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、由實地操作到遠程遙控的過程^[1]。目前電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，設備的種類和數(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，嚴重時還會導致國民經(jīng)濟受到難以彌補的損失。因此一旦視頻監(jiān)控設備發(fā)生故障，需要快速及時地實現(xiàn)故障定位并派遣維修人員到現(xiàn)場。

        電力監(jiān)控設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，會浪費大量的人力和物力^[2]，與“建設無人值守變電站”的目標相沖突。本文設計了基于云的電力視頻故障管理系統(tǒng)，整合了云平臺服務和網(wǎng)絡遠程控制方法^[3-4]。利用該系統(tǒng)，電力管理人員能夠?qū)崟r查看各個監(jiān)控設備的狀態(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，保證設備的利用率和可靠性。

1 故障管理與電力視頻云平臺研究

        故障管理的目的是對硬件設備進行監(jiān)測、診斷、報告和記錄，其核心技術是對故障信息智能檢測、分類管理和歷史維修記錄分析^[5-6]。根據(jù)故障發(fā)生的原因和常見的類型進行數(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步驟：(1)故障檢測，查找異常狀態(tài)；(2)對異常視頻信息智能分析分類；(3)故障報警，提示派遣維修人員；(4)記錄處理過程和結(jié)果。結(jié)合目前電力視頻監(jiān)控網(wǎng)絡云平臺的建設情況，可以將故障管理系統(tǒng)作為一種云服務,從而充分利用已有硬件資源，節(jié)約經(jīng)濟成本。電力視頻監(jiān)控網(wǎng)絡云平臺的主要思路是利用基礎硬件資源獲得虛擬化的資源池，由主服務器進行統(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)，同時利用IaaS(基礎設施即服務)和PaaS(平臺即服務)實現(xiàn)對底層資源的訪問、信息采集、分析處理和云存儲。將大運算量的視頻故障智能分析融入云計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時、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)設計

2.1 邏輯和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)在邏輯上分為三層：信息接口層、業(yè)務處理層和管理層。其中信息接口層主要負責與外部系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互，實現(xiàn)對監(jiān)控設備的直接控制、視頻數(shù)據(jù)標準化處理和壓縮、通信傳輸?shù)裙δ埽粯I(yè)務處理層主要進行任務分配和數(shù)據(jù)計算，實現(xiàn)視頻信息分析、故障分類、維修幫助、歷史記錄等功能；管理層用于高級用戶對整個系統(tǒng)的管理和權限分配。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        視頻數(shù)據(jù)首先在云平臺內(nèi)進行標準化處理，然后經(jīng)由各級路由器或HUB傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。系統(tǒng)采用H.264壓縮技術和TCP通信協(xié)議，管理器通過光端機或者微波設備對網(wǎng)管代理發(fā)出指令，網(wǎng)管代理返回結(jié)果，從而實現(xiàn)設備管理功能^[7]。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)

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

        高級和中級用戶僅需配置可連接互聯(lián)網(wǎng)的普通計算機，安裝相關軟件，即可實現(xiàn)視頻故障管理。根據(jù)派單施工人員所需的功能對專用客戶端進行模塊化設計，通過軟硬件配合完成故障施工記錄和實時通信功能。

3 系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)

        故障管理系統(tǒng)的目的是對監(jiān)控設備進行日常的維護和管理工作，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)人性化、操作性強、可定制的高度靈活界面；(2)遠程監(jiān)控視頻調(diào)用，系統(tǒng)閑置時自動巡檢；(3)自動報告設備的故障信息，更新至云服務器；(4)用戶權限管理；(5)環(huán)境兼容性和功能可擴展，能在不同的硬件設備和操作系統(tǒng)上正常使用，并允許用戶自行編寫功能擴展程序；(6)安全性，通過非對稱式加密算法和多重密碼認證保證管理權限，拒絕未授權用戶的訪問申請，保障系統(tǒng)安全^[8-9]。

        根據(jù)以上特點，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)授權用戶的權限級別,載入與之對應的配置信息和功能，Web采用ActiveX控件。(2)服務端。為客戶端提供視頻調(diào)用、故障報警和數(shù)據(jù)記錄服務，還能夠監(jiān)測客戶端的用戶名、使用權限、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€系統(tǒng)進行設置，包括用戶信息更改、報警設置、視頻監(jiān)控設備增刪等功能。

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

3.1 故障處理流程

        視頻故障監(jiān)測處理的流程如圖5所示。

        當系統(tǒng)巡檢發(fā)現(xiàn)視頻故障時，立刻向管理員報警，同時提取當前視頻數(shù)據(jù)和歷史記錄進行分析，對視頻故障分類(包括圖像丟失、圖像失真、云臺損壞不可靠和鏡頭抖動等)并記錄；管理人員發(fā)現(xiàn)警報后在系統(tǒng)中錄入故障申報單，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器，形成數(shù)據(jù)庫。

3.2 軟件設計

        視頻故障監(jiān)測處理過程首先需要調(diào)用設備視頻信息數(shù)據(jù)，然后進行分析，得到處理方案和結(jié)果，并記錄維修過程信息。代碼部分包括初始化監(jiān)控設備、調(diào)用視頻數(shù)據(jù)、分析處理和跟蹤維修進度等幾個方面(詳細代碼略)。工作過程：首先對設備進行初始化，使之能夠與服務器通信；然后進行視頻數(shù)據(jù)的獲取，對視頻數(shù)據(jù)進行分析，正常則返回巡檢程序，如有異常則判斷為故障并報警；實時跟蹤維修進度；維修完成后記錄相關數(shù)據(jù)并上傳至云服務器。

        電力視頻故障管理系統(tǒng)是基于電力視頻監(jiān)控云平臺架構(gòu)的服務應用，實現(xiàn)了遠程管理、設備監(jiān)控、故障報警維修和資源共享，提高了故障維修的實時性和目的性，滿足大規(guī)模數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運行和維護需求，解決了電力視頻監(jiān)控的可靠性問題。未來還可以在該系統(tǒng)的基礎上進一步擴展，實現(xiàn)電力監(jiān)控視頻的智能化、集中化管理[^10]。

參考文獻

[1] 蔡衛(wèi)峰. 分層分布式電力系統(tǒng)故障診斷[J].南京理工大學學報,2003,27(4):442-445.

[2] 舒征,王友權,張鳳國.電力巡線野外遇險呼救系統(tǒng)的設計[J].微型機與應用,2013,32(3):52-54.

[3] 包鐵. 電信數(shù)據(jù)綜合網(wǎng)故障管理研究與實現(xiàn)[D]. 長春：吉林大學, 2004

[4] 李勝利,王海霞.“數(shù)字焦作”視頻監(jiān)控故障管理系統(tǒng)設計[J].中國科技信息，2012(24):104.

[5] 霍振華.基于IPv6的視頻網(wǎng)絡管理系統(tǒng)的研究和設計[D].北京：華北電力大學，2012.

[6] 尹文友.智能故障管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2006,27(5):843-845.

[7] 楊鵬,李蘭,于日平.基于VC視頻監(jiān)控設備管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機與信息技術，2008(3):32-37.

[8] 胡媛媛.視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].武漢：華中科技大學，2011.

[9] 趙麗敏，岳寧.基于ARM9的嵌入式電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子技術應用, 2010，36(4):71-73.

[10] 王凱,李可. 計算機網(wǎng)絡監(jiān)控管理系統(tǒng)的故障管理模塊設計[J]. 齊齊哈爾大學學報,2008,24(1):37-40.