孫安國,季善浩,田書然,張明耀

(國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司,山東 煙臺 264000)

輸電線路防外破預(yù)警系統(tǒng)淺析

孫安國,季善浩,田書然,張明耀

(國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司,山東 煙臺 264000)

輸電線路的保護是安全輸電可靠供電的重要措施,本輸電線路防外破預(yù)警系統(tǒng)采用現(xiàn)場使用X86架構(gòu)的核心板作為主控,設(shè)計了視頻圖像處理程序、控制器控制GSM模塊發(fā)送短信到手機端和發(fā)送圖片到云端數(shù)據(jù)庫、利用C#設(shè)計窗體程序?qū)崿F(xiàn)云端數(shù)據(jù)庫的登陸和訪問,通過現(xiàn)場圖像處理發(fā)現(xiàn)外物入侵.同時通過GSM模塊將報警信息發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫,用戶通過Android客戶端或者電腦端查看報警圖片.

X86架構(gòu)核心板;云端數(shù)據(jù)庫;防外破預(yù)警系統(tǒng);Android客戶端

隨著科技的不斷進步,輸電線路的保護成為了安全輸電可靠供電的必要措施.目前仍然大部分地方是人為巡視,在輸電線路的固定段位進行巡視從而避免不必要的電力破壞,人員工作量極大同時警戒不及時.基于光纖的預(yù)警系統(tǒng)采用光纖材料,利用光纖的本身特性,當(dāng)異物靠近輸電線路的時候,鋪設(shè)在輸電線周圍的光纖其部分特性發(fā)生變化,這一變化即可以認為是有異物入侵.光纖作為傳感器雖然靈敏度極高,報警可靠,但光纖造價昂貴,大面積使用必然帶來大的資金投入.基于激光或紅外線的預(yù)警系統(tǒng)使用是將激光作為傳感器,將激光束平行的設(shè)在輸電線路的預(yù)警邊界處.當(dāng)外物靠近的時候激光線被遮擋,此時可以知道有外物靠近輸電線路的警戒線,同時可以計算出外物距離放置激光傳感器的距離.基于超聲波或微波的預(yù)警系統(tǒng),現(xiàn)場發(fā)出超聲波或微波,并且實時的接收超聲波或微波進行數(shù)據(jù)分析.基于光柵的預(yù)警系統(tǒng)是在警戒線部分設(shè)置對射的光柵,光柵可以是激光也可以是紅外線等.有兩束或三束或者更多.當(dāng)外物靠近輸電線路的時候,光束被遮擋,此時認為有外物入侵開始啟動相應(yīng)的預(yù)警措施.

本課題提出了一種新型的輸電線路保護預(yù)警裝置,通過本裝置可以有效的對輸電線路進行保護.通過控制系統(tǒng)的設(shè)計制作出一套安全可靠的輸電線路預(yù)警系統(tǒng).當(dāng)異物靠近輸電線路的安全距離的時候能有效的發(fā)現(xiàn)入侵物,傳感器模塊將檢測到的入侵信息發(fā)送給安裝在現(xiàn)場桿塔上的前端控制裝置,由控制裝置進行指令分配.實現(xiàn)及時檢測出入侵,通過短信的方式將信息發(fā)送給運維人員,同時可以通過電腦端和手機端查看報警信息.探究一種可靠的Onvif協(xié)議下的視頻通信的算法,實現(xiàn)圖像圖形的識別,利用GSM模塊將圖片信息發(fā)送出去,及時通知運維人員.相比以往系統(tǒng),具有功耗小、及時性高和運行維護方便等特點.

1 輸電線路防外破方案及硬件系統(tǒng)設(shè)計

圖1 系統(tǒng)框圖

采用工業(yè)核心板子控制的輸電線路預(yù)警系統(tǒng),如圖1所示.方案具有節(jié)能、穩(wěn)定、可靠和及時的特點.采用圖像處理的方式來監(jiān)測外物入侵.對于圖像處理也有兩種方式,一種是現(xiàn)場圖片處理,一種是傳輸?shù)娇蛻舳?然后再進行圖片處理.考慮到流量節(jié)約的設(shè)計,采用現(xiàn)場圖片處理.將一個白色的板子放置在輸電線路警戒線的位置,在板子對面的桿塔上放置報警裝置,包括攝像機、主控、網(wǎng)絡(luò)模塊GSM、響應(yīng)裝置高音喇叭和太陽能電源.板子的對角放置小功耗的LED燈,燈在板子一周都圍著空心塑料管子內(nèi),管子圍成一周成矩形.由控制裝置控制攝像機拍攝圖片,然后進行處理,對圖片中白色的板子進行尋找,利用算法實現(xiàn)判斷白色板子為矩形.當(dāng)有外物入侵的時候,遮擋住了白色的板子,此時板子不為矩形,認為報警信息發(fā)生了.即使是在夜晚,也可以實現(xiàn)預(yù)警,檢測裝置檢測到夜幕降臨時,我們的LED會亮起來,使得板子依舊是一個矩形.接著再由主控進行控制高音喇叭工作預(yù)警,同時控制GSM模塊工作,將現(xiàn)場圖片通過數(shù)據(jù)發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫和發(fā)送短信到指定運維的人員的手機客戶端.運維的人員收到短信后,可以通過手機上網(wǎng)查看報警的現(xiàn)場圖片,從而及時做出措施,或者到電腦客戶端查看報警信息.

1.1 傳感器

傳感器是一個系統(tǒng)的重要部分,當(dāng)外物入侵事件發(fā)生的時候,需要進行現(xiàn)場拍攝照片,作為證據(jù).使用攝像頭作為傳感器簡化了設(shè)備的組成,同時也減小了功耗.攝像頭作為傳感器,就需要對圖像進行處理.選擇使用攝像機和嵌入式開發(fā)配合的方式來實現(xiàn)傳感器的功能.

1.2 控制器

選擇的控制器為D525系列的開發(fā)板.因為它的芯片強大對圖片處理能力強一些.利用編程控制攝像頭模塊進行拍照,然后輸出到內(nèi)存卡單元之中,接著再取出圖片進行圖像的二值化算法的處理.經(jīng)過處理的圖片,我們再從二值化圖片中進行邊緣尋找程序的設(shè)計.利用算法進行圖片的分割處理,判斷拍攝照片特定區(qū)域里面的圖像是否為矩形.拍攝的照片場景中在攝像頭的對面放置一個矩形的白色板子作為目標靶.當(dāng)有外物入侵的時候,遮擋住了白色板子.這個時候進行的圖像二值化處理得到的特定區(qū)域的圖形就不再是矩形了,那么此時就可以判斷有外物入侵即報警事件發(fā)生.就此通過攝像機模塊與主控的配合做成了系統(tǒng)的傳感器部分.

1.3 GSM模塊

控制器是通過GSM模塊將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)發(fā)送到運維的人員和云端數(shù)據(jù)庫.GSM模塊作為外設(shè),增加了控制器所不能的功能.添加了短信發(fā)送到指定人員功能和發(fā)送圖片到指定服務(wù)的功能,使得遠程人員與現(xiàn)場更加緊密.

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

數(shù)據(jù)傳遞使得現(xiàn)場與工作室可以實現(xiàn),這樣使得人員可以不用到現(xiàn)場就可以了解現(xiàn)場的狀況,從而采取措施.數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計好壞,關(guān)乎運維的人員是否可以及時的保護輸電線路.目前的數(shù)據(jù)傳輸方式包括了,專用線路和公用線路數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方式.本次的設(shè)計,主要包括短信的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)圖片的數(shù)據(jù)傳輸.短信的傳輸是直接將報警信息,以短信的形式發(fā)送到指定的運維的人員手中,從而提示用戶有報警信息的發(fā)生.圖片的傳輸是通過網(wǎng)絡(luò)的連接,將現(xiàn)場的圖片發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫中,這樣可以使得當(dāng)問題發(fā)生的時候使得事件的責(zé)任明確.GSM模塊為SIM900A模塊,它是使用主控控制的插卡模塊,所發(fā)送的短信是以所插入的卡為準.發(fā)送短信就如同平時我們使用手機發(fā)送短信是一樣的.此模塊包含的數(shù)據(jù)傳輸接口有RS232接口和TTL串口接口.這樣的接口和主控上的串口相連接,通過編程來實現(xiàn)對GSM模塊的控制,從而實現(xiàn)發(fā)送短信功能.模塊將TXD和RXD與主控的TXD與RXD對應(yīng)連接就可以了.如圖2,GSM模塊與核心板上的連接.

圖2 GSM模塊與核心板連接

2.2 網(wǎng)絡(luò)訪問功能的實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)訪問功能的實現(xiàn)就是通過GSM模塊的GPRS功能實現(xiàn)的.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸過程是通過主控控制GSM模塊發(fā)送數(shù)據(jù),首先在發(fā)送數(shù)據(jù)的title中加入驗證的信息.發(fā)送內(nèi)容為圖片.再引用發(fā)送圖片的時候,只需要指明發(fā)送的路徑就可以了.對此,我們在存儲圖片的時候一定要設(shè)計好圖片的存儲路徑,以方便調(diào)用.

2.3 云端數(shù)據(jù)共享

云端平臺是一個信息交互的樞紐.它是連接現(xiàn)場與控制室的一個重要部分,所有的圖片即現(xiàn)場證據(jù)照片全是存儲于云端數(shù)據(jù)庫.云端數(shù)據(jù)庫是存儲來自報警點報警裝置發(fā)來的現(xiàn)場圖片.它是通過現(xiàn)場的GSM模塊通過數(shù)據(jù)請求和驗證將現(xiàn)場違規(guī)的證據(jù)照片及時地發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫.云端數(shù)據(jù)庫起到了保護和存儲以及分享圖片的作用.在云端數(shù)據(jù)庫中存儲的照片是可以通過第三方提供的應(yīng)用查看,比如Android客戶端、PC客戶端,同時還支持各種應(yīng)用程序通過信息驗證來獲得圖片的查看權(quán)利.

2.4 客戶端查看及分析

客戶端應(yīng)用的使用,可以有效地查看報警信息的現(xiàn)場情況.客戶端可以很及時地反映出報警信息給運維人員,而運維的人員就可以及時的查看報警信息,這樣可以有效地避免電力事故的發(fā)生.客戶端的實現(xiàn),包括兩個部分,即PC端的軟件實現(xiàn)和Android客戶端的軟件實現(xiàn).PC端軟件的實現(xiàn)包括了軟件設(shè)計平臺的選擇和軟件的構(gòu)圖,Android客戶端的實現(xiàn)主要包含了現(xiàn)場報警圖片的查看,以及歷史報警信息的匯總,從而有效的發(fā)現(xiàn)哪一個路段容易發(fā)生事故,進而設(shè)置相應(yīng)的加強措施.

3 結(jié)語

系統(tǒng)經(jīng)過實際運行,系統(tǒng)能夠有效的實現(xiàn)輸電線路中外物入侵監(jiān)測,具有節(jié)能、穩(wěn)定、可靠和及時的特點.

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1671-0711(2017)11(上)-0134-03

資助課題:輸電線路全方位防外破預(yù)警系統(tǒng)研究,JK201514.