IP視訊監控結合SCADA議題熱　視覺化管理成工控主流

變電所在整個電力傳輸系統中扮演著非常重要的角色，其功能為將設立在偏遠地區的發電廠所產生出來的超高壓電力轉換成一般家庭與營業設備可以使用的低電壓電力。之所以必須經過這道轉換手續的原因在於，唯有以超高壓的方式傳輸才能降低電力在傳輸過程中的損耗。也因為這個緣故，變電所的所在地點通常與終端用戶距離相當接近，甚至就在社區旁邊。

由於上述背景條件，使得變電所的安全與正常運作變成電力公司的頭等大事之一，但由於變電所通常是完全無人化的廠站，因此能協助電力公司人員做即時反應的管理系統與安全監控系統，對電力公司而言是非常有價值的。本文將針對即時視訊監控與網際網路視訊(IP Video)科技如何協助電力公司確保變電所安全進行分析，並以變電所為範例，探討網路視訊監控系統在進行最佳化時應注意要點。

從消極防範走向積極管理　IP視訊監控應用轉型

圖1　對於如變電所這類無人廠站，部署視訊監控系統不僅能提升廠站安全，更可提升遠端管理的效率。

由於電力網路架構的因素使然，變電所的所在地點通常非常分散，再加上變電過程完全由設備自動執行，因此在節省成本的考量下，變電所通常是無人廠站。由於這兩大背景條件，使得遠端監控系統對變電所的日常維運扮演非常關鍵的角色。在變電所部署即時視訊監控系統除可提供自動化的監視與控制外，還可使電力公司的操作人員就像親赴現場般，以更視覺化的方式管理變電所。這些好處不僅替電力公司省下可觀的人力成本，同時也徹底實現了透過網路完成設備自動化的目標(圖1)。

原本已部署在變電所以提供設備系統狀態有關的資料的管控與資料擷取(SCADA)系統，可以很容易地與視訊監控技術進行整合。透過在變電所安裝即時視訊監控系統，變電所的系統管理員除了可從SCADA接收到各種跟系統相關的數據資料外，也可接收到更視覺化的影像資料。即時視訊監控有助於確保電力設備的正常運作，對抗未經授權的人士入侵廠站，並避免意外災害發生。例如當變電所遭到非法入侵，或是實體電路發生狀況，甚至設備因為過熱開始冒煙，有起火之虞時，管理人員與工程師都可以透過視訊畫面得到最即時的資訊，不必等到了現場後才能開始進行診斷工作，這對於爭取時間與降低維運成本而言，均可提供莫大的助益。

事實上，在變電所部署視訊安全監控設備的目的，不只是為了對抗非法入侵，更是為了提升設備的安全性並確保其正常操作。舉例而言，在變壓器、繼電器、隔離開關以及其他有過熱起火之虞的設備附近部署視訊監控設備，就能夠協助管理人員即時從設備的外觀上確認其運作狀況。此外，視訊監控系統也可以透過SCADA跟警報系統與遠端終端單元(Remote Terminal Unit)結合在一起，以提供即時的視覺資訊以防止意外產生，或協助管理人員在火災發生時作緊急應變處置。

跨系統整合能力為轉型關鍵

在過去，以閉路電視(CCTV)網路為主的視訊監控系統是一個類比式的系統，其解析度不高、支援的節點數量不足、以及視訊傳輸距離短等缺點，皆限制了視訊監控系統在工業自動化領域的應用空間。但在數位化與視訊壓縮技術持續發展之下，現代化的數位視訊監控系統已經可以透過乙太網及網際網路通訊協定(TCP/IP)將高畫質的視訊畫面傳輸到遠端的中央辦公室，且支援的視訊攝影機節點數量也比以往更高。也由於所有訊號皆已數位化的緣故，系統整合業者可以輕鬆地將視訊監控系統整合到SCADA中。因此，就跟在其他保全應用市場一樣，在工業應用中IP Video也很快成為市場上的主流技術。

簡單地說，網際網路視訊監控系統所能帶來的好處就在於整合。從布建的角度來看，網際網路視訊監控可以使用既有的網路基礎設備與纜線，不僅有助於降低成本，也可以提升靈活度，特別是在像變電所這類分散程度很高的建置類型中，網路布建的彈性非常關鍵。乙太網和TCP/IP結合在一起，可以支援許多不同種類的輸入/輸出(I/O)，如資料、聲音、影像甚至電力(透過乙太網供電技術)，將監控設備與控制設備串聯在一起。

從系統整合的角度來看，在視訊監控設備數位化、網路化之後，系統整合業者可以將SCADA與火災、入侵等警報系統整合成單一系統，提升監控的效率，同時創造出一個事件導向的視訊監控系統。這意味著當警報事件發生時，監控攝影機所拍攝到的影像可以即時顯示並錄影存檔。

IP視訊監控最佳化考量項目眾多

由於變電所在我們的日常生活中扮演著非常重要的角色，因此運用在變電所的IP視訊方案必須被妥善地設計，以整個視訊監控系統能正常工作。在進行系統整合時，設計人員必須注意到可用性、可靠性、整合度、使用者介面友善等考量，以建置出一個最佳化的網路視訊監控系統(圖2)。

圖2　為了達成視訊監控系統最佳化目標，視訊伺服器、網路攝影機與軟體開發等環節必須環環相扣。

在可用性方面，當系統整合者在布建網路視訊監控系統時，必須考量到變電所管理人員對影像功能的需求，如影像瀏覽、錄影、影像分析以及與其他既有系統，如SCADA、門禁等的互通性。系統整合者也必須了解整個網路將包含多少支攝影機，以及應用環境到底較適合採用網路攝影機，或是傳統類比攝影機外加影像編碼器。至於在網路傳輸部分，如網路頻寬、多重傳輸(Multicast)、網際網路組群管理協議(IGMP)需求等問題，也必須審慎考量。值得注意的是，雖然網際網路視訊技術具有可被整合到單一網路的優勢，但在某些專案需求中，可能仍偏好採用資料與影像網路各自獨立的架構。

系統整合者也必須將中央管理納入考量，包含系統有多少資源，如個人電腦、伺服器的數量、成本等，以及軟體整合需求，如純粹視訊功能或是必須將視訊與其他軟體系統整合等。儲存設備的容量與資料庫管理也是考量的重點。此外，系統是否須採用外加的解碼器也是考量的項目之一。

在可靠度方面，由於視訊監控系統的布建目的是為了提升遠端系統的安全性，因此系統必須極為可靠。為了提升系統可靠性，系統整合者可考慮使用湧流保護(Surge Protection)，並採用光纖傳輸來降低電磁波干擾。此外，備援架構、設備本身的故障率高低及IP保護等項目，也是系統整合者在設計一個高可靠度的系統時必須考量的重點。

至於在整合度方面，系統整合業者應該考慮將視訊監控系統整合到中央管理系統與其他系統，如SCADA、人機介面、遠端監控與門禁控制中。不只是著眼於減少纜線與網路安裝的成本，同時也可以讓系統管理員進行中央管理與控制時的工作更輕鬆。

此外，與其他系統整合成單一系統，也有助於創造出事件導向的視訊監控系統。例如將視訊監控系統和門禁讀卡機或其他感應器系統整合在一起，就可以在有人刷卡進出時或觸動感應器時啟動錄影功能。

最後，系統整合者在設計網路視訊監控系統時，也必須考量到該系統對使用者而言是否容易上手操作，因為對電力系統的管理員來講，網路視訊監控是一個新應用，必須從頭學習該如何使用。

為了提升系統的友善程度，筆者建議系統整合者最好盡量採用現有的軟硬體解決方案。這不僅有助於系統整合者簡化作業項目並縮短網路視訊監控系統的設定時間，同時也會讓電力系統的操作人員更快上手使用。

避免使用商規設備方能確保系統可靠度

值得注意的是，若要在變電所這類工業環境中布建網路視訊監控系統，一般商業級的軟硬體解決方案恐怕都無法勝任其嚴苛的環境要求。在硬體方面，包含視訊編解碼器、網路攝影機等設備，應選擇具備堅固機構設計的產品；在軟體方面，由於變電所視訊保全屬於關鍵任務(Mission Critical)應用，因此軟體也必須相當穩定，才能滿足用戶對系統可用度的最嚴格要求。

首先，在視訊的編解碼部分，由於視訊影像是非常龐大的資料檔案，因此在影像傳輸或儲存時必須經過壓縮。這分工作通常是由視訊伺服器來進行。視訊伺服器內建編碼與解碼器，可以將傳統類比攝影機的輸出影像轉化為數位格式，如MJPEG或MPEG4等，然後再將這些視訊檔案透過乙太網或網際網路中傳送，亦可將已經被數位壓縮的視訊檔案轉換回傳統類比訊號，以在既有的監視器與螢幕上顯示。如果視訊監控系統決定採用網路攝影機，視訊伺服器中的視訊編碼功能就可以省略不用。因為攝影機在拍攝影像的同時，就已經將視訊影像轉換成數位格式。

至於在攝影機部分，由於變電所通常是露天環境，因此設備本身必須具備寬溫操作、防塵防水等特性。具體來說，支援至少-40～50℃操作溫度範圍與通過IP-66測試驗證的監控攝影機，才是這類應用的理想選擇。一般商規攝影機若是部署在這種環境，通常使用壽命都很短，不僅增加系統維護的成本，也會降低系統的可靠度。

事實上，在歷經過去幾年的實地驗證後，狀況百出的商用監控攝影機已經漸漸因為在成本與可靠度方面表現不佳而逐漸有退出市場的跡象，取而代之的是各種符合工業環境要求的監控攝影機在市場上大行其道。這個趨勢發展也促使以往商規攝影機的供應商開始研發符合工業規範的產品，甚至開始在企業市場上推廣工業級的產品。

最後，在軟體與軟體開發工具方面，也是系統整合者在選擇合作夥伴時必須注意的關鍵。因為絕大多數的視訊監控系統布建專案都要求系統整合業者必須能同時提供軟硬體方案，因此系統整合業者常常會面臨必須提供客製化視訊管理功能的要求，或至少要有能力將視訊監控系統整合到SCADA、門禁、火災警報的既有系統中。因此，硬體供應商若有能力提供簡單易用的開發工具套件(SDK)，將可大幅縮減系統整合的開發時間。

跨系統整合已成IP視訊監控大勢所趨

在乙太網/網際網路上同時傳輸影像、聲音與資料已經不是很新鮮的應用，甚至已經是許多設備的標準功能。視訊監控從類比CCTV走向網路化，也是如MJPEG與MPEG4等數位壓縮技術與網路技術的成熟所帶來的結果。但視訊監控網路化的結果，不只能帶來低成本的好處，還可衍生出多系統整合的附加價值。本文所描述的變電所應用，便是一個代表性的典範。

變電所在整個電力從發電廠傳輸到最終用戶的過程中扮演著非常重要的角色，因此其系統正常操作與安全的重要性不言可喻。部署一個最佳化的視訊監控系統，除可以作為反制非法入侵的有效工具，也可以讓相關管理人員在原始數據資料外獲得更多影像資料來輔助系統的日常維護工作，並可在發生突發事件時可以更快速地做出反應，這些衍生出來的綜效有助於提升系統的安全性。

(本文作者任職於四零四科技)