《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于云的電力監(jiān)控視頻故障管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2014年電子技術(shù)應(yīng)用第6期
姚 楠1, 余 勁2
1. 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院, 江蘇 南京210037; 2. 南京大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)
摘要: 針對(duì)目前電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備種類和數(shù)量不斷增多、視頻故障頻發(fā)影響正常電力調(diào)度、視頻監(jiān)控管理越來(lái)越依靠網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)象,在研究電力視頻故障檢測(cè)云平臺(tái)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于云的電力視頻故障管理系統(tǒng),使故障維修具有實(shí)時(shí)性和目的性,滿足大規(guī)模數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)需求,提高了電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。
中圖分類號(hào): TM764.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
文章編號(hào): 0258-7998(2014)06-0140-03
Design of electric video monitoring malfunction management system based on cloud
Yao Nan1, Yu Jin2
1. Jiangsu Electric Power Company Research Institute, Nanjing 210037, China;2. College of Computer Science and Technology, Nanjing University, Nanjing 210037, China
Abstract: Aiming at the problems such as the increasing of monitoring malfunction devices, the high failure rate of video equipments which result in power dispatching difficulty, is more and more significance of Network in video management, this paper presents a new system of electric video monitoring malfunction management based on the electric video monitoring cloud. The problem of the reliability of electric video monitoring system is solved, which can meet the needs of video monitoring system operation and maintenance, by improving the real-time repairing and purposiveness.
Key words : cloud; electric video; monitoring malfunction management; system design

       電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由模擬到數(shù)字、由錄像人工檢查到狀態(tài)智能分析、由實(shí)地操作到遠(yuǎn)程遙控的過(guò)程[1]。目前電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中,設(shè)備的種類和數(shù)量不斷增多,故障率居高不下,不僅影響正常的電力調(diào)度工作,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致國(guó)民經(jīng)濟(jì)受到難以彌補(bǔ)的損失。因此一旦視頻監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障,需要快速及時(shí)地實(shí)現(xiàn)故障定位并派遣維修人員到現(xiàn)場(chǎng)。

        電力監(jiān)控設(shè)備分散在各變電站站端系統(tǒng)中,地理位置差別較大,如果都派人值守,會(huì)浪費(fèi)大量的人力和物力[2],與“建設(shè)無(wú)人值守變電站”的目標(biāo)相沖突。本文設(shè)計(jì)了基于的電力視頻故障管理系統(tǒng),整合了云平臺(tái)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制方法[3-4]。利用該系統(tǒng),電力管理人員能夠?qū)崟r(shí)查看各個(gè)監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài),發(fā)現(xiàn)故障地理位置信息和故障原因。維修人員在已知故障類型和地點(diǎn)的情況下,能夠做到有的放矢,加快維修速度,提高維修質(zhì)量,保證設(shè)備的利用率和可靠性。

1 故障管理與電力視頻云平臺(tái)研究

        故障管理的目的是對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷、報(bào)告和記錄,其核心技術(shù)是對(duì)故障信息智能檢測(cè)、分類管理和歷史維修記錄分析[5-6]。根據(jù)故障發(fā)生的原因和常見(jiàn)的類型進(jìn)行數(shù)據(jù)特征分析,系統(tǒng)功能如圖1所示。

        將故障管理分為如下幾個(gè)步驟:(1)故障檢測(cè),查找異常狀態(tài);(2)對(duì)異常視頻信息智能分析分類;(3)故障報(bào)警,提示派遣維修人員;(4)記錄處理過(guò)程和結(jié)果。結(jié)合目前電力視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的建設(shè)情況,可以將故障管理系統(tǒng)作為一種云服務(wù),從而充分利用已有硬件資源,節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。電力視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)的主要思路是利用基礎(chǔ)硬件資源獲得虛擬化的資源池,由主服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一的資源分配和調(diào)度管理,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        基于云的電力視頻故障管理系統(tǒng)屬于VSaaS(監(jiān)控軟件即服務(wù)),同時(shí)利用IaaS(基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù))和PaaS(平臺(tái)即服務(wù))實(shí)現(xiàn)對(duì)底層資源的訪問(wèn)、信息采集、分析處理和云存儲(chǔ)。將大運(yùn)算量的視頻故障智能分析融入云計(jì)算方法能夠最大化資源利用率。管理員使用Web接口方式就能獲得實(shí)時(shí)、統(tǒng)一的故障信息,并且維修人員的操作記錄和處理結(jié)果將有據(jù)可查。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 邏輯和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

  系統(tǒng)在邏輯上分為三層:信息接口層、業(yè)務(wù)處理層和管理層。其中信息接口層主要負(fù)責(zé)與外部系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互,實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控設(shè)備的直接控制、視頻數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和壓縮、通信傳輸?shù)裙δ?;業(yè)務(wù)處理層主要進(jìn)行任務(wù)分配和數(shù)據(jù)計(jì)算,實(shí)現(xiàn)視頻信息分析、故障分類、維修幫助、歷史記錄等功能;管理層用于高級(jí)用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理和權(quán)限分配。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        視頻數(shù)據(jù)首先在云平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后經(jīng)由各級(jí)路由器或HUB傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)采用H.264壓縮技術(shù)和TCP通信協(xié)議,管理器通過(guò)光端機(jī)或者微波設(shè)備對(duì)網(wǎng)管代理發(fā)出指令,網(wǎng)管代理返回結(jié)果,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理功能[7]

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

        由于系統(tǒng)是基于云平臺(tái)建設(shè),因此硬件方面主要利用云平臺(tái)已有資源,增置施工人員的專用客戶端,結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        高級(jí)和中級(jí)用戶僅需配置可連接互聯(lián)網(wǎng)的普通計(jì)算機(jī),安裝相關(guān)軟件,即可實(shí)現(xiàn)視頻故障管理。根據(jù)派單施工人員所需的功能對(duì)專用客戶端進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì),通過(guò)軟硬件配合完成故障施工記錄和實(shí)時(shí)通信功能。

3 系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)

        故障管理系統(tǒng)的目的是對(duì)監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行日常的維護(hù)和管理工作,其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)人性化、操作性強(qiáng)、可定制的高度靈活界面;(2)遠(yuǎn)程監(jiān)控視頻調(diào)用,系統(tǒng)閑置時(shí)自動(dòng)巡檢;(3)自動(dòng)報(bào)告設(shè)備的故障信息,更新至云服務(wù)器;(4)用戶權(quán)限管理;(5)環(huán)境兼容性和功能可擴(kuò)展,能在不同的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)上正常使用,并允許用戶自行編寫功能擴(kuò)展程序;(6)安全性,通過(guò)非對(duì)稱式加密算法和多重密碼認(rèn)證保證管理權(quán)限,拒絕未授權(quán)用戶的訪問(wèn)申請(qǐng),保障系統(tǒng)安全[8-9]。

        根據(jù)以上特點(diǎn),將故障管理系統(tǒng)軟件分為三部分:(1)客戶端。其功能主要是根據(jù)授權(quán)用戶的權(quán)限級(jí)別,載入與之對(duì)應(yīng)的配置信息和功能,Web采用ActiveX控件。(2)服務(wù)端。為客戶端提供視頻調(diào)用、故障報(bào)警和數(shù)據(jù)記錄服務(wù),還能夠監(jiān)測(cè)客戶端的用戶名、使用權(quán)限、IP地址、連接通道和狀態(tài)信息。(3)管理端。高層管理終端能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置,包括用戶信息更改、報(bào)警設(shè)置、視頻監(jiān)控設(shè)備增刪等功能。

        由于系統(tǒng)軟件功能龐大,以下面視頻故障監(jiān)測(cè)處理為例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

3.1 故障處理流程

        視頻故障監(jiān)測(cè)處理的流程如圖5所示。

        當(dāng)系統(tǒng)巡檢發(fā)現(xiàn)視頻故障時(shí),立刻向管理員報(bào)警,同時(shí)提取當(dāng)前視頻數(shù)據(jù)和歷史記錄進(jìn)行分析,對(duì)視頻故障分類(包括圖像丟失、圖像失真、云臺(tái)損壞不可靠和鏡頭抖動(dòng)等)并記錄;管理人員發(fā)現(xiàn)警報(bào)后在系統(tǒng)中錄入故障申報(bào)單,選擇維修施工單位;系統(tǒng)將故障單轉(zhuǎn)發(fā)給具備維修能力的最近施工單位;監(jiān)控施工進(jìn)度,為維修人員提供幫助;完工后由施工人員填寫故障原因和處理結(jié)果,系統(tǒng)將該次故障處理信息保存至云服務(wù)器,形成數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

        視頻故障監(jiān)測(cè)處理過(guò)程首先需要調(diào)用設(shè)備視頻信息數(shù)據(jù),然后進(jìn)行分析,得到處理方案和結(jié)果,并記錄維修過(guò)程信息。代碼部分包括初始化監(jiān)控設(shè)備、調(diào)用視頻數(shù)據(jù)、分析處理和跟蹤維修進(jìn)度等幾個(gè)方面(詳細(xì)代碼略)。工作過(guò)程:首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化,使之能夠與服務(wù)器通信;然后進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的獲取,對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,正常則返回巡檢程序,如有異常則判斷為故障并報(bào)警;實(shí)時(shí)跟蹤維修進(jìn)度;維修完成后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并上傳至云服務(wù)器。

        電力視頻故障管理系統(tǒng)是基于電力視頻監(jiān)控云平臺(tái)架構(gòu)的服務(wù)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理、設(shè)備監(jiān)控、故障報(bào)警維修和資源共享,提高了故障維修的實(shí)時(shí)性和目的性,滿足大規(guī)模數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)需求,解決了電力視頻監(jiān)控的可靠性問(wèn)題。未來(lái)還可以在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控視頻的智能化、集中化管理[10]

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