城市电力电缆隧道智能监控预警系统的应用

城市电网是现代城市公共基础设施的重要组成，目前其所面临的主要问题是如何妥善解决电力负荷高速增长，电源点、电力通道资源日趋紧张与人们绿色环保的生存空间和城市环境要求之间的矛盾。

在国外大型城市的发展中，以地下电缆方式取代传统的架空线路已经成为世界潮流。随着我国城市化的快速发展，近几年很多城市都不同规模的建设了电力电缆隧道。电力电缆隧道能够为电力电缆提供安全的庇护，使之具有良好的工作环境。我国在电力电缆隧道的建设初期，一般只能依靠人工沿着隧道沿线进行排查，对电缆的运行状态进行常规巡视。随着电力电缆隧道的快速发展以及智能化建设的推进，各类监控系统(如视频监控、环境监测、在线测温、智能控制等)得到了广泛应用，让电力电缆隧道的安全监控具有非常重要的现实意义，同时也是未来电力电缆隧道建设、管理中的重要发展方向。

近年来电力电缆隧道的全面建设，对配套辅助监控系统提出了全新的要求。根据我们和客户的需求沟通及现场的实地勘察，对这一领域的需求归纳如下：

1、隧道内各类监控系统种类众多，但各系统间缺乏有效协调，信息共享能力不够，需进行有效整合，形成真正意义上的电力电缆隧道智能监控预警系统;

2、针对电缆火灾故障预测，需采用分布式光纤测温系统;

3、针对隧道环境监测，需部署有温湿度传感器、水浸等，并配合相应的智能控制，需部署高稳定性的PLC系统;

4、针对工作井出入口的安全防范要求，需部署门禁系统，防止非法人员进入;

5、视频监控系统的建设需考虑稳定性、先进性、经济性，同时还需考虑应用环境的适应性，并能实现原有系统的利旧接入;

6、因隧道施工的特殊性，需考虑监控点调试、维护的便捷性;

7、电缆运维人员能够通过工作井分控中心显示器监控该段隧道内的视频;

8、运维中心将部署服务器，完成对前端相关视频设备的配置、管理工作;

9、监控中心将部署大屏，实现对隧道全线的全局监控;

10、系统需提供对外接口，以便与分布式光纤测温、PLC、SCADA系统实现系统对接。

1.设计思路

针对城市电力电缆隧道的需求，海康威视推出了电力电缆隧道智能监控预警系统，该系统是集硬件、软件、网络于一体的大型联网监控系统，以iVMS-8800平台软件为核心，实现联网监控，在监控中心即可对现场环境进行集中监控，在运维中心即可对现场设备进行统一管理，为智能电网保驾护航。

在系统设计过程中，除根据原有系统运行现状、发现问题进行升级改造并增设监控点外，我们进行了适当的技术创新，设计思路如下：

(1)高清视频监控：建议采用720P及以上高清摄像机，提升视频质量和安防水平，满足细节监控需求，硬盘录像机需匹配支持高清录像存储;

(2)设备适应环境：选用摄像机时，需充分考虑地下隧道潮湿、摄像机易进水、镜头易起雾情况下的防水除湿，还需考虑冬季潮湿环境下易结冰情况下的加热，同时工作井及隧道内的灯光在正常情况下将关闭，需考虑摄像机的夜视功能;

(3)功能适用场景：鉴于电缆隧道狭长的场景，传统模式的16:9长宽画面会产生监控边缘区域的浪费，走廊模式的9: 16长宽画面能有效确保监控区域的利用率;

(4)低码率少容量：部署采用低码率技术的摄像机后，720P高清摄像机最高输出码率将不超过2Mbps，为传统码率(4 Mbps)的一半，大大降低带宽占用及减少硬盘容量;

(5)可视对讲门禁：在工作井大门部署，便于持卡人员刷卡进入，未持卡人员和运维中心进行对讲及可视化核实，核实后由运维中心开启大门;

(6)就地管理优先：故障情况下运检班组第一时间赶赴现场，工作井分控中心有助于班组成员及时、准确了解现场情况，所以保障区段视频监控系统的网络尤为重要;

(7)管理视频复核：可视化运行管理有助于提高日常管理工作的高效性，视频监控子系统与分布式光纤测温、PLC、SCADA子系统，互相开放接口实现系统对接后，报警信息能够及时联动视频，第一时间掌握现场真实情况;

(8)立体监管模式：实现分控中心、运维中心、监控中心多级管理，分控中心采用设备外接显示器呈现某一隧道区段的实况，运维中心采用PC呈现隧道全线的实况便于故障派工，监控中心采用大屏呈现隧道全线的实况便于调度指挥;

(9)资源充分共享：MIS网用户(运维检修部、安全监察质量部等)可按需授权，通过视频监控系统对现场运行情况、安全情况进行抽查，避免重复建设;

(10)移动工作助手：通过手持终端(手机、平板等)进行实时监管，便于运检班成员派工前及时了解现场情况、制定检修方案，也便于领导、专家随时随地对突发事件进行应急指挥;

(11)系统运维管理：视频监控系统建议部署视频质量诊断系统，该系统具备完善的运维管理功能，对数量庞大的视频监控设备进行自动化巡检，当巡检结束后自动生成报表，以便系统运维部门及时处理。

2.系统架构

部分电缆隧道项目投运时，为了保障电缆的稳定运行及隧道环境，已部署了分布式光纤测温系统、环境监测系统、智能控制系统等。当视频监控系统部署完毕时，只需接入以上系统数据并实现联动，本文主要以视频监控系统的建设展开。

(1)系统拓扑图

(2)系统组成

电力电缆隧道智能监控预警系统主要由前端系统、网络系统、中心系统三部分组成。前端系统主要负责采集电力隧道内的电缆运行环境及人员情况、采集工作井内的设备运行环境及人员情况。这些视频信息通过光纤环网方式，在工作井分控中心的网络硬盘录像机汇聚存储后，统一上传至中心软件平台，并将在现场显示器呈现，便于隧道运维人员巡检前的环境勘察。

网络系统用于前端与运维中心、运维中心与监控中心之间的通信。前端系统的视频通过视频专网上传至运维中心，再通过电力综合数据网上传至监控中心并进入MIS网，分别供运维人员、调控人员及MIS网用户调用查看。考虑到全线隧道距离较长，各工作井间通过光纤级联方式而非光纤环网方式，级联的终点将在运维中心，实现全线隧道视频资源的汇聚、呈现。

中心系统分为运维中心及监控中心。运维中心主要负责整套视频监控系统的运行维护，并承担部分监控的职能。通过部署服务器，可管理隧道全线及工作井内的所有视频设备，接收由摄像机上传的视频信息并进行分发，满足监控中心大屏呈现、中心值班人员及MIS网用户视频信息查看的需求。同时，通过接入服务器与分布式光纤测温、PLC、SCADA系统进行信息交互，实现环境数据统一呈现、报警视频联动复核等功能。监控中心主要负责对隧道全线及工作井内环境、人员行为的监控，并通过高清解码实现大屏呈现，成为对内管理对外宣传的窗口。

3.实现功能

(1)基础功能

一是实时监控。采用高品质摄像机，具有防水、防雾、防低温等功能特性，实时获得监控区域内清晰的监控图像，各种型号系统的摄像机可以满足不同区域监控点的监控需求，实现24小时不间断监控，并且可以对带云台、镜头进行操作，对视角、方位、焦距的调整，实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控。

二是行为分析。通过SMART摄像机，对于重要区域采用智能分析技术，通过行为分析和智能跟踪的方式，实现安全防范监控;本系统中主要对穿越警戒面、区域入侵、进入区域、离开区域等多种行为进行识别和触发报警。

三是录像存储。本系统支持前端存储和中心存储两种模式，前端的视音频信号接入网络硬盘录像机存储数据，达到前端存储的需要，以供事后调查取证;也可部署网络存储设备，适合对重要视频信息冗余备份的中心存储需求。

四是智能检索。通过支持SMART功能的NVR，支持基于智能侦测事件的快速检索;支持基于区域入侵、越界侦测的录像后检索，可在回放中自定义智能规则快速检索。

五是语音对讲。通过语音对讲，运维中心客户端能够和分控中心NVR进行沟通，运维中心客户端能够和工作井大门口的可视对讲门禁进行沟通。

六是数据呈现。通过对接分布式光纤测温、PLC系统，可在系统界面上统一呈现电缆温度、隧道温湿度、水位情况等环境数据。

七是环境控制。在管理职能允许的情况下，系统可以接管PLC系统的控制功能，实现水泵、风机等设备远程开启功能。

八是门禁管控。运维中心可实现对运维人员分配门禁权限，同时在通过身份核实后，对未持卡人员可实现远程开门。

九是联动预案。通过视频监控系统和分布式光纤测温、PLC、SCADA系统的关联，能够提供丰富的视频联动预案：客户端联动、电视墙联动、报警录像等。有助于相关部门第一时间发现事故点，迅速做出反应，把事故损失控制到最小范围，真正实现可视化运行管理。

十是巡检预案。系统支持可视化巡检预案，按人工巡检的路线，把沿途多个监控点的多个预置位添加进预案，一旦发现问题可截图并标注问题，及时通知相关部门。相较于人工巡检、手工纸质记录的传统巡检方式，该预案可大大提高巡检质量及到位率。

十一是远程维护。通过平台软件能够对前端设备进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能。设备提供远程访问功能，运维人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，提高设备的维护效率。

十二是系统管理。通过平台软件能够进行全方位管理，提供中心管理、Web服务、认证授权、日志管理、资产管理、地图管理、流媒体服务、云台代理、存储管理、文件备份、设备代理、移动服务、报警管理、电视墙代理、网管服务等系统服务，提高整套系统的工作效率。

(2)扩展功能

扩展功能目前主要包括：移动助手，即通过手持终端(手机、平板等)能够随时随地远程监控，实现预览、云台控制，为应急指挥、巡视检修提供便捷的技术保障。视频运维，采用轮巡方式检测视频设备工作异常，如清晰度异常(图像模糊)、亮度异常(过亮、过暗)、偏色、噪声干扰(雪花、条状、滚屏)、画面冻结、信号丢失、云台失控等，及时了解系统的故障并报警通知，提高视频监控系统有效性。

我国很多城市在地下电缆隧道方面也已经做了尝试，但全国范围内大规模的应用还未出现。上海在这个方面的尝试较多也较早，最早在1983年就建成了长度为100米的万体馆电缆隧道，用于支撑2回110kV充油电缆和35kV电缆。目前建成了比较有代表性的世博隧道、杨高中路隧道、新江湾隧道、西藏路隧道等，并尝试建立放射状的电力电缆隧道网络，这些电力电缆隧道在实用中已经取得了很好的社会效益。

北京西路——华夏西路电力隧道工程是上海市电力公司世博工程中的主要供电配套工程，于2010年4月建成投运，是目前世界上规模最大的电力电缆专用隧道。隧道两端连接500kV三林变电站和静安(世博)地下变电站，全长15267m。隧道全线设置工作井15座，分别同上海浦东和浦西四条电缆隧道相连，形成上海地区电力隧道网络。海康威视高清视频及红外测温系统已成功应用于该工程。

隧道内安装有多套先进的24小时实时电子监控系统，主要有视频监控、红外测温、门禁、消防监控、无线通讯等子系统，并由电缆监控中心统一监控管理。海康威视的高清视频及红外测温监控平台对视频监控及红外测温系统进行了有效融合，红外测温系统能够及时发现电缆接头的异常升温，视频监控系统能够实时监控电力隧道的运行情况并对报警进行可视化复核，确保了电缆隧道的可靠运行。

大文豪雨果曾说：“下水道是城市的良心。”这句话讲得十分深刻，下水道也好，地下管网也好，虽然看不见，但是它的状态如何却折射出一个城市的管理能力、竞争力以及责任心。与国外相比，中国城市地下综合管廊起步晚、基础差、推进慢。根据文献资料，全国大约有70%的城市地下管线没有基础性城建档案资料，加上归属各部门的管线档案互不相通，除了马路经常被开挖、工程延期外，也屡屡造成建设过程中挖断管线的事故。建设城市综合地下管廊的需求已经变得十分急迫。早在2014年6月，国务院办公厅印发《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，部署加强城市地下管线建设管理，保障城市安全运行，提高城市综合承载力和城镇化发展质量。指导意见中指出，要加大老旧管线改造力度，推进城市电网、通信网架空线入地改造工程。2015年8月，国务院又印发了《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》，意见明确要将地下综合管廊建设作为国家重点支持的民生工程，到2020年，建成一批具有国际先进水平的地下综合管廊并投入运营。意见中，对于建设标准，要求综合管廊应配套建设消防、供电、照明、视频、安全与报警、智能管理等设施，提高智能化监控管理水平。据了解，在2014年我国已提出在36个大中城市全面启动地下综合管廊试点工程，潜在市场需求将超过500亿元。

在安防这块，事实上在我国的智慧城市健康发展指导意见中，也已经将地下综合管廊建设明确纳入智慧城市建设综合规划中。而今年九部委出台的《意见》，要求各部委制定政策推进城乡社区、住宅小区、地下管廊在新建、改建、扩建过程中开展视频监控系统建设，完善已建成的视频监控系统，进一步织密视频监控网络。这对安防企业来说是拓宽业务应用的好机会，但是地下管线、综合管廊是一个特殊、专业性强的领域，相比应用成熟的其他领域，有志于此的安防企业需要潜心行业做深入的研究与产品研发，才能更好地服务用户。