林志文

（福建網(wǎng)能科技開發(fā)有限責任公司，福建 福州350002）

不斷進步的科學技術(shù)促進了社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，同時使社會生產(chǎn)生活對電力的需求不斷增加，通過電力手持拍照桿系統(tǒng)完成作業(yè)現(xiàn)場二次抄表、表計拍照核查等合理的措施來通過提高抄表工作的及時性與準確性，使其有效促進電力企業(yè)未來的發(fā)展。我國電力系統(tǒng)目前正經(jīng)歷著數(shù)字化向智能化方向逐步轉(zhuǎn)變和發(fā)展的過程，在智能電網(wǎng)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究不斷深入，物聯(lián)網(wǎng)屬于多學科交叉技術(shù)（包括計算機、通信系統(tǒng)、控制技術(shù)等）具備全面的高度感知性優(yōu)勢，同時流媒體具備音視頻編碼壓縮、數(shù)據(jù)傳輸、存儲等顯著特點，在低壓抄表核查涉及相關(guān)設(shè)備上表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，目前應(yīng)用流媒體、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能定點表計采集、核查排障環(huán)節(jié)成為深入研究和實踐的重點。

1 低壓抄表核查關(guān)鍵問題

在農(nóng)村地區(qū)及城市郊區(qū)，一些電力設(shè)備嚴重老化，且設(shè)備雜亂，缺乏管理，極易造成載波衰減過大，部分用戶的電線在集中器控制下難以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，在大范圍的傳輸過程中造成載波信號大量衰減，從而造成低壓自動化抄表的準確率低[1]。在電網(wǎng)客戶側(cè)現(xiàn)場環(huán)境中，電能表箱、互感器等設(shè)備通常安裝在高處，對于遠程自動抄表情況需到現(xiàn)場實施抄表、檢查、巡檢工作，以往作業(yè)人員通常需要借助輔助登高等設(shè)施開展抄表以及檢查工作，基層作業(yè)環(huán)境的復雜性、“電老虎”的冷血無情時刻威脅著基層作業(yè)人員的人身安全。

本文主要研究了基于流媒體的電力智能手持拍照桿技術(shù)，并考慮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建云- 網(wǎng)- 邊- 端架構(gòu)體系，同時考慮到電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，通過智慧運維平臺的構(gòu)建是提高電網(wǎng)智能化水平的有效途徑，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的優(yōu)勢，實現(xiàn)智能電能表、互感器等設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測，提高低壓抄表工作的準確率進行分析與探討，對數(shù)據(jù)信息采集的準確性進行嚴格控制，為遠程控制的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

2 物聯(lián)網(wǎng)、流媒體技術(shù)在低壓抄表核查的應(yīng)用

基于流媒體的電力智能手持拍照桿依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系可劃分為：(1)感知層，電力手持拍照桿（以下簡稱：拍照桿）主要包括攝像頭、閃光燈、防撞燈、伸縮桿、高壓預警等模塊組成。滿足現(xiàn)場電能表的補抄、現(xiàn)場抄表核對以及現(xiàn)場故障拍照上傳功能，通過拍照桿采集高清攝像頭圖片以及視頻流；(2)網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)采用無線網(wǎng)/4G/5G 移動通信，負責傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息的網(wǎng)絡(luò)層，是確保有效傳遞信息關(guān)鍵；(3)平臺層，實現(xiàn)將感知層各個設(shè)備拍照桿上傳海量視頻，傳遞至視頻服務(wù)器以及管理平臺上；其中視頻服務(wù)模塊包括連接管理、協(xié)議處理以及指令轉(zhuǎn)發(fā)功能，負責記錄錄像保存時長，實現(xiàn)圖像、視頻數(shù)據(jù)歸集、存儲，同時提供視頻流媒體共享服務(wù)；(4) 應(yīng)用層，通過移動作業(yè)終端（以下簡稱：PDA）、大屏智能可視化進行視頻操作展示，專業(yè)人員進行故障初步判斷，作出相應(yīng)防范部署，必要時指導現(xiàn)場人員進一步操作；閃光燈、防撞燈等設(shè)置功能。通過移動主要負責確保作業(yè)人員同計算機間交互的實現(xiàn)，確保操作合理及功能的實現(xiàn)。通過拍照桿應(yīng)用使高處作業(yè)徹底擺脫了爬桿登梯的原始方法，真正做到了高效、安全、便攜，提升電力營銷計量主動服務(wù)能力和計量精益化管理水平。

本文完成了基于流媒體技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力智能手持拍照桿系統(tǒng)的構(gòu)建，通過二次抄表、拍照巡查操作，顯著提升現(xiàn)場表計信息采集以及初步故障排障功能，運用其強大的交互和感知能力為智能化現(xiàn)場作業(yè)提供有效支撐，在提升現(xiàn)場作業(yè)定點采集以及核查效率的同時確保了對通信網(wǎng)絡(luò)的控制和管理能力。

3 基于流媒體電力智能手持拍照桿系統(tǒng)設(shè)計

3.1 低壓抄表核查體系技術(shù)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)、流媒體技術(shù)電力智能手持拍照桿架構(gòu)體系在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上完成構(gòu)建，具體如圖1 所示，主要依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)“云- 網(wǎng)- 邊- 端”體系構(gòu)成業(yè)務(wù)應(yīng)用、平臺支撐、網(wǎng)絡(luò)、邊緣&設(shè)備架構(gòu)，不同層對應(yīng)不同的功能需求，有效滿足了傳輸數(shù)據(jù)及有效控制的需求。（1）業(yè)務(wù)應(yīng)用主要由移動作業(yè)終端、大屏智能可視化組成，主要負責為低壓抄表、拍照巡查過程狀態(tài)通過物聯(lián)管理平臺（綜合運用視頻服務(wù)器、管理信息中心等實現(xiàn)）提供監(jiān)測與管理功能。（2）平臺支撐主要負責為實現(xiàn)圖像、視頻數(shù)據(jù)歸集、存儲，同時提供視頻流媒體共享服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)間通信時通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理能力（包括傳送、接收、識別等）。（3）網(wǎng)絡(luò)層的功能在于連接感知層及應(yīng)用層間的通信過程（通過多協(xié)議接口），滿足遠程通信傳送等需求[2]。（4）邊緣&設(shè)備的通過拍照桿對電能表、互感器等設(shè)備信息種類較多且來源復雜等二次抄表、故障初查、視頻拍照采集，開成數(shù)據(jù)報文、視頻流，視頻壓縮、RTP/PTCP 等傳輸協(xié)議等邊緣計算能力，通過藍牙/無線/4G/5G通信方式進行傳輸。

3.2 拍照桿硬件設(shè)計

圖1 架構(gòu)圖

拍照桿包括高清攝像模塊、高壓預警模塊、視頻服務(wù)器模塊、PDA 模塊、防撞燈控制模塊、閃光燈控制模塊、紅外通信模塊、藍牙通信模塊、電池充電等模塊組成，現(xiàn)場作業(yè)時配帶1 套拍照桿、1 個PDA。如圖2 所示移動作業(yè)終端APP 軟件操作界面開/關(guān)燈操作達到的閃光燈開關(guān)操作，控制攝像頭360 度旋轉(zhuǎn)，拍照桿可拉伸，支持220V、10KV、35KV 三擋位檢測高壓預警功能，支持藍牙紅外抄表等功能。

圖2 圖片、視頻采集展示

拍照桿作業(yè)人員在PDA 發(fā)起現(xiàn)場對電能表或者互感器拍照或者視頻采集請求，根據(jù)傳輸協(xié)議約定，將電能表、互感器設(shè)備編號以及8 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位、偶校驗等進行報文拼裝，采用H.264 等技術(shù)實現(xiàn)對視頻進行壓縮計算，通過無線/4G 通信方式傳輸?shù)轿锫?lián)管理中心視頻采集服務(wù)上，并通過握手、建立連接、分配視頻通道、上傳圖片視頻、關(guān)閉連接操作步驟，體現(xiàn)邊緣計算能力。

3.3 流媒體技術(shù)

流媒體服務(wù)器承擔流媒體數(shù)據(jù)存放、數(shù)據(jù)分發(fā)的工作，這也是該系統(tǒng)核心和關(guān)鍵部分。從拍照桿獲取照片、視頻數(shù)據(jù)后匯總并存儲[3]，滿足傳遞各種音視頻流服務(wù)。圖像、視頻流在傳輸經(jīng)過編碼器進行有效地壓縮成碼流，以減少對網(wǎng)絡(luò)資源的占用率。系統(tǒng)視頻編碼器支持MPEG-4、H.263、H.264 等、編碼器有MP3、MPEG AAC 等，圖像編碼器支持JPEG 和JPEG2000 等。拍照桿設(shè)備的能力和網(wǎng)絡(luò)連接速度會傳給服務(wù)器的碼流自適應(yīng)模塊來調(diào)整碼流，在實時應(yīng)用中這些信息還可能傳給編碼器；用戶端的丟包率、數(shù)據(jù)包收到的時間信息和用戶緩沖區(qū)狀態(tài)等信息也會傳遞給服務(wù)器來估計當前的網(wǎng)絡(luò)狀況，從而控制碼流的自適應(yīng)和數(shù)據(jù)的發(fā)送策略。

3.4 核心模塊的具體功能設(shè)計

3.4.1 終端海量視頻并發(fā)接入以及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

統(tǒng)一各拍照桿底層無線的通信技術(shù)標準和接入模式，構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，規(guī)范數(shù)據(jù)標準化接入制定標準化協(xié)議庫。通過拍照桿海量視頻接入管理，開放共享及數(shù)據(jù)治理，完成高性能智能分析等物聯(lián)管理中心，提升在線決策能力，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享與協(xié)調(diào)處理，同時網(wǎng)絡(luò)信息安全實現(xiàn)到端物聯(lián)網(wǎng)安全體系、物聯(lián)終端安全、移動互聯(lián)安全，數(shù)據(jù)安全。

3.4.2 流媒體采集上傳

采集高清攝像頭圖片以及視頻流，采用H.264 技術(shù)實現(xiàn)對視頻進行壓縮處理，RTSP/ONVIF 接入?yún)f(xié)議，通過無線/4G 通信方式傳輸?shù)揭曨l服務(wù)模塊上。將多媒體文件中的視頻碼流轉(zhuǎn)換為一個特定碼率和圖像尺寸的碼流；或者把同一段視頻內(nèi)容編碼生成多個具有不同碼率和圖像尺寸的碼流，然后自適應(yīng)選擇一個最合適的碼流傳輸給用戶。

3.4.3 流媒體共享服務(wù)

物聯(lián)管理中心流媒體服務(wù)接收指令，與移動作業(yè)終端模塊通過握手、分塊、建立連接、解碼視頻操作步驟，分配視頻通道，根據(jù)指令信息尋找視頻文件，開啟視頻共享服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)異常進行智能丟幀判斷，并建立自動重連，同時通道返回至移動作業(yè)終端。生成的碼流還需要進一步打包成為特定網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)包用于網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包加前向糾錯編碼（FEC）來保護，經(jīng)過這些處理后多媒體數(shù)據(jù)就可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶，目前常用的傳輸協(xié)議有RTP/RTCP、HTTP 和MMS。用戶收到傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，如果存在丟包或者是比特出錯，錯誤恢復處理會根據(jù)附加的糾錯數(shù)據(jù)來恢復傳輸錯誤，最后這些視頻數(shù)據(jù)就播放給用戶。

結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大及電網(wǎng)智能化建設(shè)的深入，對性能的要求也在不斷提高，抄表工作順利的進行是電力企業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，可采取合理的措施來提高抄表工作的及時性與準確性，使其有效促進電力企業(yè)未來的發(fā)展。本文主要基于物聯(lián)網(wǎng)、流媒體電力智能拍照桿進行了研究和構(gòu)建，充分運用物聯(lián)網(wǎng)、流媒體技術(shù)的優(yōu)勢，提升低壓補抄表、抄表核對準確率，優(yōu)化故障排查檢修等重點環(huán)節(jié)的管理，為電網(wǎng)低壓采集核查運行質(zhì)量的進一步提高提供參考。