變電站輔助控制系統提升系統運行管理效率

一、總體介紹

1.1     概述

變電站輔助控制系統是一套“集成化"、“數字化"、“智能化"的安防綜合管理集成平臺，整合了在線監測、視頻監控、可視對講、動力環境、安全警衛、門禁、設備控制、火災報警等子系統，并對實現一個平臺下多個子系統的統一管理與相互之間的聯動，真正實現了“一體化、智能化"管理，大大提升了整個系統的運行效率。

變電站輔助控制系統是自主研發的基于SOA系統架構的集成多系統的聯網平臺，采用先進的軟硬件開發技術，解決了系統集中管理、多級聯網、信息共享、互聯互通、多業務融合等問題。

變電站輔助控制系統主要面向電力能源行業，通過資源抽象、統一接入等技術手段實現對多個業務系統的一體化集成展示，大大減少了日常運維的難度和工作量，提高了系統運行管理效率，為安全生產提供了直觀有效的技術支撐。

1.2    變電站輔助控制系統平臺軟件技術標準

本軟件的設計功能、性能指標滿足行業相關標準、規范規定（包括但不限于）的要求：

◆ GB/T28181-2011 《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》

◆ 國家電網公司企業標準（Q/GDW 517.1-2010） 《電網視頻監控系統及接口》

◆ DL/T860-2016  《電力自動化通信網絡和系統》

◆ DL/T634.5104-2009 《遠動設備及系統》

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

◆ IETF RFC 2326《實時流媒體傳輸協議（RTSP）》                                    

◆ IETF RFC 3261《會議初始化協議（SIP）》                                                

◆ IETF RFC 3550《實時傳輸協議（RTP）》                                          

◆ IETF RFC 3551《實時傳輸控制協議（RTCP）》                                

◆ ITU H.264《視音頻編解碼標準》                        

◆ ITU-T G.711《音頻編解碼標準》    

◆ ITU-T G.722《音頻編解碼標準》                      

◆ ITU-T G.726《音頻編解碼標準》

二、總體設計

2.1    變電站輔助控制系統平臺軟件業務組成

業務功能組成圖

變電站輔助控制系統遵循SOA理念，采用模塊化、插件化設計，業務功能按需組合，具備冗余部署能力，保證系統業務高可用。從技術結構上主要分為以下幾個層次：

1)    基礎接入層。對操作系統、數據庫、安全加密、設備接入及多媒體協議的封裝，屏蔽差異，兼容多廠商、多種類、多協議的各種異構硬件，實現上層應用的平臺無關性，提高運行效率和系統兼容性。

2)    平臺服務層。在平臺服務層除了提供授權認證、設備管理、報警管理、數據采集、設備控制、流媒體轉發服務、存儲服務、聯動服務等，還提供第三方系統接入服務和平臺互聯管理服務，支持平臺互聯互通。

3)    業務層。通過常用業務的歸納、封裝，提供了視頻、報警、設備控制、數據采集、查詢統計、系統管理等RESTful API形式的業務接口，方便展現層及第三方系統調用。

4)    展現層。通過API接口調用業務層提供的各種服務接口，將具體功能展現給最終用戶。

2.2    平臺組成

1)    中心管理服務。作為云平臺的承載服務，是整個系統的核心組件，能夠提供統一的認證、授權、管理服務。作為管理服務器，對系統內的用戶、角色、權限、視頻監控設備、進行集中配置管理；作為應用服務器，提供各類安防監控業務，提供完善的日志管理和審計功能。  

2)    流媒體服務。支持實時視頻數據的轉發及分發；支持存儲數據的回放 點播(VOD)；支持QoS管理，對帶寬進行合理使用；支持用戶和事件的優先級管理；支持級聯和分布式部署；支持視頻流相關的統計信息。

3)    存儲服務。支持集中云存儲管理模式，也支持DVR存儲的分布式存儲方式；支持PB級海量音視頻數據存儲、快速檢索及智能后檢索；支持靈活的備份策略。

4)    報警功能服務。

報警功能服務是平臺最核心的業務模塊之一，統一管理視頻報警、動力環境數據報警、報警主機報警、門禁報警、消防報警及其他方式觸發的報警等。

報警功能服務可以直接接收處理設備上報的報警事件，也可根據預設規則對從設備端采集的狀態數據進行分析確認。

報警功能服務接收到新的報警事件后，基于消息隊列負責對系統中所有訂閱的服務及用戶進行消息推送。

5)    設備代理服務

采用插件機制，接入各類設備，接收、傳輸、控制各類媒體信令流，簡化設備接入應用開發，對上層提供標準統一的接口，對下完成設備的配置和控制。

根據應用場景，分為IO設備代理服務和流媒體代理服務兩種。

三、變電站輔助控制系統提升系統運行管理效率平臺特點

1)     高可靠性

平臺內部的關鍵服務均支持主備或多主模式部署運行，可有效防范因硬件或網絡故障引起的系統異常。

平臺內部服務的高可靠性則采用了狀態監測、強制恢復、服務遷移等多種機制。所有服務基于SOA消息總線進行數據交互，各服務定期上報各自的運行狀態，中心管理服務負責匯總監視服務運行狀態，一旦發現異常立即處置異常服務，并通知其他相關服務做好應付準備。針對單機模式運行的異常服務，在重啟完成后相關服務自動恢復對接；針對多機運行的異常服務，相關服務則選擇主動切換服務。中心管理服務在多次重啟異常服務后，如仍無法保證系統整體功能運行正常，則會主動重啟服務器。

平臺內所有服務都具有錯誤檢測和恢復機制，出現服務不可用、數據庫或網絡故障情況時，能夠自動激發恢復機制，周期性嘗試恢復正常狀態。

同時，平臺還專門設計了軟件看門狗服務，由它負責監視中心管理服務的運行狀態及異常處理。軟件看門狗服務功能單一，自身可靠性高，從而確保平臺可達到電信級7*24小時可靠運行，為用戶提供可靠的服務。

2)    擴展性好

采用模塊化設計，平臺中的各個服務可運行在一臺服務器上，也可分布在多臺服務器上。

系統中的某項業務功能可配置成由服務的單個實例完成，也可配置成由多個實例共同分擔完成。例如：流媒體服務負責接入1000臺NVR設備，可配置在1臺服務器上完成，也可配置在2臺服務器上，每臺服務器的流媒體服務實例各負責接入500臺。

3)    開放度高

采用統一的設備接入規范和插件機制，完成對視頻、報警、動環、消防、門禁等各類設備接口的差異性屏蔽和整體接入，新設備加入平臺只需按接口規范完成插件開發，在配置后即可接入平臺。

采用RESTful API形式開放平臺所有的業務接口，結合SDK或控件可完成客戶端已實現的所有功能。

4)     標準化程度高

采用標準的國際規范和協議，可以方便與其它業務系統對接，方便進行二次開發。平臺內部視頻設備或系統對接支持ONVIF/GB-28181/國網B接口等國際或國家標準，報警、動環、消防設備或系統對接支持IEC 61850/IEC 104/MODBUS RTU/TCP等國際或國家標準。

5)    多級平臺級聯

滿足大型系統多級垂直管理的組網方案，方便建立多級管理，平臺采用的域技術使得級聯可以自頂向下實施，也可以從下向上逐級聯網，可以滿足各地區先單獨組網、上級再集中聯網的建設方式。

四、主要功能

4.1    報警聯動

報警聯動適用范圍包括：周界報警、門禁報警、移動偵測報警、溫濕度報警、視頻報警、設備及服務器故障報警、人員定位報警等。

平臺支持一點報警多攝像機視頻聯動、多設備控制聯動、支持用戶布撤防、手動消警，按計劃自動自動布撤防、設置報警取消延時等功能。

報警發生可自動觸發一系列的響應動作：

1)發出報警提示音；

2) 彈出報警提示窗口，實時通知用戶；

3)真人語音播報；

4)自動切換至相應攝像機視頻圖像，有預置位的自動切換至預置位，同時監測畫面OSD疊加報警信息；

5)抓拍聯動抓拍攝像機視頻圖像，通過短信、ftp、郵件等方式上傳服務器；

6) 聯動控制設備，如啟動現場照明、警笛、風機、門等；

7)啟動報警錄像，方便以后根據報警信息檢索回放相應的圖像錄像；

8)生成報警事件記錄。

4.1.1    常見聯動預案

1)    安全警衛報警聯動

通過電子圍欄、紅外對射，小動物探測器等觸發入侵報警，聯動打開視頻圖像進行抓拍與錄像，實時播放告警語音、聯動警笛發聲警示、發送提醒短信。

2)    環境量告警聯動

溫度超限告警，平臺通過接入的空調控制器，自動控制對應空調進行開機制冷或者制熱；濕度超限告警則聯動相應區域的風機或者除濕器進行除濕，發送提醒短信。

3)    有害氣體聯動

檢測到SF6，H2S,O3,CO等有害氣體濃度超標后，聯動風機進行通風，發送提醒短信。

4)    刀閘動作視頻聯動

后臺服務監測到刀閘開關動作信號時，主動打開對應的照明燈光，自動彈出關聯的視頻，調用預置位轉到預定角度位置，觀看開關刀閘的實時閉合狀態。

4.2    查詢統計

4.2.1    報警事件查詢

事件記錄查詢界面截圖

可按照時間、地點、報警類型等多種組合方式查詢歷史報警信息。顯示歷史報警信息，包括報警的名稱、區域名稱、類型、報警類型、報警級別、發生時間、狀態、描述、確認狀態、確認人、確認時間等。

4.2.2    模擬量數據記錄查詢

歷史環境數據記錄查詢界面

可按照資源子類型、時間、報警狀態等多種組合方式查詢歷史模擬量數據記錄。查詢結果以列表和圖表方式顯示，內容包括模擬量節點名稱、區域名稱、類型、數值、報警狀態、事件類型、事件子類型、事件發生時間、更新時間等。

4.2.3    進出記錄查詢

人員進出記錄查詢界面

可按照門節點、進出人員姓名、卡號、進出方向、操作類型、時間、報警狀態等多種組合方式查詢人員進出記錄。查詢結果以列表方式顯示，內容包括門名稱、區域名稱、門狀態、方向、操作類型、操作人員、卡號、人員部門、發生時間等。

4.2.4    操作日志查詢

操作日志記錄查詢界面

系統記錄用戶的操作信息，并提供查詢功能，能夠對用戶的操作進行追溯。提供按操作類型、用戶、時間段、事件類型多個搜索條件的查詢。

4.3    系統網管

平臺能夠統一管理監視系統中服務器及設備的運行狀態，實時上報異常情況。

對于中心服務器，對服務器及后臺運行服務進行監視并分析系統性能，包括：CPU負荷率、內存使用率、磁盤使用率等。

對于系統內接入的前端設備，對于各子系統整體運行狀態、單個設備運行狀態等進行監視。

系統服務狀態監測界面

監控設備狀態監測界面

視頻接點狀態監測界面

數據節點狀態監測界面

控制節點狀態監測界面

五、運行環境

5.1    硬件環境

5.1.1    服務器

1)小型規模

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

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網卡：Intel 1000M NIC*2；

2) 中大型規模

   CPU：Intel Xeon E5620 2.4GHz及以上；

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網卡：Intel 1000M NIC*2；

5.1.2    客戶端工作站

   CPU：Intel /AMD雙核，2.4GHz及以上；

   內存：4G DDR3及以上內存；

   網卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的網卡；

5.2    軟件環境

5.2.1    操作系統

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

客戶端建議使用Windows 7或Windows 10操作系統；

BS客戶端推薦使用IE8-IE11。

5.2.2    數據庫

平臺缺省使用MySQL，雖然也可兼容其他主流數據庫系統，考慮到兼容性因素，非特殊情況下不建議更換到其他數據庫管理系統。

支持的數據庫：MySQL、SQL Server、Oracle。

六、性能指標

6.1    系統容量

1）前端設備

－ 可管理的攝像機數量：≥30000臺。

－ 單臺流媒體服務器并發轉發視頻數量：≥300路（2Mb/s碼流）。

－ 單臺報警功能服務器每秒轉發消息數量：≥500條。

2）用戶管理

－ 可管理的最大用戶數量：≥3000。

－ 同時在線用戶數：≥1500。

6.2    實時性

－ 理想網絡情況下，實時視頻、音頻數據傳輸時延< 1000ms。

－理想網絡情況下，視頻圖像切換響應時延<1s。

－理想網絡情況下，云臺控制轉動響應時延<1s。

－理想網絡情況下，報警觸發后，在監控中心內觸發并啟動視頻顯示和記錄所需的直接聯動響應時間<2s。

七、案例展示

GIS局放監測

SF6微水密度監測

SF6氣體濃度監測

避雷器在線監測

歷史報警

歷史數據

實時視頻

錄像回放