馬曉艷鄒 浩

（1.泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院，山東 泰安 271016；2.泰安市供電公司，山東 泰安 271000）

輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

馬曉艷1鄒 浩2

（1.泰山醫(yī)學(xué)院信息工程學(xué)院，山東 泰安 271016；2.泰安市供電公司，山東 泰安 271000）

為了解決巡視周期真空期不能及時(shí)掌握線路走廊外力變化，極易在下一個(gè)巡視未到之前由于缺乏監(jiān)測(cè)發(fā)生線路事故等原因，提出依靠公網(wǎng)無(wú)線3G/GPRS/EDGE/CDMA1X的數(shù)據(jù)通道為傳輸手段，對(duì)輸電線路環(huán)境通道環(huán)境、周?chē)┕で闆r、桿塔傾斜等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提供線路異常狀況的預(yù)警。

輸電線路；遠(yuǎn)程視頻；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著社會(huì)對(duì)電力行業(yè)的要求越來(lái)越高，其中電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的一項(xiàng)重要目標(biāo)是輸電線路運(yùn)行是否安全，由于電網(wǎng)中輸電線路所處環(huán)境不好確定，所以輸電線路的安全是最重要的。

引言

由于輸電線路處在不同的環(huán)境下，而且縱橫延伸幾十甚至幾百千米。因此輸電線路受天氣與地理的影響很大，每年因?yàn)榫€路事故引起電網(wǎng)停電。以前，輸電線路都是通過(guò)人工巡視檢查，巡視過(guò)程中，雖然能發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，但是，在缺乏對(duì)環(huán)境以及氣候的準(zhǔn)確判斷下，還有在無(wú)人走到的地方等多方面原因，不能及時(shí)掌握線路走廊外力變化，很容易在下一個(gè)巡視周期未到之前發(fā)生線路事故。因此輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用而生，依靠公網(wǎng)無(wú)線3G/GPRS/ EDGE/CDMA1X的數(shù)據(jù)通道為傳輸手段，對(duì)輸電線路所處的環(huán)境以及周?chē)┕で闆r﹑桿塔傾斜等多種情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果有異常情況，提供預(yù)警，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)線路參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析，對(duì)提高輸電線路的安全有很大的幫助，并對(duì)輸電線路的檢修工作有一定的指導(dǎo)作用。

一﹑系統(tǒng)的功能與可行性

本系統(tǒng)適用于在各種類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)變電站﹑集控站﹑或集控中心，可作為基建項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將產(chǎn)生非?？捎^的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。首先該系統(tǒng)作為真正意義上實(shí)現(xiàn)變電站智能化的基礎(chǔ)設(shè)施，有其必要性，沒(méi)有各種數(shù)據(jù)的綜合有效性，就不可能實(shí)現(xiàn)面向整個(gè)變電站的智能化功能；基于綜合數(shù)據(jù)應(yīng)用的變電站智能化應(yīng)用功能將可全面改善變電站的運(yùn)行效率，降低運(yùn)維成本，提高運(yùn)行安全性﹑可靠性，真正實(shí)現(xiàn)有智慧的輸電線路檢測(cè)

二﹑系統(tǒng)的原理

圖1 輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)在各種環(huán)境以及各種氣候下對(duì)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便能及時(shí)的了解輸電線路發(fā)生的變化?？梢圆杉饬ζ茐膮?shù)，通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并作出分析判斷。該系統(tǒng)在不停電的情況下就可安裝，安裝的地點(diǎn)非常靈活，不受環(huán)境的影響，裝置拆卸也非常方便，在危險(xiǎn)檢測(cè)點(diǎn)不需要監(jiān)控的時(shí)候，根據(jù)需要，可安裝到其他危險(xiǎn)監(jiān)控點(diǎn)。系統(tǒng)還能在低溫條件下工作。當(dāng)有意外狀況發(fā)生時(shí)，會(huì)發(fā)出警告聲，并同時(shí)啟動(dòng)攝相機(jī)進(jìn)行錄像與拍照，并將照片與視頻傳回監(jiān)控中心。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循經(jīng)濟(jì)可行，技術(shù)可行，技術(shù)可靠﹑合理﹑實(shí)用等原則，實(shí)用簡(jiǎn)單﹑可擴(kuò)展性方便﹑使用標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放﹑系統(tǒng)的功能全面，適用于多種類(lèi)型的輸電線路的多危險(xiǎn)點(diǎn)﹑遠(yuǎn)程﹑實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控，照相與錄像，報(bào)警等多種系統(tǒng)功能；最大化發(fā)揮系統(tǒng)用戶的經(jīng)濟(jì)效益，使用當(dāng)前最先進(jìn)的監(jiān)控設(shè)備，在軟件與硬件方面具備最高的性價(jià)比，具備體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1 系統(tǒng)的穩(wěn)定性

提高系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，要從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)著手。系統(tǒng)在在3G/GPRS/ CDMA無(wú)線通信平臺(tái)上，并且在環(huán)境惡劣的情況下，工作正常狀態(tài)，沒(méi)有過(guò)載超負(fù)荷等現(xiàn)象的發(fā)生，并且要有一定的冗余度。

2 系統(tǒng)的加密措施

該系統(tǒng)采用采用MD5非可逆方式進(jìn)行加密實(shí)現(xiàn)與ICP之間的相互認(rèn)證。文字?jǐn)?shù)據(jù)采用DES進(jìn)行加密，采用自定義的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，不容易讓人破壞，服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。當(dāng)需要安全的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可采用TLS層連接。采用專(zhuān)用的ACC文件格式，將數(shù)據(jù)﹑音視頻及所有操作進(jìn)行錄象，必須使用專(zhuān)門(mén)的軟件才能查看，并且有密碼查看，權(quán)限查看等各種控制功能。并采用防火墻技術(shù)來(lái)保證物理層﹑鏈路層及IP層的安全。

3 系統(tǒng)的可操作性

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與操作簡(jiǎn)單，使用也非常方便，不用記憶操作方法以及操作的指令，第一次安裝時(shí)進(jìn)行初始設(shè)置，這些都是有相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員完成的。本系統(tǒng)最后形成說(shuō)明文檔，便于使用人員參考。

4 系統(tǒng)的可擴(kuò)充性

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)留有可擴(kuò)充模塊，對(duì)于以后添加功能有很大的幫助。

（1）系統(tǒng)的先進(jìn)性

本系統(tǒng)集圖像壓縮，視頻檢測(cè)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，嵌入式開(kāi)發(fā)等多種技術(shù)于一體，對(duì)于用戶，可以隨時(shí)隨地查看現(xiàn)場(chǎng)的圖片及視頻，掌握實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。發(fā)生事故，第一時(shí)間做出應(yīng)急措施。

（2）系統(tǒng)的可維護(hù)性

本系統(tǒng)可以通過(guò)授權(quán)用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與維護(hù)，可以遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備各種參數(shù)的配置，不用人員到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，這樣可以節(jié)約時(shí)間與成本。

（3）系統(tǒng)的性價(jià)比

該系統(tǒng)與其他視頻監(jiān)控系統(tǒng)相比，其成本低，技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，使用技術(shù)先進(jìn)，可升級(jí)性更強(qiáng)。

三﹑ 系統(tǒng)的框架

視頻和數(shù)據(jù)采集主機(jī)將攝像頭視頻數(shù)據(jù)﹑外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)字化﹑圖像壓縮編碼后，通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)﹑電力專(zhuān)網(wǎng)送到監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心上對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行解碼，將外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字和圖表形式直觀顯示在屏幕上。具體為，通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)圖像采集器采集模擬視頻信號(hào)及外力破壞數(shù)據(jù)等線路數(shù)據(jù)，對(duì)圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字壓縮與圖像編碼，然后利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的視頻與圖片傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)控的服務(wù)器上。監(jiān)控中心對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)視頻與圖像，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比，如果出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)圖像不一致的地方以及異常報(bào)警的信息，會(huì)做出應(yīng)急處理，保證輸電線路的安全。

輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

四﹑輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及技術(shù)

該系統(tǒng)所涉及的技術(shù)包括：

1 圖像數(shù)據(jù)采集壓縮編解碼技術(shù)

基于圖像的差分對(duì)比處理技術(shù)﹑行為判斷處理技術(shù)模型，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)化判斷﹑自主告警﹑同步錄像。研究與開(kāi)發(fā)視頻圖像的對(duì)比分析﹑研究與開(kāi)發(fā)視頻圖像的圖形化處理技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)和通信手段，達(dá)到輸電線路視頻監(jiān)控的智能化和主動(dòng)化管理。主要針危險(xiǎn)點(diǎn)檢修時(shí)非法操作其他設(shè)備等現(xiàn)象提供有效的管理方法，對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的目標(biāo)進(jìn)行定位﹑識(shí)別和跟蹤，并啟動(dòng)錄像等功能，方便以后查詢和分析。改變以往靠人為主觀判斷的被動(dòng)監(jiān)控模式。其主要包括：H.264+優(yōu)化后壓縮編碼技術(shù)；多線程處理等技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)編碼自適應(yīng)技術(shù)；流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)；數(shù)字模糊算法模型技術(shù)等。

2 太陽(yáng)能及蓄電池供電技術(shù)（圖2）

在野外現(xiàn)場(chǎng)，沒(méi)有可以使用的電源，我們要借助于能量收集技術(shù)，開(kāi)發(fā)獨(dú)立的供電裝備。目前在高壓輸電線路監(jiān)控項(xiàng)目主要利用太陽(yáng)能電源裝置，以此解決監(jiān)測(cè)裝置的供電問(wèn)題。

太陽(yáng)光發(fā)電是指無(wú)需通過(guò)熱過(guò)程直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。它包括光伏發(fā)電﹑光化學(xué)發(fā)電﹑光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅和多晶硅電池繼續(xù)占據(jù)光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，單晶硅和多晶硅的比例已超過(guò)80%，而這一發(fā)展趨勢(shì)還在繼續(xù)增長(zhǎng)。越來(lái)越多的電子設(shè)備開(kāi)始運(yùn)用太陽(yáng)能這一取之不盡用之不絕的能源。

太陽(yáng)能電源主要由太陽(yáng)能電池板﹑蓄電池及充放電控制器組成。充放電控制器的功能是將太陽(yáng)能電池板供給的電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流電壓，給監(jiān)測(cè)裝置供電，并給蓄電池充電，完成電能的存儲(chǔ)。在夜晚無(wú)法供給太陽(yáng)能或陰天等氣候情況太陽(yáng)能供給不足時(shí)由蓄電池繼續(xù)給監(jiān)測(cè)裝置供電。

3 報(bào)警值判斷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

因?yàn)楣收显\斷的主要判斷主要來(lái)自物理電極模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以電網(wǎng)公司最關(guān)心的問(wèn)題是故障診斷報(bào)警的判斷值。從目前情況來(lái)看，判斷值的取值通常采取以下兩種方式：

（1）在新設(shè)備投運(yùn)前安裝“輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”同時(shí)投運(yùn)，或采用自警式電氣設(shè)備（在輸電線路設(shè)施制造過(guò)程中將“輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”與設(shè)施融為一體），可把投運(yùn)時(shí)的數(shù)據(jù)作為指紋特征，然后參考相關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范的最大值作為閥值。

（2）在已投運(yùn)設(shè)備上再安裝”輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，其閥值只能按照已有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和參考同類(lèi)設(shè)備，安裝“輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”后，連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)變化規(guī)律或已發(fā)生事故的數(shù)據(jù)來(lái)確定。

隨著“輸電線路危險(xiǎn)點(diǎn)遠(yuǎn)程視頻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的推廣應(yīng)用，在掌握大量數(shù)據(jù)變化規(guī)律與設(shè)備故障的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，最終制定出不同輸電線路設(shè)備的報(bào)警閥值范圍。

4 電子低溫環(huán)境加熱技術(shù)

本技術(shù)主要針對(duì)電子設(shè)備在北方低溫下開(kāi)機(jī)所需加熱升溫，解決電子設(shè)備在低溫狀態(tài)下無(wú)法正常使用以及現(xiàn)有耐低溫部件成本高的技術(shù)問(wèn)題。在主機(jī)及屏幕內(nèi)所需加熱的所有器件和部件上放置薄膜加熱片，薄膜加熱片在主機(jī)及屏幕內(nèi)呈多點(diǎn)﹑不同平面上分布，薄膜加熱片有兩只引腳，接直流或交流電源。薄膜加熱片的形狀與被加熱器件相匹配，薄膜加熱片通過(guò)耐高溫導(dǎo)熱膠固定在被加熱器件表面。實(shí)現(xiàn)了電子設(shè)備器部件在低溫條件下可正常工作，經(jīng)檢測(cè)，設(shè)備一般可在-40℃～60℃工作。

圖2 太陽(yáng)能電源

5 監(jiān)控中心服務(wù)器

控制中心的設(shè)計(jì)有普通微機(jī)（或工作站﹑工控機(jī)）外，還需要網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備（若無(wú)線通信采用自行設(shè)計(jì)的模塊實(shí)現(xiàn)，則須開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的無(wú)線網(wǎng)卡插入微機(jī)主板的預(yù)留總線插槽中）?？刂浦行牡脑O(shè)計(jì)是基于Windows系統(tǒng)下，一些應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)，對(duì)于應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)與調(diào)試，有很多相關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件與調(diào)試軟件，對(duì)于這個(gè)的開(kāi)發(fā)是非常便利的。

結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)解決了無(wú)人工巡視情況下，線路走廊外力變化，在下一個(gè)巡視未到之前缺乏監(jiān)測(cè)發(fā)生線路事故等情況，實(shí)現(xiàn)了由原來(lái)的人工巡檢﹑經(jīng)驗(yàn)管理向生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。但是還有不足之處，比如通信技術(shù)采用電信無(wú)線通信服務(wù)方式，1﹑存在信息安全隱患；2﹑信號(hào)覆蓋尚有死區(qū)，需要借助中繼傳遞應(yīng)用；3﹑輸電線路采集數(shù)據(jù)量較大，遇災(zāi)害情況實(shí)時(shí)采集和遠(yuǎn)程傳送會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)阻塞情況（在電信公司處堵塞），這時(shí)有可能會(huì)丟失信息，造成信息缺失損失。有在一臺(tái)裝置上配置了兩套通信終端，以圖解決大量數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，對(duì)此，無(wú)論是成本還是應(yīng)用方式都不值得推薦；4﹑電信無(wú)線通信實(shí)時(shí)性不夠穩(wěn)定，在需要進(jìn)行綜合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析判斷時(shí)，由于各現(xiàn)場(chǎng)主站采集數(shù)據(jù)不能夠同步遠(yuǎn)傳，時(shí)間差可能會(huì)達(dá)到不能容忍的程度，影響系統(tǒng)對(duì)災(zāi)害情況的實(shí)時(shí)分析判斷。

[1]吳先強(qiáng)，江敬周，李安東，羅毅，黃柳紅.分體式桿塔傾斜檢測(cè)系統(tǒng)研制及應(yīng)用 [J].電子世界，2013（20）：201.

[2]張運(yùn)周，李明.輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2013，1（08）：28-31.

TM726

A

馬曉艷，碩士研究生，講師，研究方向：企業(yè)信息管理

項(xiàng)目：2013年山東省泰安市科技發(fā)展計(jì)劃（智能變電站數(shù)據(jù)集成與可視化管理研究課題，編號(hào)20131076）