移动视频安全管控系统~输电线路在线可视监测系统技术方案

一、      项目背景

输电线路、风电场等野外偏远作业现场通常处于高海拔、地区偏远、异常天气多、突发性群体多等特殊环境中，往往是集高压作业、登高作业、有限空间作业等为一体的特种作业场所，因此作业安全管控是一项复杂的管理工作。工作现场的不安全因素主要体现在以下方面：

（1）作业人员的不安全因素。输电线路、风电场等野外偏远现场的作业人员通常分三类：建设人员、参与单位外包人员、周边人群；建设人员以及参与单位外包人员一般都经过专业培训并持证上岗，熟悉风险点、了解安全管理规程，属于低危安全风险人员；周边人群往往因为好奇而闯入危险区域，不熟悉风险点，不了解安全管理规程，容易造成安全事故，属于高危安全风险人员。

（2）建设人员以及参与单位外包人员的安全危险因素主要体现在：一是精神状态、知识技能水平达不到安全生产的要求；二是参与者拒不守规、安全风险意识差；三是管理疏忽，出现违章、强令冒险作业等状况。

（3）针对工作内容的安全风险点分析不深入，安全措施不到位，安全防护出现漏洞，导致安全事故是主要安全管理问题之一。

（4）安全管理缺乏规范化化程序，作业现场各有标准，导致管理形式主义。

（5）主管安全监察的专责人员配置不足，作业场地多、地点分散、分身乏术、监管难度大、人员管理难，是当前主要安全管理矛盾之一。

（6）安全监管工作以人力劳动为基础，没有智能化分析手段辅助安全预警，工作效率低。

综上所述，实现移动视频安全管控势在必行。

1月7日上午9点，湖北鄂州供电检修分公司员工施贝贝打开远程监控平台，逐一查看400余个安装在“三跨”线路、施工作业隐患点附近的铁塔上的监控摄像头，掌握线路运行状况，并向输电检修班组反馈发现异常情况，及时进行相应处置，确保线路运行安全。

据了解，鄂州铁路、高速公路较为密集，多处输电线路跨越铁路、公路。同时，随着鄂州经济的快速发展，梧桐湖、葛店、华容、庙岭等区域的线下施工作业隐患点较多，为了保障线路运行安全，该公司共对全市“三跨”线路、线下施工作业隐患点安装403套远程监控装置。

“上午7点至9点，平台共发出54条告警信息，我们逐一对监控点进行查看，对发现的异常向班组反馈。”施贝贝指着电脑上的监控图片说，“其中发现110千伏蒲莲桐线t005号铁塔有大型吊车在线下作业，我把现场照片和相关信息向输电检修二班副班长杜攀及时进行了反馈，他立即与施工负责人进行了联系，并赶赴现场进行了安全提醒。”

“这个监控装置不仅可以自动检测线路廊道内的各种施工机械的作业情况，而且对于监控区域内的火灾、烟雾也会进行报警提醒。”施贝贝说。

2021年11月24日，监控系统发出110千伏燕杨线52号铁塔附近发生火灾的报警提醒，杜攀一行火速赶往现场，只见是一辆大型货车发生了着火，消防、公安等人员已经扑灭了火灾隐患。

据了解，403套监控装置由施贝贝等3人进行24小时监控。“平时上班在单位监控大厅进行监控，下班和节假日通过手机上的监控平台进行监控。为了时刻掌握监控点的线路运行情况，我们的手机24小时不关机。”施贝贝说。

该公司相关负责人表示，面对严峻的线路防外破形势，在做好线路巡查和远程监控的同时，下一步，将新装600套远程监控装置，实现220千伏线路远程监控全覆盖，和110千伏线路重要外破隐患点的远程监控，确保输电线路运行安全，确保市民迎峰度冬及春节用电安全。

“请荆门站开始演示。”2021年12月28日，国家电网公司专家组通过视频会议下达特高压远程智能巡视系统验收启动指令。

“收到，各位专家请看大屏，运维人员通过实景地图标注，可直观调用站内各巡视摄像机，还可点选覆盖大型充油设备的全部992项例行巡视点位，实时掌握主变、高抗等重点设备运行情况。”湖北超高压公司负责远程巡视系统调试和验收汇报的运维人员开始逐项汇报。“继续演示一下智能巡视功能。”

“我们根据实际需要和规范要求，共制定了覆盖大型充油设备的40项典型巡视任务，现启动#1主变例行巡视任务。各位请看，系统正自动调用巡视摄像机开展各点位智能巡视，即时生成外观渗漏油、锈蚀、油位、测温等识别结果和异常告警，完全替代人工巡视工作。”

当日，1000千伏荆门特高压站远程智能巡视系统顺利通过国网公司验收，系统功能和运行情况得到了国网专家组的一致认可，标志着特高压大型充油设备彻底告别人工巡视的传统模式。

荆门站位于湖北省荆门市沙洋县境内，是世界首条投入商业化运行的交流特高压试验示范工程落点站，也是正在建设中的华中交流特高压环网枢纽之一，承担着跨区电力输送的重要使命。“随着华中交流特高压环网建设进度的加快，荆门站占地面积和运维设备将进一步扩大，大型充油设备依赖人工巡视将耗费大量人力和时间，与当前变电运维模式数字化转型发展不相符。远程智能巡视系统的上线，是我们破解上述难题和探索转型发展的一次有益实践。”荆门站副站长杨冰感叹道。

据了解，荆门站远程智能巡视系统采用高清视频为主+机器人、无人机冗余配置为辅的模式开展巡视业务，已实现相机点位实景部署与调用、任务自主编排、典型任务自动下发与执行、图像智能分析、结果自动生成与查询、报警统计与人工修正、巡视点位查询与调阅、摄像机与机器人实时监控与控制等核心功能。

相比传统人工巡视，远程智能巡视优势在于：一是智能化、自动化程度高，系统根据预设点位和巡视任务自动开展巡视工作，自动生成巡视报表，通过算法智能识别隐患缺陷、设备状态和表计数值，智能比对分析分相数据和历史数据；二是响应时间快，不受五通要求、人员和机器人巡视时间长的限制，可加密巡视周期；三是受环境影响小，能够在各种恶劣天气条件下根据需要及时开展特巡，采集重要设备的运行状态；四是前端感知设备多样性，能够针对设备例行巡视点位的特点，采用高清视频、机器人、无人机等针对性分配任务，及时发现巡视死角的缺陷隐患。

作为特高压长子，荆门站在国网湖北电力和国网湖北超高压公司的支持下，依托骨干运维力量和高学历人才队伍组建了青年创新团队，承担了《变电站无人化巡视模式及关键技术研究》等一批省、市公司级重点课题，研究成果也在远程智能巡视系统中得到了转化和落地应用。本系统的顺利投运，是荆门站，乃至国网湖北电力和湖北超高压公司在智慧运维道路上探索实践的一个缩影，为加快提升变电运维业务智能化水平，助力电网运检模式变革和数字化转型奠定了良好基础。

二、      设计依据

本项目系统研发设计中，重点参考执行了以下标准与规范，并采用最新版本文件。

标准（文件）号	标准（文件）名称
DL796-2012	《风力发电场安全规程》
DL/T5003－2005	《电力系统调度自动化设计技术规程》
GB35114-2017	《公共安全视频监控联网信息安全技术要求》
GB50348-2004	《安全防范工程技术规范》
YD1392-2005	《无线应用协议(WAP)网关设备技术要求》
YD/T1666-2007	《远程视频监控系统的安全技术要求》
EIA/TIATSB67	《无屏蔽双绞线系统现场测试传输性能规范》
DL/T5002-2005	《地区电网调度自动化设计技术规程》
IEEE802.3	《以太网通讯标准》
GB4798.4	《电工电子产品应用环境条件无气候防护场所使用》
GB12322	《通用性应用电视设备可靠性试验方法》
GB50198	《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
GB50217	《电力工程电缆设计规范》
GBJ115-87	《工业电视系统工程设计规范》
GBT2423.10	《电工电子产品基本环境试验规程》
GB/T6995	《电线电缆识别标志方法》
GA/T367_2001	《视频安防监控系统技术要求》
ITUH.263	《视音频编解码标准》
ITUH.264	《视音频编解码标准》
ISO/IEC14496-2	《MPEG4视音频编解码标准-视听对象的编码（6部分）》
GB/T23001-2017	《信息化和工业化融合管理体系要求》

三、      设计方案

4.1、      设计思路

本项目以“输电线路、风电场等野外偏远现场作业安全管控”为业务核心，以“信息化、规范化、智能化”为系统平台的建设目标，结合高清视频智能终端、4G/5G便携移动通信基站、声光告警联动设备以及人证核验智能感知设备等，基于云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术，构建了一套“智慧工地”的安全管控模型。

以“物联网+互联网”技术为根本，在“输电线路、风电场等野外偏远现场作业安全管控”中推行信息化、规范化和智能化管控，把各个工作项目按照规范的业务流程、执行标准、安全措施等执行远程视频监管，降低监管人员工作量、提高远程监管工作效率；针对违规行为增强技术发现能力——让和“联动预警”发挥更多的技术优势，针对安全管控工作增强安全保障。

在设计思路上，本项目系统重点把控三个方面：

（1）针对系统平台

按各工作票及安全监管要求，让具有安全监管职责人员通过PC个人办公电脑、集中监管数据大屏、手机APP等可随时远程在线查看工作现场情况；可远程纠正/制止违规行为；可对违规行为远程抓拍、录像，以此开具处罚措施并闭环管理。

从服务软件系统架构方面，应低耦合、易扩展、易增容、安全稳定；针对网络安全、数据安全、数据共享、数据分析等方面应具有可控的、适宜的技术手段。

（2）针对通信网络

输电线路、风电场等野外偏远现场到各业务管理中心的网络通信是项目系统关键内容之一；由于电力数据通信网络还不完善，目前专网通信仅用于电力调度信息传输，有些未投运输电线路、风电场等建设前期还不具备专网通信条件；因此，本项目网络通信暂时以“公网通信”为主体，以4G/5G电信运营通信网络为基础，在不具备4G/5G通信网络而需应急通信条件下可扩展卫星通信传输，实现“输电线路、风电场等野外偏远现场作业安全管控”的前端设备与后端服务平台之间数据通信。

由于4G/5G电信运营通信网络具有通信盲区，在输电线路、风电场等野外偏远现场1km以内可通过“4G/5G便携中继基站”的选位和临时架设，将4G/5G通信网络从信号质量优良位置中继传输到工作现场的各种移动终端设备，从而解决移动终端设备因工作现场信号盲区而无法通信的问；如果1km以内找不到4G/5G通信网络优质信号位置，则只能进行本地数据保存，待网络恢复通信后再同步于服务器平台。

（3）针对现场移动终端：

针对输电线路、风电场等野外现场，可配置安全帽终端、升降杆终端、塔管便携磁吸终端等多样性移动设备，以满足各种工作环境应用。安全帽终端适合由现场的项目负责人或安全负责人佩戴，随时拍摄现场工作情况，又解放双手不影响其它管理工作。升降杆终端适合固定式临时架设，全局预览工作现场，可通过软件平台进行方向调整、远景/近景调整等；可针对违规行为进行抓拍、录像。塔管便携磁吸终端重点应用于风机塔管机舱内部工作场景，以“便携、小巧”为特点，以磁吸方式非常方便地安装于塔管内部，可在塔管内部全面监视工作行为和安全措施。

各种终端设备的主要功能包含三方面：（A）作为音视频采集设备将工作现场实况远传到服务器平台。（B）具有声光报警联动输出，当后台监管人员发现违规或危险时，可直接通过终端设备利用语音、报警器等向监管现场发出告警提醒，及时制止危险违规行为，有效预防安全事故。（C）当网络状况不好时，可以负责本地化数据存储，实现本地化安全监管和后期数据同步上传功能。

江阴公司输电运检班先后展示了输电移动巡检作业、输电通道远程智能巡视+网格化应急处置、无人机全自主巡检三大特色业务场景，演示了班组在设备台账、工作票在线办理、移动作业、无人机自主巡检、输电通道远程智能巡检等方面的建设情况。

 

自今年8月示范区建成以来，通过输电通道智能可视化应用和无人机全自主巡检，结合移动巡检作业终端，江阴公司输电运检班累计发现输电线路通道危险源预警93次，及时处置异物挂线3处，确认并处理设备缺件、超温等线路缺陷45处，大大提高了缺陷和隐患发现率，为设备安全运行提供了强有力的支撑。

4.2、      设计原则

充分考虑项目建设和日后运维工作，在系统设计过程中主要遵循以下原则：

（1）先进性：在系统建设、产品选型中，结合行业内当前先进技术发展趋势，遵循国际或国家有关通用标准、协议和规范；高清视频设备及图像压缩、编码、码流、传输均采用国内外广泛应用技术与产品；技术框架和产品设备在今后5年内保持不落后、不淘汰、不下线、不停产，并能适应可持续发展。

（2）可靠性：采用成熟、稳定、完善、通用的技术设备，服务器系统能够保证全天候长期稳定运行，移动终端设备按规定充电维护后能随时架设启用，有完备的技术培训和技术支持体系。

（3）实用性：设计合理、架构简洁、功能完备、切合实际，能有效提高工作效率，满足风电场现场作业安全管控的管理需求。

（4）经济性：体现高性价比，充分利用现有设备和资源，综合考虑系统的建设、升级和维护，不盲目投入。

（5）安全性：采用防火墙等专项安全技术，针对系统、网络、设备、中心机房和前端设备降低受病毒感染、黑客攻击的风险；针对防雷击、过载、断电等异常状况，采用UPS不间断电源运行方式，网络传输中专用基站采用防雷模块保护。

（6）扩展性：系统、设备、接口具有可扩展、可兼容性，系统规模和功能应易于扩充，系统配套软件具有升级能力。

（7）可操作性：提供清晰、简洁、友好的中文操作界面，操控简便、灵活，易学易用，便于管理和维护，能自动纠错和系统恢复。

（8）兼容性：整体设计上遵从相关标准，以保证系统与电力其他系统资源整合对接。

4.3、      系统优势

本项目系统针对“输电线路、风电场等野外偏远现场作业安全管控”的具有典型的针对性优势，以此来更好的解决作业安全管理瓶颈。主要优势如下：

（1）采用“云服务”方式，构建“移动视频安全管控”的云平台；以“用户自行建设硬件资源”为基础，为本项目配置满足技术要求的专项服务器设备、网络通信设备、数据存储设备、防火墙安全设备等，搭建私有云平台。

（2）在“4G/5G通信网络”应用中，采用“三网通”技术配置，以此优选网络服务商；针对输电线路、风电场等野外偏远现场的特殊环境（通常信号覆盖质量不好），配置中继路由基站，可1km以内针对性的优选基站位置和信号质量，然后让移动终端设备与基站之间通过临时Wlan组网完成中继传输，这样就解决了移动终端设备因使用地点通信网络问题而无法有效远传数据的困境。

（3）中继基站预留了卫星通信接口，可在配有便携卫星通信设备的条件下，直接将移动终端设备通过卫星通信与云服务平台建立有效通信，解决应急指挥状态下的卫星通信链路扩展。

（4）多样的移动终端设备，满足多种工作场景安全监管；例如：采用升降杆终端，满足对工作现场的全景监察；采用塔管便携磁吸终端，可对塔管机舱内狭小空间全景监察；采用安全帽终端，可通过项目负责人移动式检查现场安全措施执行情况。

四、      系统架构

本项目系统软件架构上，通过逻辑分层隔离层间变化，降低资源和子系统耦合，支持物理部署和运维的灵活性。按照MVVM技术路线，提出每个层次典型技术要求和业务规划，以便于后续系统实现。

该项目系统包含两部分：一是服务平台，二是部署在作业现场的终端设备。在作业现场部署的终端设备又包含：移动视频采集终端设备、移动便携中继基站。移动终端设备与移动便携中继基站组网传输，最后通过中继基站的4G/5G通信网络与云平台实现数据通信。在总部各相关管理处室，通过PC电脑访问服务器，即可对作业现场实现远程智能监管。

图5-1 网络架构图

五、      软件平台

系统软件设计严格按照J2EE五层逻辑层次进行划分，其相互对应关系如下表：

设计过程中严格定义软件接口，便于系统后期的升级与扩展。采用C/S架构，共三层逻辑层，即客户端、服务端和数据库。

软件开发环境：Visual Studio 2015

应用程序服务器：Inter酷睿八核处理器，16TB硬盘，32GB内存，100M/1000M以太网

数据库服务器：Inter酷睿八核处理器，2TB硬盘，8GB内存，100M/1000M以太网

技术架构图如下：

客户端软件安装在PC机上，通过网络与远端数据服务器相连，实现远程控制、语音对讲和图像浏览功能。该软件的主要功能有：

◆   用户管理、实时视频预览、实时语音对讲、录像抓图、远程录像和数据下载回放等。

◆   支持设置参数、云台控制、回放录像等操作。

◆   能根据现场情况对压缩参数进行自定义调整，在码率和图像质量之间获得更好的平衡。

◆   支持监控一体化，实时监看与控制：可选择单画面或多种画面显示模式，每个通道可独立设置及控制其前端的球型摄像机或云台。

六、      通信网络及中继基站

本项目系统所涉及的工作现场基本都不具备采用电力专网传输本平台数据的硬件资源，因此采用4G/5G通信，具体参考以下内容：

7-1便携基站

（1）由于作业现场可配备多台移动终端设备；当作业现场4G/5G网络覆盖不好，而移动终端设备部署位置受限（必须信号不好的地方架设部署），会造成移动终端设备无法完成数据通信，也无法实现局部数据单独组网。

（2）中继基站分三种：在工作现场100米以内，如果能找到4G/5G通信覆盖好的位置点，可直接部署A型中继基站（“全向无线WLAN”转“4G/5G通信网络”），否在部署B型基站（“全向无线WLAN”转“定向无线远传WLAN”），然后在1km以内寻找4G/5G通信覆盖好的位置点并部署C型基站（“定向无线远传WLAN”转“4G/5G通信网络”），将B型基站和C型基站各自定向无线远传收发器调整在视距范围的定向角度内，实现数据网络远传正常收发即可。

（3）多个移动终端设备与“全向无线WLAN”之间按统一的接口参数匹配，网络连接成功后即可正常组网通信；B型基站和C型基站的两个“定向无线远传收发器”按统一接口参数匹配，网络连接成功后即可正常通信。移动终端设备也可单独配置通信卡，在信号质量好的地点直接通信。

（4）4G/5G通信网络基站采用全网通模式，可选择中国移动、中国联通、中国电信中任意一家网络服务商，插入流量卡、正常缴费、设备上电后即可实现4G/5G通信。

（5）对4G升级5G，只需匹配4G/5G通信网络基站硬件模块，无线对多种移动终端设备进行升级改造，适用性强。

（6）中继模式有效解决了塔管机舱内部监视设备的网络信号传输问题，在机舱口部署中继基站即可。

（7）中继基站安装采用升降式三脚架，高度1.5米可升高至4米，安装便捷、携带方便。

（8）4G/5G基站的基本参数及性能

名称	设备参数
4G/5G 中继传输基站	u  LTE频段：4G全网通（支持5G） u  天线类型：棒状天线 u  增益：8dbi u  WiFi天线：24dbi u  WiFi协议：IEEE802.11b/g/n/ac u  尺寸：47x25x5cm u  重量：1.45kg u  最大功率：25w u  工作温度：-40℃～70℃ u  工作湿度：5%～95%RH(无凝露） u  供电：DC8～30V u  接口：RJ45、SFP