金三立在线输电线路智能巡检监测(图形、视频)平台实现方案

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1、系统概述

金三立在线输电线路智能巡检监测(图形、视频)平台实现方案
1.1 项目背景

输电设备的检修是确保电力系统安全可靠运行的重要环节。在我国一直延用着定期检修和事后检修相结合的模式,已不符合我国电网规模迅速发展、电网设备数量急剧增加的发展现状,呈现出定期检修工作量剧增,检修人员紧缺等突出问题。实现输电线路状态监测的智能化,加强输电线路状态检修、全寿命周期管理和智能防灾技术研究应用,对于提高电网运行可靠性、提高企业运行效率的要求具有重要意义

根据国家电网公司 2016 年 3 月份提出的《架空输电线路“三跨”重大反事故措施》的要求,在输电线路三跨的区域(跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道的架空输电线路区段)防止倒塔事故,防止绝缘子和金具断裂事故,防覆冰舞动事故,防止外力破坏事故,针对运维单位提出的管理要求,正常巡视周期不超过一个月,在恶劣天气或地址灾害发生后应及时进行特殊巡视,对不均匀沉降,强风,易覆冰等微地形、微气象区域,宜安装状态监测装置。

 

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1.2 输电线路现状

1.2.1 输电线路外力破坏故障的主要原因

(1) 违章施工作业。表现在一些单位和个人置电力设施安全不顾,在电力设施保护区内盲目施工,有的挖断电缆,有的撞断杆塔,有的高空抛物,有的围塘挖堰,在线下钓鱼等, 导致线路跳闸。

(2) 盗窃、破坏电力设施,危及电网安全。

(3) 房障、树障、交叉跨越公路危害电网安全,清除步履艰难。一些单位和个人违反电力法律、法规,擅自在电力线路保护区内违章建房、种树、修路、挖堰,严重威胁着供电安全。

(4) 输电线路下焚烧农作物、山林失火及漂浮物(如放风筝、气球、白色垃圾),导致线路跳闸。

 

1.2.2 输电线路巡视困难点

运行线路长、分布范围广

运行环境复杂,外界环境影响大

人工巡视工作量巨大、难以管理

巡视真空期太长,无法持续监控

2、系统设计标准、设计原则

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2.1 符合国家电网关于视频图像监控的技术规范和标准

本装置采用《Q/GDW 517.1-2010 电网视频监控系统及接口 第 1 部分》SIP 协议做为视频部分的通讯接口协议。

本装置采用《Q/GDW 242-2010 输电线路状态监测装置通用技术规范》作为设计开发的依据,符合该技术规范要求。

本装置符合《Q/GDW 560-2010 输电线路图像视频监控装置技术规范》的各项指标以及测试检验要求。

 

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2.2 设计原则

2.2.1 先进性

采用先进、成熟的信息技术,并在设计上做好提前量,在 5-10 年内,满足系统扩容需求,保证系统不落后。

2.2.2 实用性

充分提取客户需求,提炼业务流程,以简洁、清晰、明了的方式提供系统的运维和应用,达到实用的目的。

2.2.3 可扩充性

采用模块化的设计思路和面向对象的设计思想,保证在用户需求有变化时,可灵活进行系统的扩充,使得修改工作量减到最小。

2.2.4 开放性

由于需要对接多种系统,在接入层的设计上要能灵活接入各种私有协议或 SDK,并尽量多地支持电网及其他行业的标准接口协议,保证系统的开放性。

2.2.5 标准化

严格依据电网设计规范在数据标准、开发标准、通讯协议等方面进行标准化设计;对于尚未形成标准化的系统接口,通过此次建设,提出标准化建议。

2.2.6 安全与保密

系统的设计时应充分考虑系统的安全,从硬件、操作系统、数据库、网络等角度全方位提供安全和保密设计。

2.2.7 智能化

系统应充分考虑到商业智能、专家模型分析、辅助决策支持、图像智能分析等技术的应用。 

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2.3 系统总体设计

本着系统既要先进、实用、成熟、可靠,又要做到系统开放性、可扩展性好, 兼顾投资合理、效益最佳的目的。对输电线路在线监测设备进行集中监视、控制和管理,使这些设备得以安全、可靠、高效地运行,最大限度地发挥智能管理的作用,创造安全、健康、舒适宜人和能提高工作效率的优良环境,节约能源,并减少维护人员。

系统数据来源可分类为资产及状态数据、流媒体及控制数据、二维/三维地图数据;流媒体及控制数据,平台的处理较为复杂,必须基于成熟的流媒体平台才能保证系统的稳定,及快速投入使用;二维/三维地图数据,则由客户端直接调用展示。

系统整体框架基于已成熟并广泛应用的金三立网视星综合视频监控系统,该系统基于电信全球眼、网通宽视界、GB/T 28181 等规范设计,采用电信级系统架构,设计容量可达 10 万个视频终端,并兼容输电在线监控终端、轨道巡检机器人、门禁、报警、卡口等系统的接入与综合管理,基于此框架进行接入数据种类的扩展和客户端的应用的扩展,能保证系统快速稳定,使此项目能以最快的速度投入运营。

WEB 应用客户端分为管理客户端、网管客户端,管理客户端负责平台的业务配置,采用纯 B/S 模式;网管客户端负责硬件服务器及平台服务模块的配置、状态管理,采用纯 B/S 模式,移动客户端采用 C/S 模式。

微信企业公众号,利用 B/S 架构,后台管理采用 PHP + C/C++,通过 WEB 服务提供公众号功能,其中小视频采用 HLS 格式,兼容微信的视频播放。

3、系统拓扑及功能架构

目前输电线路巡视策略采用“机巡+人巡”协同巡检模式,针对线路日常巡视,机巡(直升机、固定翼)最短周期为 4 次/年,人工定期巡视最短周期为 4 次/年,巡视周期均较长, 输电运维人员无法动态实时掌握线路运行状态,通过建立输电线路可视化系统,可实时掌握线路隐患风险,提高线路精益化管理水平。重要线路交叉跨越区段、跨铁路、跨公路、跨桥梁等“三跨”线路区段及重要同塔多回线路易受违章施工、山火、树障、悬挂物等外力破坏影响造成线路跳闸,可能导致电网事故事件。需要通过图像/视频装置对线路通道进行实时监测,保证线路隐患的可控、能控。

金三立输电线路智能化系统是根据输电线路视频/图像监监测、防外破等电力行业需求, 结合多年的系统整体解决方案经验,推出的适用于输电线路的综合视频管理平台 。

金三立提出的“输电线路智能化系统”专业针对性强,可以实现对架空输电线路进行全天候视频/图像监测,可以有效预防施工现场塔吊、工程车辆等超高物体破坏输电线路;有效防止林区树木碰线;有效防止挖沙石、挖土方等破坏塔基行为;可以实现远程视频/图像巡线。系统具有强大的平台系统,将线路在线监测、远程巡线、隐患分析、GIS 地图展示等融合,可以有效管理威胁线路安全的隐患 。

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3.1 系统实现拓扑

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图 1:系统拓扑图

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3.2 系统功能架构

金三立输电线路智能化系统融合视频监测系统、图片监测系统、状态监测系统等各系统于一体,消除传统系统建设中信息孤岛的局面。平台具有设备管理、服务器管理、用户管理、媒体分发、录像管理、线路巡视、隐患管理、电量管理、智能分析、电子地图、日志查询、统计分析、事件联动、电视墙管理等丰富的功能。

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图 2:系统架构图

输电线路在线监测系统的功能架构如上图所示。主要分为 5 个部分: 前端设备:该层描述了所有待接入系统系统的输电线路在线监测装置。

平台模块:根据输电线路在线监测装置的类型及功能实现,平台定义了流媒

休管理、存储管理、点播管理、中心管理、业务管理、RTSP 网关、在线监测设备接入、客户端信令管理、前端信令管理、数据库管理等不同模块,平台的模板化管理实现运营和维护的便捷性。

平台功能:主要提供数据管理和业务流程的基础平台支撑。

数据库部分提供了监控数据库、历史数据库、数据备份等业务;

媒体管理部分负责视音频流的分发、存储、点播业务,包括媒体分发、媒体存储、媒体点播、语音对讲等功能;

信令管理负责信令的接入、分发;

告警管理负责按告警分类、分等级进行记录、分发、查询等功能;

联动管理专职处理联动录像、联动微信、联动预置位、联动电视墙等动作处理;

电视墙管理负责电视墙视频的单步、巡回、群组切换;智能分析包括数字图像处理、模式识别、商业智能等业务;

知识库管理是对故障典型案例、状态分析报告、风险预警等的结构化管理; 系统管理包括校时、主机状态、服务状态等运维管理功能;

机构管理是对电网业务点的展示树形结构进行灵活配置划分的管理; 权限管理是对管理员、用户的访问权限的配置和管理;

版本管理包括服务器版本、终端设备版本、以及服务器与数据库对应版本的管理;

统计与报表负责定期与即时的数据统计、报表生产。 

行业应用:此部分是系统核心业务的体现,主要包括融合二维/三维地图、电网网络拓扑、基础设施、主要部件、附属设备综合展示设施及设备的分布,并结合潮流数据、输电状态、电缆状态等信息实时展示电网现状。

界面展示:此部分是业务对用户的呈现,电子大屏,基于 B/S 架构,界面以概括、简洁、清晰的方式,采用高分辨率界面显示的方式,在监控中心电视墙大屏上展示线路本体设备、附属设施以及道道环境,如绝缘子、杆塔基础、接地装置、线路金具、拉线及基础、地基与基面、导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW、防雷装置、防鸟装置、各种监测装置、树木、交叉跨越、施工作业等状况。 

移动客户端,利用手机客户端结合 GIS 地图展示某一区域的综合监控信息、图片巡检、实时视频、告警信息、风险提示等。

输电线路系统客户端,基于 B/S 架构,包括视频查看、图片巡检、录像回放、等相关功能。

管理客户端,基于 B/S 架构,主要包括平台服务器配置、机构管理、设备管理、用户及权限管理、录像策略管理、联动管理、日志管理、电视墙管理等功能。 

网管客户端,基于 B/S 架构 

系统安全:此部分功能体现系统的安全性要求。

网络安全,需要从网络结构安全、访问控制、安全审计、边界完整性检查、入侵防范、恶意代码防范、网络设备防护等几个方面做好网络安全规划。

系统主机安全,从服务器自身软硬件着手,在身份鉴别、访问控制、安全审计、剩余信息保护、入侵防范、恶意代码防范、资源控制等方向进行安全规划。 

系统应用安全,从应用软件着手,在身份鉴别、访问控制、安全审计、剩余信息保护、通信完整性、通信保密性、抗抵赖、软件容错、资源控制等方向进行安全规划。数据安全及备份恢复,做好系统重要信息和数据的完整性、保密性措施,并对数据在软硬件方面做好冗余备份及恢复机制。

4、应用客户端及功能展示

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4.1 系统监控客户端

金三立输电线路智能化系统集视频监测系统、图片监测系统、状态监测系统等各系统于一体。提供 C/S、B/S 客户端及手机客户端等多种访问模式。

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图 3:金三立输电线路监控客户端

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4.2 系统管理客户端

金三立输电线路智能化系统管理客户端支持平台配置、机构管理、设备管理、电视墙管理、用户管理、录像策略、联动管理、日志管理、微信管理等多种功能于一体。

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图 5:金三立输电线路网管客户端

 

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4.3 系统网管客户端

金三立输电线路智能化系统网管客户端支持主机管理、配置管理、运维管理、时钟同步、状态管理、机群管理等多种功能于一体。

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图 5:金三立输电线路网管客户端

 

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4.4 移动监控

金三立输电线路智能化系统可通过手机 app、微信客户端获取设备的实时视频、微视频、抓拍图片。

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图 6:移动监控客户端

 

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4.5 支持国网和南网可选

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4.6  平台主要功能

4.6.1 图像、视频数据接入、分析管理 

可以对各类图像监控装置、各类视频监控系统等进行综合接入和管理,建立直观、立体的二维和三维可视化展示平台,支撑设备、通道的运维、检修和生产管理智能化,实现输电线路的状态监测、监测预警、故障诊断、状态评 价、风险评估、维修策略和专题分析应用等功能,为输电生产提供数据支撑和科学依据。可通过统一图像、视频接入平台,对输电线路图像、视频监控数据进行统一接入,并将相关原始数据接入到对应的分析模块中。

并对软件平台发现的预警信息及数量、各类型预警的统计进行直观展示。

 

4.6.2 基于图像视频分析的输电线路异常状况预警 

 实现对重要线线交叉跨越区段、跨铁路、跨公路、跨桥梁等“三跨”线路区段及重要同塔多回线路易受违章施工、山火、树障、漂浮物等外力破坏影响造成线路跳闸情况的图像、视频分析,并对异常情况进行预警。

具体场景包括:

a) *特种车辆入侵识别:系统能对吊车、塔吊、泵车、挖掘机、翻斗车等特种车辆进行检测,并在其靠近禁止区域时产生报警;

b) *漂浮物识别:系统应能配合前端,对可视范围内的线缆进行全线巡线检测,并对漂浮物进行检测报警;要求能识别紧贴漂浮物、悬挂漂浮物; 

c) 山火识别:系统应能够通过分析视频,对监控画面中烟、明火进行检测, 并产生报警;

d) *现场施工状态识别:系统能够对画面中的挖坑、脚手架工具进行检测, 并在其产生威胁到输电线路的情况时,产生报警;

e) *杆塔防震锤、绝缘子缺失检测;系统能对抓拍图片中的防震锤、绝缘子进行检测,并对其缺失进行报警;

f) *地线缺失检测;系统能对图片中的地线进行检测,并对其缺失进行报警;

g) *树木超高检测;系统能配合前端装置,对树木超高进行检测,并在树木生长超过一定阈值时产生报警;

h) *车辆超高检测;系统能对三跨路段的车辆进行检测,当有超高车辆通过时,实时产生报警;

i) *三跨路段交通事件检测;系统能对三跨路段的车辆违停、逆行、行人穿越、拥堵等事件进行检测,并产生报警;

j) *系统应支持对智能分析报警的联动功能,包括:联动录像、联动抓拍、联动云台预置位调用、联动电视墙单步切换、联动电视墙轮巡组切换、联动电视墙群组切换、联动告警输出、联动 Email、联动微信推送等。 

 

4.6.3 支持图像质量分析功能 

支持对接入的图像和视频装置采集的图像和视频进行图像质量分析,具体包括如下:

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4.6.4 智能分析算法的自主学习训练提升 

学习库能自主学习训练、更新模型。可利用历史数据作为样本建立智能学习库,并利用自主学习训练能力将误检、漏检样例推送学习库,对历史数据重复利用以提升智能算法准确性。

 

4.6.5 图片巡检 

系统可根据输电线路的供电范围、走向等对各独立的杆塔,进行巡视路线规划,并制定到巡检人员。并建立巡检结果反馈、巡检结果确认,并保留好巡检记录。巡检人员能高效、准确对杆塔进行可视化巡检,巡检任务数据化、直观化,避免遗漏。

图像巡检分为手动巡检和自动巡检。其中手动巡检为:值班人员可按照预先设定的巡检路线,逐个画面手动进行巡检,巡检一个,记录一个;自动巡检:值班人员启动巡检后,不需要干预,系统自动按照巡检切换图片画面,发现异常,值班人员可以手动暂停并记录异常。巡检结束后,自动生成场巡检报告,相关人员只需要阅检报告即可快速掌握线路运行状况。 

可以针对“三跨”区段内杆塔、特殊点位杆塔设置不同的巡视周期,自动开启定时巡视, 全面监控外破隐患。  

通过选择线路、电压等级等机构,可以观测到线路本体设备、附属设施以及道道环境, 如绝缘子、杆塔基础、接地装置、线路金具、拉线及基础、地基与基面、导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW、防雷装置、防鸟装置、各种监测装置、树木、交叉跨越、施工作业等状况图片送到平台,实现远程图片巡检,节省人力物力。

客户端主体界面中点击控制面板中的<图片巡检>如下图所示: 

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图 7:南网客户端图片巡检效果展示

 

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图 8:国网客户端图片巡检效果展示

  

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图 9:国网客户端图片巡检单画面浏览

 

4.6.6  视频巡检 

系统可根据输电线路的供电范围、走向等对各独立的杆塔,进行巡视路线规划,并制定到巡检人员。并建立巡检结果反馈、巡检结果确认,并保留好巡检记录。巡检人员能高效、准确对杆塔进行可视化巡检,巡检任务数据化、直观化,避免遗漏。

视频巡检分为手动巡检和自动巡检。其中手动巡检为:值班人员可按照预先设定的巡检路线,逐个画面手动进行巡检,巡检一个,记录一个;自动巡检:值班人员启动巡检后,不需要干预,系统自动按照巡检切换图片画面,发现异常,值班人员可以手动暂停并记录异常。巡检结束后,自动生成场巡检报告,相关人员只需要阅检报告即可快速掌握线路运行状况。 

可以针对“三跨”区段内杆塔、特殊点位杆塔设置不同的巡视周期,自动开启定时巡视, 全面监控外破隐患。  

通过选择线路、电压等级等机构,可以观测到线路本体设备、附属设施以及道道环境, 如绝缘子、杆塔基础、接地装置、线路金具、拉线及基础、地基与基面、导线、地线、引流线、屏蔽线、OPGW、防雷装置、防鸟装置、各种监测装置、树木、交叉跨越、施工作业等状况视频送到平台,实现远程视频巡检,节省人力物力。 

视频巡检类型可分为:在线实时监测视频巡检、前后十秒报警视频巡检、销钉级监控视频巡检、历史监测视频巡检。 

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图 10:南网客户端视频巡检效果展示 1

 

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图 11:南网客户端视频巡检效果展示 2

4.6.7 GIS 地图线路巡检展示 

 根据设备的 GPS 定位信息,在 GIS 地图上连接成虚拟线路,按照安装点位逐基进行远程巡检。

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图 12:国网客户端 GIS 地图线路巡检展示

 

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图 13:南网客户端 GIS 地图线路巡检展示

 

4.6.8 流量管理 

可设置每天可用流量,在值班人员忘记关视频时,超出每天使用流量时自动关闭数据传输,有效防止流量异常消耗;剩余流量低于设定的阈值时,自动推送

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图 14:流量校准

 

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图 15:剩余流量统计

 

4.6.9 智能电源管理 

系统主要靠蓄电池进行供电,保证各设备的稳定运行。所以,电池充放电应该系统化进行管理。通过对电池进行实时监管,系统以多阶段充电模式对电池进行充电,根据电池充电特性曲线,制定最佳充电方式,避免电池均冲,延长电池使用寿命。蓄电池组充电按照涓冲、恒流、恒压、浮充的四阶段方式充电,既保证电池满容量工作,又保证电池的使用寿命。

另外,针对电池的状况实时监控,并且自动进行监控模式管理,如 70%电源时候可以进行实时视频监控,50%-30%可以进行设定抓拍监控,当低于 30%时候将会进行日间标准模式监控。

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图16:工作模式切换

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图17:工作模式设置

 

视频上能实时动态叠加当前电池的剩余电量、充放电状态、电池温度、续航时长等信息,实时视频和环境信息进行有效结合,立体化监控信息。同时能以曲线图表的形式直观显示出来,准确把控设备电源系统的健康状况。

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图 18:剩余电量统计

 

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图 19:电源管理

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图 20:负载电流和光伏阵列电压统计

 

4.6.10互联互通 

金三立输电线路智能化系统支持国家标准、行业标准、国际组织标准、企业标准等。

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5、各种输电线路在线监测系统

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5.1 视频接入容量

系统基础架构的设计参考了电信全球眼和网通宽视界的平安城市建设标准, 采用电信级运营架构,可支持 10 万路视频设备的接入及视频管理。并且已经在上千个项目有过成熟的视频管理及对接应用,运行稳定。

此基础有利于本系统前期的快速稳定,及后续系统的持续扩容。

 

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5.2 分布式流媒体部署

信令的数据量小,且交互频率低;而流媒体的数据量较大,对带宽、服务器资源消耗都较多,考虑到系统设计可接入 10 万路视频的容量,流媒体服务的部署方式必须支持可分布式部署。

如下图所示,当 1 台媒体服务器接入的视频数量较多时,只要增加媒体服务器的数量即可扩展整个系统的媒体处理能力。

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图 21:分布式流媒休部署

 

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5.3 流媒体分发

流媒体的接入与分发,由独立的流媒体分发服务模块完成。

所有前端设备只出一路视频流到中心流媒体服务器,如果有多个用户访问同一视频源,由流媒体服务器进行分发。这样可以有效节省前端设备的流量消耗和网络带宽,提高设备访问效率。

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图 22:流媒体分发

 

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5.4 流媒体分发自动负载均衡

在流媒体分发过程中,当某一地区出点热点事件,访问附近视频的客户量增多时,对应的媒体分发服务器会出现负载过量,从而导致卡顿、花屏、甚至宕机; 通过流媒体服务器的自动负载均衡功能,可实现系统自动分析每一台流媒体服务器的负载水平,当将要出现负载过量时,系统可自动分配负载较小的流媒体服务器代为向其他客户进行视频分发。

如下图所示

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图 23:自动负载均衡

 

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5.5 分布式录像系统

录像服务器应是独立的服务模块,其可以根据应用需求,灵活部署。

1) 中心录像业务量很小时,1 个录像服务模块可负责多个转发服务模块的业务;

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图 24:单个录像服务模块

1) 当需要的将录像保存较长时间时,可由多个录像服务模块完成 1 台转发服务模块的业务;也可以通过对录像服务器增加挂载存储空间,来实现录像时间的延长。系统架构应同时支持这两种方法。

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图 25:多个录像服务模块

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5.6 被动式录像方式

考虑到输电在线监控设备是 APN 传输,流量有限制,不能定时录像,因此需要有被动式录像方式。即当有用户主动请求视频时,录像服务器进行平台录像, 当没有用户看,前端视频中断时,录像服务器停止平台录像。

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5.7 网状多域架构

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图 26:多域架构

这里所谓的域,指一个独立的完整的系统平台,多域互联即指多个系统平台之前相互交换数据。传统的多域架构为“树型域结构”,明确划分了上级、中级、下级,无法反向互通;为了保持系统互联互通的灵活性,本系统多域设计为“网状域结构”,即任意两个域之间都可以互为子父域,共享资源和数据。

文根据 深圳金三立视频科技股份有限公司 的培训PPT课件编制整理版权归属原作者。输电线路视频及图像在线监测 感兴趣的朋友可以通过下列联系时方式进行交流。

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