1、輸電線路無線視頻監控系統簡要技術方案廣州恒宗達電力科技有限公司輸電線路無線視頻監控系統技術簡要方案廣州恒宗達電力科技有限公司2013年5月目 錄1背景22需求分析43通信方案設計64供電方案設計85擬接入的輸電線路視頻監控系統96視頻監控系統組成及性能指標107輸電線路視頻監控系統主要功能117.1遠程控制攝像機、遠程設置/調用攝像機預置位、巡航及軌跡117.2具有定時觸發功能，系統能夠定時進行預置位拍照和錄像137.3WEB控制瀏覽和手機控制瀏覽功能137.4支持視頻錄像、喇叭喊話、短信報警等多種報警方式147.5遠程配置和修正設備運行參數和報警參數147.6監控點歷史圖片查詢和錄像回放功能

2、147.7根據線路現場監控需要，后期可擴充其它監測功能模塊148設備現場安裝151 背景 隨著近年我國電網主要集中向超高壓、特高壓方向發展，輸電線路的電壓等級不斷提高，輸電距離也越來越遠（比如文獻22008年投運的晉東南至荊門1000kV特高壓輸電線路輸電距離為近400公里，2009年投運的±800kV向上特高輸電線路輸電距離近2200公里，2011年投運的±660kV寧夏東至山東特高壓輸電線路輸電距離近1400公里）。在檢修模式方面，目前我國電網一直沿用定期檢修和事后搶修相結合的檢修模式。定期檢修模式有自身的科學依據和合理性，在多年的實踐中有效減少了設備的突發事故，保證了

3、設備的良好運行，但這種檢修模式的缺點也是很明顯的，“一刀切”式的檢修模式，沒有考慮設備的實際情況，存在“小病大治，無病也治”的盲目現象。隨著近年我國電網的迅速擴建，電網設備數量急劇增加，定期檢修工作量劇增，檢修人員緊缺問題日益突出。晉東南湖北荊門1000kV特高壓工程云南至廣東±800 kV特高壓直流工程為了實現電網事故發生前的及時準確預知，將線路事故隱患消除于萌芽狀態；為了在輸電設備事故發生后，利用科技手段使線路人員能夠快速確定事故發生點，減少和降低事故排查難度；為了解決目前輸電線路人員短缺與輸電線路增長較快的矛盾和部分特殊地段巡視困難等問題，迫切需要研究和逐步引進使用新技術，以科

4、技手段進一步增強蒙東電網運行的可靠性，逐步實現我國電網的數字化、網路化、智能化現代管理模式。由于我國電網覆蓋面廣，輸電距離長，地形復雜，有些還位于無人區，因此數據傳輸通信方式是輸電線路監測系統實現對線路進行實時在線監測的關鍵性環節。雖然目前移動、聯通和電信等無線網絡的覆蓋面已經比較廣，絕大部分輸電線路中已架設有光纖，但對輸電線路在線監測系統通信傳輸方面還存在一些弊端和困難：Ø 3G、GPRS通信費用低，且前期成本投入也小，但微氣象在線監測系統一般運行在偏遠山區，GPRS、3G信號覆蓋非常有限，而且信號也非常不穩定，無法滿足微氣象在線監測系統實時數據通信的應用需求；Ø 架空輸

5、電線路基本上鋪設都有光纖，但光纖接口非常有限，同時目前有些供電公司提供光纖接口，一般不愿把光纖端口與電力專用傳輸混合通用，因此采用光纖進行氣象數據傳輸也有一定的局限性。鑒于上述情況，必須尋找新的通信方式，滿足不同區域輸電線路在線監測系統的通信應用需求。2 需求分析（1）需求：建設無線監控系統，要求采用先進的無線網絡技術，要求無線網絡安裝方便、可靠性高、安全性高。分析：就目前無線網絡的發展來看，先進的Mesh技術是無線網絡發展的方向。l 無線Mesh網絡采用“網格”狀的組網結構，可以自由擴展，安裝非常靈活、方便。l 無線Mesh網絡是一種智能的網絡，網絡自身可以自 動組網、自動故障隔離、自動網絡

6、優化，具有很高的可靠性和穩定性。（2）需求：在電力系統的項目中，無線設備要求在光纖資源缺乏的野外的高壓線沿線架設，要求無線Mesh設備有良好的多跳性能和穩定性延伸監控范圍。 分析：無線Mesh基站使用模塊化的、多頻、多信道、多RF的方式展示高級的回程方式，根據現場環境滿足每根電力桿架設一臺基站，以便實現更好的現場圖像獲取和遠程監控，并且通過無線Mesh網絡良好的多跳性能延伸監控范圍，降低光纖點的數量（3）需求：因本地區環境惡劣，且本項目大部分設備需在野外安裝使用，要求無線網絡設備應能在惡劣的地理環境中工作。分析：由于本地區的環境惡劣，對無線網絡設備的選取將變得格外嚴格，應達到以下的各項指標:&

7、#216; 工作溫度：-40°C 到 +55°CØ 儲藏溫度：-50°C 到 +85°CØ 天氣等級：IP67 防風雨Ø 可承受風速：>165 mphØ 可承受風力（165mph）：<1024牛頓Ø 抗鹽/霧/生銹特性：Mil-STD-810F 509.4Ø 抗擊打和抗震性：ESTI 300-192-4 規格T41.E，Class 4M3，Mil-STD-810（4）需求：本電力系統無線項目要求建設的無線網絡系統能夠有很好的投資保護，能夠進行長期平滑的技術升級。分析：目前無線網絡的技

8、術發展速度非常的快，本項目建設好之后，如何保障建設的無線網絡系統不過時，如何能夠跟隨技術的發展進行平滑的技術升級是非常重要的。這正是先進的 Mesh模塊化設計的優勢，可以通過簡單的替換的功能模塊就可以實現長期的、平滑的技術升級，這一點是其它無線網絡產品難以作到的。（5）需求： 要求在整個高壓線沿線區域能夠提供無線IP電話服務、無線視頻監控服務等，用于工作人員的通信和指揮調度等。分析： Mesh無線網產品的全套無線IP電話解決方案，包括無線視頻監控、應急通訊指揮等領域都有完整、成熟的應用案例。相比較傳統方式的電力線沿線監控技術，無線Mesh技術提供了革命性的寬帶組網技術，可以完全實現電力線沿線視

9、頻監控的需要，解決傳統監控方式遇到的以下問題：1. 高壓線沿線光纖資源不可用，重新架設光纖費用昂貴，技術難度大，因此無法采用有線通信方式解決現場的視頻監控2. 直升機、無人機方式耗費大量的租用費用，即需要人員車輛赴現場配合，并且無法及時實時的獲取現場情況3. 運營商GPRS、CDMA或者3G信號往往在部分高壓線沿線沒有信號覆蓋，也就沒有辦法提供遠程通信，并且3G等技術還不能提供寬帶的通信質量，對系統應用有很大的限制綜上所述，無線Mesh技術作為遠距離無線、多跳、組網的首選技術方案，可以解決電力線沿線監控的落后、被動的局面，更好的服務于特高壓變電等電力線的實時、及時的遠程監控，滿足了日常維護和應

10、急通信等不同場景下的使用。3 通信方案設計3.1 方案設計3.1.1 系統介紹本方案采用 Mesh無線組網解決方案，實現無線網絡覆蓋，對固定監控、移動監控和應急臨時監控及VOIP語音服務提供寬帶無線接入。系統特性n 按照每根電力桿架設視頻監控點的設計，基站間距為500米n 固定基站采用OWS2400-20 四模無線Mesh產品，任意兩臺基站之間的通信距離最遠可達40公里蓋（視具體監控攝像機的密集度，以及現場環境的可達性有所不同）n 通常在電力線沿線每1-2公里架設基站，如下圖所示：n 固定基站的系統骨干連接采用5.8GHz頻段的無線互聯，配合高增益的定向天線；最大限度的節省光纖架設或者租用成本

11、n 固定基站對周邊的手持終端和移動車輛提供無線覆蓋，在傳輸高清晰照片和視頻傳輸的同時，該無線系統還同時支持其他的應用n 數據傳輸n 語音功能3.1.2 工作方式無線基礎架構系統由 Access/One網絡節點，使用multi-channel、multi-radio的方式組建Mesh無線網狀網絡。n Mesh拓撲結構保證任何兩個之間鏈路視距可達，基站就近相連n 每無線網絡節點內置多個功能不同的模塊，分別處理用戶接入和Mesh骨干業務，每跳帶寬損耗低n 每無線網絡節點可采用多個不同的信道同時工作，全網充分利用了2.4GHz和5GHz頻段，提供效能并且避免大規模覆蓋的干擾n 支持高速移動和快速切換M

12、esh基站配置無線寬帶系統中主要使用四模塊無線Mesh基站 OWS2400-20無線Mesh基站 OWS2400-20無線Mesh基站使用OWS2400-20設備。該設備內置2塊802.11a模塊和2塊802.11g模塊。兩塊5.8GHz模塊分別處理Mesh上行、Mesh下行的通信，保證了無線網絡多跳的高帶寬和低時延。該基站的具體配置如下：Ø OWS2400-20Ø 內置2塊5.8GHz 11a模塊和2塊2.4GHz 11g模塊Ø 多模塊節點作為多跳Mesh骨干中繼節點² 1個802.11a 模塊用于Mesh上行無線鏈路² 1個802.11a

13、模塊用于Mesh下行無線鏈路² 802.11g模塊用于其他無線終端的接入Ø 設備安裝n 設備和天線抱桿安裝，具體安裝設備和天線參考OWS安裝手冊Ø 供電選擇n 設備支持本地或直流供電，交流電壓范圍110-240V，直流供電范圍24Vn 若采用風能或太陽能供電，需要考慮系統設計，使系統在連續多個陰天的情況下依然可以提供充足的電量，保持系統正常工作設備接口和天線配置如下圖所示：固定Mesh基站安裝在專用的抱桿之上，配合5.8GHz定向天線進行設備無線互聯和無線接入。如下圖所示：3.2 無線基站分布無線基站主要分布在高壓線沿線，分布圖如下：其中，紅色為無線網絡根節點位置

14、(光纖傳輸點位置)；其他為無線中繼設備l 設備主要放置在高壓線沿線，共需XX臺無線Mesh基站設備，每個根節點設備需要1條100Mbps以太網接口l 具體的光纖節點按照實際組網需要再行考慮在實施前的現場勘測階段將根據初步設計，進一步的充分聽取用戶的建議，并且考察安裝、供電的工程因素后，以決定具體的安裝位置和安裝方式。3.3 無線網絡容量和業務分析無線Mesh網絡系統整體容量：Ø 根節點采用了OWS2400-20設備n 內置2個802.11a無線模塊n 單個802.11a 5.8GHz射頻模塊提供15Mbps匯聚吞吐量(保守計算下的平均吞吐量)n 根節點MWS100-HSX20的2個1

15、1a無線模塊，將配合5.8GHz扇區天線，分別接入中繼節點n 根節點處的總的匯聚吞吐量為30MbpsØ 無線Mesh中繼基站采用優化的Mesh算法進行互聯n 采用信號強度、網絡時延等參數的加權平均值來作為評估無線鏈路性能的指標n 總是選擇性能最佳的做為主鏈路，其他鏈路作為備選Ø 系統總體容量與根節點數量（即光纖節點數量）有關，通過增加落地的光纖節點數量就可以成倍的增加網絡總體帶寬監控業務容量需求：Ø 按照150公里長電力線估算Ø 每500米架設之間，共需300個Mesh基站設備來傳輸視頻圖像或圖片Ø 監控主要需求為靜態高分辨率的圖片，而非連續圖

16、像；并且每天每基站回傳5張圖片即可滿足需要(按照每張圖片壓縮后2M字節計算)Ø 總體業務容量約3G字節的容量按照單臺根節點設備30Mbps帶寬計算，只需要不到15分鐘即可完成所有圖片的傳輸；考慮實際環境影響以及遠距離組網時延等影響，建議采用分時方式進行圖片傳輸?？傮w來說，無線Mesh網絡提供了充分的帶寬，可以完全滿足電力線沿線的視頻監控和圖片傳輸的需要。3.4 方案解決的問題u 點到多點的拓撲限制問題通常說來，傳統的網橋在大范圍內部署無線網絡都會遇到遠距離的限制問題，處于網絡邊緣的基站不能就近連接，必須與處于無線網絡的中心基站進行介入，為遠距離的大范圍無線建網以及未來的網絡擴展帶來很

17、多的限制。 Mesh拓撲結構引入了網狀網絡的概念，完全不需要所謂的中心點 - 任意兩個無線節點之間都可以連接，對于每個無線節點都有一條到多條的無線鏈路可供選擇。Mesh無線網狀網的特性輕易地解決了點到多點的拓撲限制問題問題。u 光纖成本和Mesh多跳后的吞吐量損耗問題利用Mesh拓撲結構的特點，在進行大規模無線網絡所遇到的阻擋問題，可以非常容易進行規避。但是，Mesh拓撲將在無線網絡中引入更多的無線跳 (hop，每經過一個無線設備叫做一跳)；如果每跳帶來的吞吐量損耗過大（如single-radio Mesh單無線射頻網狀網每跳加入50%以上的吞吐量損耗），就勢必需要更多的光纖等有線回程線路，從

18、而導致項目整體成本的飆升。 Mesh 采用獨特的 multi-radio Mesh （多無線射頻網狀網）技術，極大的降低了每跳的吞吐量損耗，如下表所示：在實驗室環境下，每跳損耗小于1%；在實際應用中，每跳損耗可達到低于10%。因此，在本方案中，10端固定基站的設備之間的帶寬損耗極小，在從頭到尾的端到端的網絡中，可以提供至少10Mbps以上的吞吐量。u 無線網絡冗余特性當所有無線Mesh基站啟動運行后，各個基站將自動決策到有線網絡的最優路徑，隨之產生的Mesh拓撲將基于網絡性能進行流量的負載平衡。如下圖所示：當電力線沿線任何一個鐵路站點的光纖點發生故障，該區間內的固定Mesh基站將自動的調整無線

19、鏈路，重新匯聚到就近的另外一個站點的光纖點，如下圖所示：當電力線沿線任何一個固定基站發生故障時，受到影響的固定Mesh基站將自動的調整無線鏈路，按照性能最優的方式重新進行匯聚，如下圖所示：3.5 方案的典型應用 Access/One無線網絡具有自我組織、自動配置、性能自動調節、鏈路自動修復等特性，支持負載均衡和冗余備份功能，為區域范圍內的無線監控和移動無線監控提供了穩定可靠的承載平臺?？蓾M足以下應用：n 無線視頻監控u 電力線沿線遠程監控在電力線沿線設置無線Mesh基站和視頻監控攝像頭，通過高性能多跳Mesh網絡，將沿線的視頻監控圖像實時地回傳到調度中心，電力企業的工作人員可以便捷地對必要區域

20、、實時地監控系統作業和查看系統參數，尤其適用于一些關鍵線路或者無人值守區域，可以確保安全生產，杜絕事故隱患，提高生產效率u 電力設施設備和財產監控-通過采用無線方式對電力設置或者電廠等關鍵區域進行布控，擺脫光纖的傳輸限制；一方面減少了有線電纜的部署成本和企業內施工對生產的影響和不可行性；另一方面也可以便捷調整對現有電力設施和場所的無線覆蓋，例如增減及變更監控點，隨時滿足安全生產和保障需求n 無線語音通信- Mesh網絡有能力對電力線沿線的變電站等站點以及電力企業大面積區域進行無縫信號覆蓋，通過Wi-Fi語音通信系統，為電力企業提供企業內部的免費通話平臺，大幅節省企業通信費用，并提高工作效率。企

21、業工作人員在無線覆蓋區域內，可以享受免費的移動語音通信，使用Wi-Fi 手機與總控室溝通匯報現場狀況；同時也可以降低與外部通信成本n 無線數據采集- Mesh網絡所提供的數據服務，使供電/發電系統觀測站等值班作業信息化、無紙化，并且在總控室可以看到每個電力設備系統的參數監測，電流、溫度、相關越限告警信息，以及非法闖入告警n 企業移動辦公-的無線Mesh網具備的大面積廣泛覆蓋能力，對于電廠和大中型變電站等占地面積大的電力企業，可以將電力企業的辦公區和生產區無縫連接在一起。工作人員可以在電力企業內，隨時隨地接入相關網絡進行數據查詢、生產調度和通信聯絡等n 應急通信-在有關移動車輛上安裝 Mesh節

22、點。車載Mesh節點可與固定Mesh節點相配合，建立無線鏈路，支持移動視頻監控應用。在電力企業室外臨時的，或急需無線信號覆蓋的區域，可通過車載點覆蓋一定的范圍并與電力企業無線Mesh網絡互聯，為該區域在最短時間提供應急通信服務，如數據，語音，視頻。基于Mesh技術的Access/One無線網絡支持完全無線的方式進行網絡建設，可以迅速地進行無線網絡搭設，具有高機動性、快速部署展開的特點；同傳統的有線和無線網絡技術相比極大地降低了初期的安裝和部署成本；僅需要在網絡邊緣加入新的無線節點設備，就能達到網絡擴容的要求，因此，有效地降低了網絡建成后的運營維護成本以及網絡的擴容和升級成本3.6 Mesh方案

23、在九嘉線的應用案例電網所處山區野外環境復雜，穩定持續供電困難。變電站相隔距離很遠，輸電線路長，匯總的業務流量大，對無線傳輸網絡的帶寬與穩定性要求很高。本方案擬采用Mesh無線組網解決方案，實現無線網絡覆蓋，對固定監控、移動監控和應急臨時監控及VOIP語音服務提供寬帶無線接入。無線Mesh的工作特點依靠多跳、遠距離的高性能無線傳輸系統，大幅度的減少了光纖網絡建設工程，通過2.4GHz/5.8GHz免執照頻段在電力線沿線架設無線Mesh網絡，將輸電線、電力設施等處的數據和視頻監控系統的視頻信號，進行實時回傳，以滿足電力傳輸系統的遠程監控和安全保障工作。變電站本方案擬采用Mesh無線組網解決方案，實

24、現無線網絡覆蓋，對固定監控、移動監控和應急臨時監控及VOIP語音服務提供寬帶無線接入。n Mesh基站配置無線寬帶系統中主要使用三種Mesh基站:n 監控中心 OWS2400-30n 中繼節點 OWS2400-20n 邊緣節點 HSx無線基站分布無線基站主要分布在高壓線沿線，可安裝于輸電線路鐵塔上，基站間可達5-10公里以上，分布示意圖如下：其中，紅色為無線網絡根節點位置(光纖傳輸點位置)1處，可擬設在龍嘉變電站；其他為無線中繼設備，按照九嘉1、2號線的線路長度（36.592公里），我局擬設7處基站。車載設備和攝像頭側的設備選擇HSx邊緣Mesh設備，擬安裝數量為2組。高壓線路沿線沒有電，所以

25、采用能保證連續30個陰天正常工作的太陽能供電方案。方案通過在沒有數據需要傳輸的時候通過無線遙控設備讓AP休眠，有數據要傳輸的時候再喚醒AP的方式來節電。4 供電方案設計由于監測裝置安裝于野外桿塔線路上，運行環境極為復雜、惡劣，對裝置供電系統設計也提出了很高的要求，主要考慮以下幾個方面：Ø 整個電源系統本身必須高效率、低耗能，從而延長系統連續工作時間和電池使用壽命；Ø 具有較高的穩定性和可靠性，盡可能提高電源的性能指標；Ø 結合監測裝置的工作特點進行抗干擾、高低壓充放電保護設計；Ø 在嚴重覆冰期超低溫、無日照的惡劣環境下，監測裝置能夠穩定工作30天以上。

26、綜合上述因素，目前監測裝置采用了太陽能+蓄電池的供電模式，在陽光充足時，依靠太陽能對設備內部配置的蓄電池進行充電，在晚上沒有陽光時，依靠內部配置的電池對裝置進行供電，保證監測裝置持續穩定工作。設備安裝現場5 擬接入的輸電線路視頻監控系統輸電線路無線視頻監控系統，采用H.264視頻壓縮技術，在當前有限的無線網絡技術下，能夠在后臺看到清晰、流暢線路視頻圖像。系統支持3G無線移動、Mesh、WIFI等多種通信方式，在3G網絡無覆蓋區域，可自動切換到2G網絡或采用Mesh等自行組網方式進行視頻傳輸。系統中配置采用全方位無盲點工業攝像機，能夠對絕緣子串、導線（導線金具、導線弧垂）、地線（地線金具、地線羊

27、角）、桿塔（塔身、塔基及對面桿塔）、線路走廊、桿塔周圍環境等進行全方位無盲點監視。利用系統智能視頻分析功能，對線路走廊內因導線懸掛異物、線路周圍建筑施工、樹木茂盛等因素引起的電力事故隱患能夠進行及時預警，對提高輸電網持久穩定運行具有重要意義。系統網路結構圖6 視頻監控系統組成及性能指標序號名稱構成數量（單位：套）性能指標1監控終端裝置分機1套（1）最多可接4路視頻；（2）工作溫度范圍：-40+85；（3）IP防護等級：IP66；（4）使用壽命：5年以上。智能分析報警單元1套智能分析模塊的智能視覺處理速度為30fps（幀/秒），實現對導線懸掛異物、吊車臂超越導線安全警戒距離、桿塔周圍非法取土等線

28、路周圍異常環境的報警。Mesh無線通信單元1套（1）工作溫度：-40°C 到 +55°C（2）防護等級：IP67 防風雨（3）可承受風速：>165 mph（4）抗鹽/霧/生銹特性：Mil-STD-810F 509.4（5）抗擊打和抗震性：ESTI 300-192-4 規格T41.E，Class 4M3，Mil-STD-810供電單元1套終端采用太陽能蓄電池供電模式，在持續陰雨情況下，裝置分機能夠正常工作至少30天。設備戶外機箱及安裝附件1套2攝像機高速球形攝像機1臺（1）采用1/4"高性能CCD，圖像清晰，有效可視距離在300米以上；夜視情況下，自動彩轉黑；（2）攝像機水平方向360°、垂直方向180°連續旋轉，無監視盲區；（3）支持自動光圈、自動聚焦、自動白平衡、背光補償和低照度（彩色/黑白）自動/手動轉換功能；（4）支持128個預置位；（5）支持定時啟動預置點、花樣掃描、巡航掃描、自動掃描功能。（6）具有防雷、防浪涌保護功能；3軟件平臺系統服務器軟件和WEB客戶端系統軟件1套（1）服務器軟件實現現場監控設備視頻的接收、處理和存儲；WEB客戶端系統實現用戶在異地對現場視頻的瀏覽和攝