟服務(wù)器。

平臺(tái)內(nèi)所有服務(wù)都具有錯(cuò)誤檢測(cè)和恢復(fù)機(jī)制，出現(xiàn)服務(wù)不可用、數(shù)據(jù)庫(kù)或網(wǎng)絡(luò)故障情況時(shí)，能夠自動(dòng)激發(fā)恢復(fù)機(jī)制，周期性嘗試恢復(fù)正常狀態(tài)。

同時(shí)，平臺(tái)還專門設(shè)計(jì)了軟件看門狗服務(wù)，由它負(fù)責(zé)監(jiān)視中心管理服務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)及異常處理。軟件看門狗服務(wù)功能單一，自身可靠性高，從而確保平臺(tái)可達(dá)到電信級(jí)7*24小時(shí)可靠運(yùn)行，為用戶提供可靠的服務(wù)。

2)    擴(kuò)展性好

采用模塊化設(shè)計(jì)，平臺(tái)中的各個(gè)服務(wù)可運(yùn)行在一臺(tái)服務(wù)器上，也可分布在多臺(tái)服務(wù)器上。

系統(tǒng)中的某項(xiàng)業(yè)務(wù)功能可配置成由服務(wù)的單個(gè)實(shí)例完成，也可配置成由多個(gè)實(shí)例共同分擔(dān)完成。例如：流媒體服務(wù)負(fù)責(zé)接入1000臺(tái)NVR設(shè)備，可配置在1臺(tái)服務(wù)器上完成，也可配置在2臺(tái)服務(wù)器上，每臺(tái)服務(wù)器的流媒體服務(wù)實(shí)例各負(fù)責(zé)接入500臺(tái)。

3)    開放度高

采用統(tǒng)一的設(shè)備接入規(guī)范和插件機(jī)制，完成對(duì)視頻、報(bào)警、動(dòng)環(huán)、消防、門禁等各類設(shè)備接口的差異性屏蔽和整體接入，新設(shè)備加入平臺(tái)只需按接口規(guī)范完成插件開發(fā)，在配置后即可接入平臺(tái)。

采用RESTful API形式開放平臺(tái)所有的業(yè)務(wù)接口，結(jié)合SDK或控件可完成客戶端已實(shí)現(xiàn)的所有功能。

4)     標(biāo)準(zhǔn)化程度高

采用標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際規(guī)范和協(xié)議，可以方便與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，方便進(jìn)行二次開發(fā)。平臺(tái)內(nèi)部視頻設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)接支持ONVIF/GB-28181/國(guó)網(wǎng)B接口等國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)警、動(dòng)環(huán)、消防設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)接支持IEC 61850/IEC 104/MODBUS RTU/TCP等國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

5)    多級(jí)平臺(tái)級(jí)聯(lián)

滿足大型系統(tǒng)多級(jí)垂直管理的組網(wǎng)方案，方便建立多級(jí)管理，平臺(tái)采用的域技術(shù)使得級(jí)聯(lián)可以自頂向下實(shí)施，也可以從下向上逐級(jí)聯(lián)網(wǎng)，可以滿足各地區(qū)先單獨(dú)組網(wǎng)、上級(jí)再集中聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)方式。

四、主要功能

4.1    報(bào)警聯(lián)動(dòng)

報(bào)警聯(lián)動(dòng)適用范圍包括：周界報(bào)警、門禁報(bào)警、移動(dòng)偵測(cè)報(bào)警、溫濕度報(bào)警、視頻報(bào)警、設(shè)備及服務(wù)器故障報(bào)警、人員定位報(bào)警等。

平臺(tái)支持一點(diǎn)報(bào)警多攝像機(jī)視頻聯(lián)動(dòng)、多設(shè)備控制聯(lián)動(dòng)、支持用戶布撤防、手動(dòng)消警，按計(jì)劃自動(dòng)自動(dòng)布撤防、設(shè)置報(bào)警取消延時(shí)等功能。

報(bào)警發(fā)生可自動(dòng)觸發(fā)一系列的響應(yīng)動(dòng)作：

1)發(fā)出報(bào)警提示音；

2) 彈出報(bào)警提示窗口，實(shí)時(shí)通知用戶；

3)真人語(yǔ)音播報(bào)；

4)自動(dòng)切換至相應(yīng)攝像機(jī)視頻圖像，有預(yù)置位的自動(dòng)切換至預(yù)置位，同時(shí)監(jiān)測(cè)畫面OSD疊加報(bào)警信息；

5)抓拍聯(lián)動(dòng)抓拍攝像機(jī)視頻圖像，通過(guò)短信、ftp、郵件等方式上傳服務(wù)器；

6) 聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，如啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)照明、警笛、風(fēng)機(jī)、門等；

7)啟動(dòng)報(bào)警錄像，方便以后根據(jù)報(bào)警信息檢索回放相應(yīng)的圖像錄像；

8)生成報(bào)警事件記錄。

4.1.1    常見(jiàn)聯(lián)動(dòng)預(yù)案

1)    安全警衛(wèi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)

通過(guò)電子圍欄、紅外對(duì)射，小動(dòng)物探測(cè)器等觸發(fā)入侵報(bào)警，聯(lián)動(dòng)打開視頻圖像進(jìn)行抓拍與錄像，實(shí)時(shí)播放告警語(yǔ)音、聯(lián)動(dòng)警笛發(fā)聲警示、發(fā)送提醒短信。

2)    環(huán)境量告警聯(lián)動(dòng)

溫度超限告警，平臺(tái)通過(guò)接入的空調(diào)控制器，自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)空調(diào)進(jìn)行開機(jī)制冷或者制熱；濕度超限告警則聯(lián)動(dòng)相應(yīng)區(qū)域的風(fēng)機(jī)或者除濕器進(jìn)行除濕，發(fā)送提醒短信。

3)    有害氣體聯(lián)動(dòng)

檢測(cè)到SF6，H2S,O3,CO等有害氣體濃度超標(biāo)后，聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，發(fā)送提醒短信。

4)    刀閘動(dòng)作視頻聯(lián)動(dòng)

后臺(tái)服務(wù)監(jiān)測(cè)到刀閘開關(guān)動(dòng)作信號(hào)時(shí)，主動(dòng)打開對(duì)應(yīng)的照明燈光，自動(dòng)彈出關(guān)聯(lián)的視頻，調(diào)用預(yù)置位轉(zhuǎn)到預(yù)定角度位置，觀看開關(guān)刀閘的實(shí)時(shí)閉合狀態(tài)。

4.2    查詢統(tǒng)計(jì)

4.2.1    報(bào)警事件查詢

事件記錄查詢界面截圖

可按照時(shí)間、地點(diǎn)、報(bào)警類型等多種組合方式查詢歷史報(bào)警信息。顯示歷史報(bào)警信息，包括報(bào)警的名稱、區(qū)域名稱、類型、報(bào)警類型、報(bào)警級(jí)別、發(fā)生時(shí)間、狀態(tài)、描述、確認(rèn)狀態(tài)、確認(rèn)人、確認(rèn)時(shí)間等。

4.2.2    模擬量數(shù)據(jù)記錄查詢

歷史環(huán)境數(shù)據(jù)記錄查詢界面

可按照資源子類型、時(shí)間、報(bào)警狀態(tài)等多種組合方式查詢歷史模擬量數(shù)據(jù)記錄。查詢結(jié)果以列表和圖表方式顯示，內(nèi)容包括模擬量節(jié)點(diǎn)名稱、區(qū)域名稱、類型、數(shù)值、報(bào)警狀態(tài)、事件類型、事件子類型、事件發(fā)生時(shí)間、更新時(shí)間等。

4.2.3    進(jìn)出記錄查詢

人員進(jìn)出記錄查詢界面

可按照門節(jié)點(diǎn)、進(jìn)出人員姓名、卡號(hào)、進(jìn)出方向、操作類型、時(shí)間、報(bào)警狀態(tài)等多種組合方式查詢?nèi)藛T進(jìn)出記錄。查詢結(jié)果以列表方式顯示，內(nèi)容包括門名稱、區(qū)域名稱、門狀態(tài)、方向、操作類型、操作人員、卡號(hào)、人員部門、發(fā)生時(shí)間等。

4.2.4    操作日志查詢

操作日志記錄查詢界面

系統(tǒng)記錄用戶的操作信息，并提供查詢功能，能夠?qū)τ脩舻牟僮鬟M(jìn)行追溯。提供按操作類型、用戶、時(shí)間段、事件類型多個(gè)搜索條件的查詢。

4.3    系統(tǒng)網(wǎng)管

平臺(tái)能夠統(tǒng)一管理監(jiān)視系統(tǒng)中服務(wù)器及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)上報(bào)異常情況。

對(duì)于中心服務(wù)器，對(duì)服務(wù)器及后臺(tái)運(yùn)行服務(wù)進(jìn)行監(jiān)視并分析系統(tǒng)性能，包括：CPU負(fù)荷率、內(nèi)存使用率、磁盤使用率等。

對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)接入的前端設(shè)備，對(duì)于各子系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)、單個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)視。

系統(tǒng)服務(wù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

視頻接點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

控制節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面

五、運(yùn)行環(huán)境

5.1    硬件環(huán)境

5.1.1    服務(wù)器

1)小型規(guī)模

   CPU：Intel Xeon E3-1230 V2 3.3GHz及以上 ；

   內(nèi)存：4G DDR3及以上內(nèi)存；

   網(wǎng)卡：Intel 1000M NIC*2；

2) 中大型規(guī)模

   CPU：Intel Xeon E5620 2.4GHz及以上；

   內(nèi)存：4G DDR3及以上內(nèi)存；

   網(wǎng)卡：Intel 1000M NIC*2；

5.1.2    客戶端工作站

   CPU：Intel /AMD雙核，2.4GHz及以上；

   內(nèi)存：4G DDR3及以上內(nèi)存；

   網(wǎng)卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的網(wǎng)卡；

5.2    軟件環(huán)境

5.2.1    操作系統(tǒng)

后臺(tái)管理服務(wù)建議使用Windows Server 2008(32/64)或Windows Server 2012操作系統(tǒng)；

客戶端建議使用Windows 7或Windows 10操作系統(tǒng)；

BS客戶端推薦使用IE8-IE11。

5.2.2    數(shù)據(jù)庫(kù)

平臺(tái)缺省使用MySQL，雖然也可兼容其他主流數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，考慮到兼容性因素，非特殊情況下不建議更換到其他數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。

支持的數(shù)據(jù)庫(kù)：MySQL、SQL Server、Oracle。

六、性能指標(biāo)

6.1    系統(tǒng)容量

1）前端設(shè)備

－ 可管理的攝像機(jī)數(shù)量：≥30000臺(tái)。

－ 單臺(tái)流媒體服務(wù)器并發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)視頻數(shù)量：≥300路（2Mb/s碼流）。

－ 單臺(tái)報(bào)警功能服務(wù)器每秒轉(zhuǎn)發(fā)消息數(shù)量：≥500條。

2）用戶管理

－ 可管理的最大用戶數(shù)量：≥3000。

－ 同時(shí)在線用戶數(shù)：≥1500。

6.2    實(shí)時(shí)性

－ 理想網(wǎng)絡(luò)情況下，實(shí)時(shí)視頻、音頻數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延< 1000ms。

－理想網(wǎng)絡(luò)情況下，視頻圖像切換響應(yīng)時(shí)延<1s。

－理想網(wǎng)絡(luò)情況下，云臺(tái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)延<1s。

－理想網(wǎng)絡(luò)情況下，報(bào)警觸發(fā)后，在監(jiān)控中心內(nèi)觸發(fā)并啟動(dòng)視頻顯示和記錄所需的直接聯(lián)動(dòng)響應(yīng)時(shí)間<2s。

七、案例展示

GIS局放監(jiān)測(cè)

SF6微水密度監(jiān)測(cè)

SF6氣體濃度監(jiān)測(cè)

避雷器在線監(jiān)測(cè)

歷史報(bào)警

歷史數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)視頻

錄像回放