1 變電站消防安全面臨的問題
1.1 項目背景
近年來，隨著電力系統管理體制的深化改革，變電站的自動化技術在不斷進步，電力自動化系統已經相當普及，目前很多變電站已逐步實現無人值守；
電力作為一種能源資源成為人類生產生活的命脈，電力系統一旦遭到破壞，給人類帶來的危害和損失相當之大；
隨著社會環境的日益復雜，全球反恐形勢日益嚴峻，各種人為因素、自然因素破壞電力設施的可能性日益加大，救災防災的呼聲越來越高；
傳統的技術解決變電站消防安全問題存在很多缺陷，尤其是對室外設備區火災報警、重要電力設備的全方位熱點偵測都沒有很好的解決方案。
鑒于以上嚴峻形勢，本項目采用目前的尖端技術，開發了熱點偵測、圖像火災報警、災害事件偵測等特種產品，創造性的提出了圖像火災報警、熱點偵測報警、災害事件早期偵測報警與CCTV多合一整合系統解決方案，有效的解決了變電站消防安全問題，必將為保護國家產財產和人民生命安全作出新的貢獻。
1.2 解決的實際問題
變電站室內（室內變壓器、開關室、電容器室、主控室）火災報警；
變電站室外（設備區、其它場區）火災報警；
變電站電纜隧道溫度異常、火災報警；
變電站主要設備（變壓器、斷路器等）、開關、接頭等老化、溫度異常報警；
變電站周界有人翻閱、大門口人員/車輛/動物闖入報警；
變電站內隔離開關和接地刀閘的分合狀態、指示燈狀態等數據信息視頻化報警；
變電站火災等災害事件報警產生后及時的滅火處理；
變電站火災等災害事件報警產生后啟動遠程IP廣播系統實現應急指揮。
2 解決變電站消防安全問題的核心思想
2.1 系統整合的思想
視頻監控是一種直觀的監控方式，傳統視頻監控技術只有三個功能，即顯示、控制、錄像。傳統的視頻監控技術與模式識別技術、頻譜探測技術等尖端技術相結合，稱之為多頻圖像處理技術，能夠實現一套系統完成多種功能。本次工程我們采用最先進的圖像火災探測器、熱點偵測系統和智能編碼系統，不僅能對現場的溫度異常、火焰和煙霧早期偵測報警，同時輸出視頻圖像，實現智能工業電視監控和消防安全監控，再整合遠程IP廣播系統、消防炮滅火系統，實現了“能看見、能聽見、能偵測、能報警、能控制、能指揮、能管理”多合一整合系統。
2.2 智能化的思想
智能化是視頻監控技術發展的必然趨勢，尤其是整合了多頻圖像處理技術、模式識別技術，智能化是安全防范行業從人防向技防轉變的第一次革命之后的又一次革命，如圖所示。
技防革命以解放人類勞動為標志，第一次革命改變了人到現場的監控模式，只需要值班人員在監控中心觀看現場，大大解放了人的勞動；第二次革命改變了值班人員守在監控中心，全部由計算機來完成現場情況的監視和判別分析，發現異常情況再通知值班人員，進一步解放了人的勞動。因此智能化的方向是盡量減少人的勞動和重復工作的疲勞，要求人參與的勞動越少越好。
2.3 早期偵測的思想
在工業生產過程中，任何異常事件都可能發展成重大的災害事故，統計表明，災害損失隨時間呈快速增長的趨勢，以火災發生為例，一般遵循以下過程：過熱—>煙氣/煙霧產生—>火焰產生/發生爆炸/發生電弧閃等初期事件—>火災或者災害事件的擴展蔓延，因此能夠盡早發現異常災害事件是監控系統的要解決的重要課題之一，本系統將圍繞“災害事件早期偵測報警”這一主題進行設計和實施。
2.4 多頻圖像偵測的思想
電磁波譜不僅包括可見光圖像，而且包括非常豐富的其它電磁波譜，不同頻段的電磁波譜在航空航天、工業生產和人們生活中起作非常重要的作用，如下圖所示：
多頻圖像技術采用可見光之外頻段的特種傳感器采集目標特征，然后與可見光圖像進行融合疊加處理，給人一種直觀的感覺，獲取事物更多的特征信息。
3 變電站消防安全整合系統解決方案
針對變電站消防安全急需解決的問題，我們采用熱點偵測模塊、多頻圖像火災探測器、智能跟蹤球機、智能視頻編碼器、電纜隧道感溫電纜報警器、監聽與應急廣播、自尋的消防炮（可選），以及與傳統的安防系統和消防系統、電力自動化系統進行融合，將能有效的解決變電站所有的消防安全問題。
3.1 變電站前端系統結構
如圖所示，在變電站內部署一套多合一整合系統管理平臺，前端設備都通過網絡接入管理平臺，包括熱點偵測模塊、多頻圖像火災探測器、智能跟蹤球機、監聽與應急廣播、傳統安防系統、傳統火災報警系統；其中多頻圖像火災探測器采用分布式探測技術，輸出火災報警信號的同時，也能輸出傳統模擬視頻信號，再通過智能視頻編碼單元接入網絡；智能跟蹤球機通過與之配套的智能視頻編碼單元接入網絡，智能球機在沒有被控制的時候回到初始預置位，能夠實現智能偵測報警，報警后能聯動跟蹤報警目標；監聽與應急廣播系統不僅可以作為日常宣傳安全生產所用，報警發生后作為應急指揮的有效手段；傳統的消防系統如門禁系統等也能直接接入該管理平臺；傳統的消防系統如煙感、手報、滅火控制系統接入該平臺，能實現報警后的聯動響應；自尋的消防炮滅火系統根據需要選擇。
以上系統中管理平臺可以采用機柜式和琴臺式兩種結構，對于遠程聯網的變電站，無需管理平臺，交換機直接接入IP網絡，實現變電站集中監控聯網管理系統。
1、 熱點偵測模塊
熱點偵測模塊采用經濟型紅外熱電堆技術，紅外感測波段為2~20um。從溫度感測的角度講，不同于焦平面技術較多地采用8~14um的波長，熱電堆技術感測范圍更寬，適用于較寬的溫度感測范圍；熱點偵測模塊可以獨立使用，在計算機上與可見光圖像進行融合，也可以在前端與圖像火災探測器進行融合，形成熱點偵測、圖像火災探測一體化探測器。
2、 多頻圖像火災探測器
分布式多頻圖像火災探測器采用了IR，COLOR/BW多頻圖像分析技術；可獨立工作，而不受其它探測裝置或監控管理系統故障影響；可以同時偵測煙霧和火焰，全天候工作，自帶紅外背景光源，保證在全黑條件下探測煙霧；能輸出火災報警信息、火災概率信息、火災位置信息等；具有被遮擋、被偏轉、被污染故障偵測功能，故障響應時間不超過2min；能在75%污染遮擋減光率條件下可靠探測火焰；最高靈敏度不低于0.1m2汽油火（或正庚烷火）探測范圍100m。
3、 智能跟蹤球機
智能跟蹤球機配置了自帶變焦鏡頭的高性能數字信號處理（DSP）攝像機，內置云臺和數字解碼器于一體，代表新一代高技術監控產品的發展潮流。可任意迅速定位及連續追蹤掃描，實現了真正意義上的全方位、無盲點監視；可以自動適應環境明暗和目標遠近的變化；它采用全數碼控制，設計精巧簡單，最大限度地減少了系統部件之間的連接，既提高了系統的可靠性又便于安裝和維護。使用精密步進電機驅動，運轉平穩、反應靈敏,定位準確。與智能視頻編碼單元配合使用完成智能偵測和報警目標跟蹤。
4、 智能視頻編碼單元
智能視頻編碼單元支持多種編碼方式，嵌入自主研發的先進智能圖像處理算法，能很好的辨別不同環境中監控對象的行為，包含：目標穿越警戒線，進入、離開、出現、消失于預定區域；在預定區域內滯留、徘徊、停止、遺棄包裹；不按規定方向、速度行走；流量檢測、尾隨檢測；工業數據信息視頻化，閥門的狀態、開關的狀態、指示燈的顏色狀態等。該產品的高級智能追蹤引擎可以連續追蹤移動或靜止的物體，并且自動適應各種比較復雜的檢測環境，例如場景光照變化、攝像機抖動、擺動的樹枝干擾、水紋干擾等。系統設置簡單，即插即用，用戶可以方便快捷的添加多個檢測區域，設置各種報警規則，系統會自動產生實時報警信號，極大的降低人力、財力、物力，實現視頻監控智能化。
智能視頻編碼單元設計簡單，使用便捷，而且擁有最好的檢測率和準確率，智能分析系統在廣闊的監視環境下分析移動或靜止的人、車輛或其他物體，而且是在前端設備里進行視頻分析，從而大大減輕了中心管理系統的帶寬和中央處理的負擔，滿足大規模使用的需求。
3.2 變電站集中監控聯網系統結構圖
如圖所示，各變電站消防安全前端系統通過電力公司已有IP網絡傳輸到電力公司調度中心，在調度中心設置綜合管理服務器、存儲錄像服務器、液晶拼接電視墻和專業客戶端；對于前端有人值守的變電站，只需要設置一臺客戶端計算機即可，安裝相應軟件，分配管理權限，通過訪問調度中心的服務器獲取本站的所有監控管理信息。
1、 綜合管理服務器
綜合管理服務器對所有的網絡設備和網絡用戶進行管理和服務，通過前臺網管客戶端進行參數的設置和報警聯動的配置。
5、 存儲錄像服務器
存儲錄像服務器負責存儲所有的視頻信息和其它數據信息。
6、 綜合監控客戶端
綜合監控客戶端對前端的熱點偵測圖像、火災報警圖像、球機監控圖像進行監控和管理，同時對傳統安防系統、傳統消防系統數據信息進行管理和監控。
7、 報警管理客戶端
報警管理客戶端專門針對各種報警信號進行聯動處理，按照接警—>確認—>指揮處理—>警情檔案管理的基本流程，使每一次報警都能及時的處理，每次處理都能總結經驗。
8、 廣播指揮客戶端
廣播指揮客戶端在日常情況下能過播放聲音文件，宣傳變電站安全制度，在報警的情況下，立即聯動報警聲音進行疏散和制止，同時指揮人員在監控中心配合圖像監控，能夠實時喊話指揮前端進行救災。
4 監控中心主要功能
監控中心平臺軟件是智能減災防災系統的人機交互界面，與同類網絡視頻監控平臺軟件相比，本平臺具有以下創新點：
智能視頻監控能夠對專業的圖像火災探測器進行管理和控制，將安防視頻監控和消防火災報警完美的融合在一起。
具有過熱偵測圖像顯示功能，能夠與可見光圖像進行融合，點擊畫面上任意一點能夠立即顯示其溫度。
智能視頻監控不僅能夠對周界、大門口入侵進行報警，還能夠針對生產現場的數據信息視頻化管理。
智能視頻監控具有智能控制、球機跟蹤、布局復位等新功能，系統一旦報警，球機立即對目標進行跟蹤，報警解除后，球機自動復位到初始位置。
發揮音頻功能優勢，結合前端廣播硬件設備，建立了一套完善的應急指揮廣播系統，具有廣播喊話、播放文件、定時任務、報警聯動播放等功能，與報警系統完美配合。
嚴格按照火災等災害事件報警處理流程建立一套專業的接警處理和警情檔案管理系統。
專業的報警聯動處理（消防炮管理與控制系統）。
將網絡視頻硬件解碼控制和電視墻控制、LED配置完美的組合在一起，操作更方便。
4.1 變電站關鍵設備熱點偵測功能
在監控客戶端，熱點偵測圖像能夠像可見光攝像機圖像一樣在畫面中顯示，同時能夠和可見光圖像融合，在可見光畫面點擊任意點，立即能顯示相應的溫度；設定相應點的溫度上下限，超出其范圍，立即顯示報警；系統能夠始終跟蹤畫面中最高溫度點位置；根據用戶的需要，針對關鍵位置的溫度變化，形成歷史曲線，定制各種溫度檢測功能。
4.2 變電站圖像火災報警功能
圖像火災報警是本系統的核心功能之一，與以往的火災報警方式不一樣，具有以下特點。
優良的性能。本項目產品可以同時偵測煙霧和火焰。系統探測的靈敏度很高，可以適應不同應用場所的要求。
火災響應速度快?；鹧嫣綔y響應速度一般在5~15秒，煙霧響應時間最快可達10秒。風速對火焰有增強攪動的作用，探測效果反而更好。
防誤報能力強。系統采用紅外、彩色/黑白多頻圖像進行分析識別，并具有自學習、自適應功能，對調制或非調制的自然和人工光源、水汽等有很好的防誤報能力。
火災定位準確。風速對火災定位的影響很小，利于準確給出報警區域和位置。
環境適應能力強。系統參數無需隨季節調整，火焰探測性能在75%以上減光率的高污染條件下，響應能力并未降低。
性能化設計更方便有效。探測器可以針對同一視場進行探測分區的劃分，另外也可以屏蔽或針對不同的視場區域設置不同的靈敏度。
分布式智能架構。系統更可靠，使用更方便。
產品使用壽命長。主要基于紅外、彩色/黑白視頻圖像進行模式識別，系統耐久性與CCTV的攝像機相同，目前看是電力、工業及特殊環境火災探測產品中壽命最長的之一。
最先進的整合解決方案?？膳c視頻火災探測報警與災害事件偵測監控管理系統和中央監控管理系統形成一套完整的系統，形成最具應用價值的火災探測報警、災害事件（過熱、人為、自然災害等）檢測、CCTV三合一整合解決方案。系統安裝、設定、使用非常方便，尤其是后期維護非常方便，只相當于原來一套CCTV的維護工作量。
綜合性能價格比高。
4.4 變電站周界報警功能
傳統的周界報警采用紅外對射、電子圍欄等技術，只能實現報警，但不能準確定位，報警時不能及時錄像，本系統采用智能視頻識別報警，只要在畫面中設置報警區域，當有人、車、動物進入禁區時，系統能夠立即報警。
4.5 變電站電纜隧道溫度監測功能
變電站電纜隧道溫度監測可以采用熱點偵測模塊、感溫電纜等技術實現，主要針對電纜溫度變化產生報警。
4.6 變電站應急廣播指揮功能
監控中心能夠選擇一個或者多個前端進行實時廣播講話、播放聲音文件(如安全宣傳、通知、音樂等)，也能定時播放聲音文件，報警時聯動播放聲音文件。
4.7 電視墻控制功能
電視墻控制將軟件解碼、畫面拼接、LED顯示控制完美的組合在一起，比傳統的分離控制方式更方面，使用效率更改高。主要完成在網絡視頻通過解碼器還原模擬信號在電視墻顯示，以及拼接電視墻的控制，并通過模擬鍵盤控制云臺鏡頭，或者直接在顯示畫面上操作控制云臺鏡頭，另外還完成LED的顯示配置。
拼接電視墻的選擇：構建一個與實際電視墻對應的顯示畫面，選擇單屏或者組合屏作為顯示區。
解碼顯示：將需要顯示的攝像機/探測器信號源或者VGA信號源拖入選擇的顯示屏。
LED顯示控制：編輯LED顯示內容，設置顯示方式和時間，發送即顯示。
模擬鍵盤控制：monitor：將單屏或者多屏預先編號1-n，camara：將攝像機/探測器信號源和VGA信號源預先編號1-m，就可以實現camara和monitor之間的切換，搖桿控制當前camara的云臺鏡頭。
畫面上控制云臺鏡頭：在電視墻顯示畫面上直接用鼠標控制云臺鏡頭。
4.8 傳統安防與消防功能
本系統具有所有的傳統的CCTV和傳統消防系統功能，包括顯示、控制、錄像功能，同時能夠與門禁系統、巡檢系統、點式火災報警系統和滅火系統進行聯動和整合。
