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[摘 要]提出了一种无人通信站智能化监控系统。该系统将运动检测方法引入站点视频监控中，并对视频对象进行自定义分区检测。在管理器端，系统将视频图像与电力参数进行集中管控，减少了同时管理多类监控设备的不便利，降低了工作人员的管理复杂度，提升了无人通信站监测的工作效率。原型系统的实际使用表明，该系统是切实可行且有效的。
[关键词]通信站； 监控系统； 运动检测
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0326-02
随着电力信息化的迅猛发展，电力系统中的通信站点不断增多，其覆盖范围也在不断扩展。电力系统通信网的通信站点不仅存在市区电力基础设施内，还有许多存在于郊外、偏僻乡村甚至高山中。对这些站点实行有人值守非常困难，通常采取无人值守方式。由于无人值守通信站大多条件艰苦，而且无人值守造成远程工作人员无法直观地了解设备运行情况，因此无人值守通信站设备损坏或者遭到攻击，导致通信中断以致影响电力系统正常运行的事故时有发生。如何更好地进行无人通信站的设备维护与管理，确保设备安全、稳定、高效地运行，是一个重要课题。
本文从无人通信站设备的监测与控制角度，研究无人通信站智能化监控系统的体系结构与关键技术，并选取国网湖北检修公司所辖站点为试验对象，搭建了一个多维的、立体的智能化监控平台。经试点测试，无人通信站智能化监控系统提高了站点设备运行的安全性与可靠性。
1 相关工作
目前，已经有一些学者和电力工作人员对通信站监控领域展开了研究，国家也发布了电力通信检测系统的技术规范[1-3]。
吉林大学于新洋等人对电力通信机房的动力环境监控进行了深入研究，并设计了一个完整的监控系统[4]。文献[5][6]分别对四川电力公司和上海电力公司的通信站电源及机房环境远程监控展开了探讨。该类研究主要关注于远程监控的架构设计和对机房电源、温湿度等环境信息的检测，未考虑通信站视频监控，特别是无人通信站的入侵监控。
文献[7]中描述了宁夏电力主干通信网的通信站远程监控系统，文献[8]中描述了广西电网公司防城港供电局的无人值守通信站远程监控系统，该类文章主要侧重于描述视频监控系统，未考虑通信站的电力环境监测，也不具备运动监测能力与通信站主动控制能力。
兰州交通大学严天峰等人的研究将ZigBee技术融入远程监控中[9]，并设计了其中的关键电路。该研究着重于ZigBee技术的应用，对监控系统本身探讨较少，与本文的侧重点不同。
与以上研究不同，本文所述无人通信站智能化监控系统在视频监控的基础上，对关键区域进行自定义分区运动检测，并在管理器端将视频图像监控与电力参数监控有机地结合，统一地显示在一个客户端界面中，实现了对站点视屏与电力环境的集中管控。
2 系统需求
电力系统通信网承担着电网继电保护、调度电话、自动化数据等重要业务以及企业管理信息化业务的传输。通信站作为通信网中的重要组成部分，其安全与可靠运行至关重要。
无人通信站智能化监控系统为一个多点、多参数、多视角的智能化监控平台，能够对通信站点内的设备运行状态、环境状态等信息实施监测并进行智能化处理，并在站点遇到故障或者遭到攻击时快速响应，向远程管理人员告警。经过对国网湖北省检修公司所辖通信站的分析，归纳出站点对本系统的功能需求，如图2-1所示。
3 体系结构
3.1 系统远程架构
考虑到站点多、信息量大，为减少网络带宽需求，本系统于本地站点首先进行数据处理后再回传，公司总部监控服务器主要负责汇总站点监控信息以及告警信息的管理。远程架构如图3-1所示。
无人通信站智能化监控系统在省检修公司信息中心机房安装监控服务器，在各监控站点建立站端系统，服务器与终端系统通过信息网络连接。监控数据通过MIS网络传回位于省检修公司的服务器，由系统管理员登陆服务器进行监控与管理。
3.2 站端系统
从系统远程架构可以看出，整个系统呈星型模式，公司总部的监控服务器需要控制省内所有目标站点。在该模式下，若所有信息处理都交由中心服务器完成，传输数据量大、服务器负担重，将增加系统响应时间、影响系统实时性。因此，整个系统的主体（包括信息搜集与主要信息处理）被置于位于各被监控站点的站端系統内。
无人通信站智能化监控系统的站端系统架构如图3-2所示。
站端系统主要由采集模块和主控模块组成，并通过网络连接到公司总部服务器。
采集模块主要包括摄像头、直流电压表、交流电压表、霍尔电流传感器和空调控制器（带有温度湿度传感器和红外发射器）。采集模块通过RS485接口将数据传输到主控模块，主控模块进行处理后将处理结果通过内网回传公司总部服务器（监控服务器）。
主控模块是站端系统的核心。该模块集中了视频处理、报警控制、传感器数据传输等关键功能。（1）视频处理器完成监控视频的采集、压缩与传输，由外置摄像头采集的PAL视频信号通过视频输入接口传入视频处理器，由采集芯片转化成数字信号，再经过视频压缩芯片压缩编码，最后通过网口将压缩后的视频流发送至公司总部服务器；（2）报警控制器接收告警信息（主要包括运动检测告警、环境参数异常告警、重点设备监测告警等），收到告警信号后驱动本地声光报警器发出警报，并将告警信息传给公司总部的智能化监控服务器；（3）传感器数据传输模块用于RS485信号和网络信号的相互转化，外置传感器采集电力参数经由RS485通道进入该模块，转换后经由网络转发至监控服务器。
4 关键技术
4.1 视频及传感器数据监测
智能视频及环境监测系统除通过局域网传输，融合了多途径采集来的监测数据，同时将基于视频的站内影像监测数据与基于传感器的动力供电状态监测数据集中显示在同一管理界面上，为远程管理人员提供了便利，提高了无人值守站的监测效率。 摄像头采集的PAL格式监控视频传入站端系统的主控模块，由视频处理子系统采用H.264格式压缩，最后通过网口输出H.264码流，经由网络传输至远程用户端。视频信号采集压缩传输的主要流程如图4-1所示。
通信站内的电力参数通过外置的直流电压表等传感器进行测量，再通过RS485通信接口，将测量数据输入至主控模块的传感器数据传输子系统，转换成适合网络传输的数据包后传至网络，可由公司总部监控服务器接收，并与视频监控图像协同显示到智能监控软件上。
4.2 运动检测
在视频监测的基础上，通过对视频图像进行运动分析与检测，可准确判断无人站内是否有异常人员或其它运动物体的入侵。若发现异常情况，则对工作人员提出告警。
本系统的运动检测不同于普通视频监控的图像识别，而是创造性地将监测图像分为11×11个矩形区域，各区域是相互独立的运动检测对象。管理员可以按需要在特定位置选取一个或多个区域进行运动检测。实际监测区域选择如图4-2所示。
当指定区域（图中红色部分）内图像出现异常变化时（如有物体入侵），即可通过运动检测算法进行检测，将运动区域标为红色，同时弹出警示窗口进行告警。而无关区域的运动对象不会引发告警信号。通过这种方式，可以有针对性地选择大门或是重要机柜作为敏感区域，运用运动检测进行监测。实际效果如图4-3所示。
5 小结
本文介绍了一种无人通信站智能化监控系统。本文首先结合国网湖北省检修公司所辖通信站点的实际情况，分析了监控系统的需求。在此基础上提出了智能化监控系统的体系结构，并对其中若干关键技术进行了深入研究。
本系统将运动检测方法引入站点视频监控中，并创造性地对视频对象进行自定义分区检测。在管理器端，系统将视频图像与电力参数进行集中管控，减少了同时管理多类监控设备的不便利，降低了工作人员的管理复杂度，提升了无人通信站监测的工作效率。
实际使用表明，无人通信站智能化监控系统能够对通信站点内的设备运行状态、环境状态等信息进行监测并进行智能化处理，提高了站点设备运行的安全性与可靠性。本技术的研究与实现，提高了无人通信站的安全性与可靠性，解决了无人通信站的设备维护与管理问题。
参考文献
[1] 能源部电力调度通信局.电力通信网监测系统数据采集层传输规约[Z].北京：能源部电力调度通信局，1991.
[2] 能源部电力调度通信局.电力通信网监测系统计算机数据通信应用层协议[Z].北京：能源部电力调度通信局，1992.
[3] 能源部电力调度通信局.电力通信網监测系统计算机数据通信物理、链路及分组层协议[Z].北京：能源部电力调度通信局，1991.
[4] 于新洋.变电站通信机房动力环境监控系统的设计及应用[D].吉林：吉林大学，2013.
[5] 张烈平.电力通信站机房环境及电源系统的远程监控管理系统[J].电力系统通信，2001，1：43-49.
[6] 孙文静，张庆.通信站动力及外围环境监控系统网络结构及探讨[J].上海电力，1999，06：63-66.
[7] 幕凤玲.无人通信站设备可视化管理探讨[J].宁夏电力，2012，04：39-42.
[8] 黄仕晓.无人值守通信站的远程监控[J].企业科技与发展，2008，08：87-89.
[9] 严天峰，陈君胜，杨超.基于ZigBee技术的远端通信站监控系统及实现[J].自动化与仪器仪表，2011，1：96-98.
[关键词]通信站； 监控系统； 运动检测
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0326-02
随着电力信息化的迅猛发展，电力系统中的通信站点不断增多，其覆盖范围也在不断扩展。电力系统通信网的通信站点不仅存在市区电力基础设施内，还有许多存在于郊外、偏僻乡村甚至高山中。对这些站点实行有人值守非常困难，通常采取无人值守方式。由于无人值守通信站大多条件艰苦，而且无人值守造成远程工作人员无法直观地了解设备运行情况，因此无人值守通信站设备损坏或者遭到攻击，导致通信中断以致影响电力系统正常运行的事故时有发生。如何更好地进行无人通信站的设备维护与管理，确保设备安全、稳定、高效地运行，是一个重要课题。
本文从无人通信站设备的监测与控制角度，研究无人通信站智能化监控系统的体系结构与关键技术，并选取国网湖北检修公司所辖站点为试验对象，搭建了一个多维的、立体的智能化监控平台。经试点测试，无人通信站智能化监控系统提高了站点设备运行的安全性与可靠性。
1 相关工作
目前，已经有一些学者和电力工作人员对通信站监控领域展开了研究，国家也发布了电力通信检测系统的技术规范[1-3]。
吉林大学于新洋等人对电力通信机房的动力环境监控进行了深入研究，并设计了一个完整的监控系统[4]。文献[5][6]分别对四川电力公司和上海电力公司的通信站电源及机房环境远程监控展开了探讨。该类研究主要关注于远程监控的架构设计和对机房电源、温湿度等环境信息的检测，未考虑通信站视频监控，特别是无人通信站的入侵监控。
文献[7]中描述了宁夏电力主干通信网的通信站远程监控系统，文献[8]中描述了广西电网公司防城港供电局的无人值守通信站远程监控系统，该类文章主要侧重于描述视频监控系统，未考虑通信站的电力环境监测，也不具备运动监测能力与通信站主动控制能力。
兰州交通大学严天峰等人的研究将ZigBee技术融入远程监控中[9]，并设计了其中的关键电路。该研究着重于ZigBee技术的应用，对监控系统本身探讨较少，与本文的侧重点不同。
与以上研究不同，本文所述无人通信站智能化监控系统在视频监控的基础上，对关键区域进行自定义分区运动检测，并在管理器端将视频图像监控与电力参数监控有机地结合，统一地显示在一个客户端界面中，实现了对站点视屏与电力环境的集中管控。
2 系统需求
电力系统通信网承担着电网继电保护、调度电话、自动化数据等重要业务以及企业管理信息化业务的传输。通信站作为通信网中的重要组成部分，其安全与可靠运行至关重要。
无人通信站智能化监控系统为一个多点、多参数、多视角的智能化监控平台，能够对通信站点内的设备运行状态、环境状态等信息实施监测并进行智能化处理，并在站点遇到故障或者遭到攻击时快速响应，向远程管理人员告警。经过对国网湖北省检修公司所辖通信站的分析，归纳出站点对本系统的功能需求，如图2-1所示。
3 体系结构
3.1 系统远程架构
考虑到站点多、信息量大，为减少网络带宽需求，本系统于本地站点首先进行数据处理后再回传，公司总部监控服务器主要负责汇总站点监控信息以及告警信息的管理。远程架构如图3-1所示。
无人通信站智能化监控系统在省检修公司信息中心机房安装监控服务器，在各监控站点建立站端系统，服务器与终端系统通过信息网络连接。监控数据通过MIS网络传回位于省检修公司的服务器，由系统管理员登陆服务器进行监控与管理。
3.2 站端系统
从系统远程架构可以看出，整个系统呈星型模式，公司总部的监控服务器需要控制省内所有目标站点。在该模式下，若所有信息处理都交由中心服务器完成，传输数据量大、服务器负担重，将增加系统响应时间、影响系统实时性。因此，整个系统的主体（包括信息搜集与主要信息处理）被置于位于各被监控站点的站端系統内。
无人通信站智能化监控系统的站端系统架构如图3-2所示。
站端系统主要由采集模块和主控模块组成，并通过网络连接到公司总部服务器。
采集模块主要包括摄像头、直流电压表、交流电压表、霍尔电流传感器和空调控制器（带有温度湿度传感器和红外发射器）。采集模块通过RS485接口将数据传输到主控模块，主控模块进行处理后将处理结果通过内网回传公司总部服务器（监控服务器）。
主控模块是站端系统的核心。该模块集中了视频处理、报警控制、传感器数据传输等关键功能。（1）视频处理器完成监控视频的采集、压缩与传输，由外置摄像头采集的PAL视频信号通过视频输入接口传入视频处理器，由采集芯片转化成数字信号，再经过视频压缩芯片压缩编码，最后通过网口将压缩后的视频流发送至公司总部服务器；（2）报警控制器接收告警信息（主要包括运动检测告警、环境参数异常告警、重点设备监测告警等），收到告警信号后驱动本地声光报警器发出警报，并将告警信息传给公司总部的智能化监控服务器；（3）传感器数据传输模块用于RS485信号和网络信号的相互转化，外置传感器采集电力参数经由RS485通道进入该模块，转换后经由网络转发至监控服务器。
4 关键技术
4.1 视频及传感器数据监测
智能视频及环境监测系统除通过局域网传输，融合了多途径采集来的监测数据，同时将基于视频的站内影像监测数据与基于传感器的动力供电状态监测数据集中显示在同一管理界面上，为远程管理人员提供了便利，提高了无人值守站的监测效率。 摄像头采集的PAL格式监控视频传入站端系统的主控模块，由视频处理子系统采用H.264格式压缩，最后通过网口输出H.264码流，经由网络传输至远程用户端。视频信号采集压缩传输的主要流程如图4-1所示。
通信站内的电力参数通过外置的直流电压表等传感器进行测量，再通过RS485通信接口，将测量数据输入至主控模块的传感器数据传输子系统，转换成适合网络传输的数据包后传至网络，可由公司总部监控服务器接收，并与视频监控图像协同显示到智能监控软件上。
4.2 运动检测
在视频监测的基础上，通过对视频图像进行运动分析与检测，可准确判断无人站内是否有异常人员或其它运动物体的入侵。若发现异常情况，则对工作人员提出告警。
本系统的运动检测不同于普通视频监控的图像识别，而是创造性地将监测图像分为11×11个矩形区域，各区域是相互独立的运动检测对象。管理员可以按需要在特定位置选取一个或多个区域进行运动检测。实际监测区域选择如图4-2所示。
当指定区域（图中红色部分）内图像出现异常变化时（如有物体入侵），即可通过运动检测算法进行检测，将运动区域标为红色，同时弹出警示窗口进行告警。而无关区域的运动对象不会引发告警信号。通过这种方式，可以有针对性地选择大门或是重要机柜作为敏感区域，运用运动检测进行监测。实际效果如图4-3所示。
5 小结
本文介绍了一种无人通信站智能化监控系统。本文首先结合国网湖北省检修公司所辖通信站点的实际情况，分析了监控系统的需求。在此基础上提出了智能化监控系统的体系结构，并对其中若干关键技术进行了深入研究。
本系统将运动检测方法引入站点视频监控中，并创造性地对视频对象进行自定义分区检测。在管理器端，系统将视频图像与电力参数进行集中管控，减少了同时管理多类监控设备的不便利，降低了工作人员的管理复杂度，提升了无人通信站监测的工作效率。
实际使用表明，无人通信站智能化监控系统能够对通信站点内的设备运行状态、环境状态等信息进行监测并进行智能化处理，提高了站点设备运行的安全性与可靠性。本技术的研究与实现，提高了无人通信站的安全性与可靠性，解决了无人通信站的设备维护与管理问题。
参考文献
[1] 能源部电力调度通信局.电力通信网监测系统数据采集层传输规约[Z].北京：能源部电力调度通信局，1991.
[2] 能源部电力调度通信局.电力通信网监测系统计算机数据通信应用层协议[Z].北京：能源部电力调度通信局，1992.
[3] 能源部电力调度通信局.电力通信網监测系统计算机数据通信物理、链路及分组层协议[Z].北京：能源部电力调度通信局，1991.
[4] 于新洋.变电站通信机房动力环境监控系统的设计及应用[D].吉林：吉林大学，2013.
[5] 张烈平.电力通信站机房环境及电源系统的远程监控管理系统[J].电力系统通信，2001，1：43-49.
[6] 孙文静，张庆.通信站动力及外围环境监控系统网络结构及探讨[J].上海电力，1999，06：63-66.
[7] 幕凤玲.无人通信站设备可视化管理探讨[J].宁夏电力，2012，04：39-42.
[8] 黄仕晓.无人值守通信站的远程监控[J].企业科技与发展，2008，08：87-89.
[9] 严天峰，陈君胜，杨超.基于ZigBee技术的远端通信站监控系统及实现[J].自动化与仪器仪表，2011，1：96-98.