輸電線路視頻監(jiān)控防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：輸電線路視頻監(jiān)控防盜報(bào)警系統(tǒng)，采用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)與信息處理技術(shù)、3G無線公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、風(fēng)光互補(bǔ)供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路鐵塔的全方位監(jiān)控。本文主要闡述了輸電線路監(jiān)控終端中視頻采集模塊組成和工作原理及供電系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：輸電線路監(jiān)控終端；電源管理模塊；風(fēng)光互補(bǔ)供電

1 引言

高壓鐵塔是電力傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，每個(gè)高壓鐵塔價(jià)值數(shù)十萬元，一旦被盜，損失少則數(shù)萬元，多則幾十萬元，影響電力供應(yīng)的損失則更大。故采取嚴(yán)密的防盜措施是關(guān)系電力供應(yīng)的大事。由于許多輸電線路都建設(shè)在地形比較復(fù)雜的地區(qū)，存在諸多不安全因素，在天氣惡劣的情況下，對(duì)線路巡檢工作人員是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

輸電線路視頻監(jiān)控防盜報(bào)警系統(tǒng)，以視頻監(jiān)控為主，傳感器告警為輔，對(duì)鐵塔進(jìn)行全方位的監(jiān)控。工作人員在監(jiān)控中心利用電腦，或在野外利用智能手機(jī)、3G上網(wǎng)筆記本即可隨時(shí)隨地查看鐵塔、線路的狀態(tài)，大量減少巡檢人員的工作量。

2 系統(tǒng)總體構(gòu)成

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括監(jiān)控中心、監(jiān)控終端和智能終端設(shè)備，監(jiān)控中心主要由流媒體服務(wù)器、短信服務(wù)器和視頻控件客戶端組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備視頻流的獲取、轉(zhuǎn)發(fā)、保存，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻的實(shí)時(shí)預(yù)覽、云臺(tái)控制、視頻屬性控制、設(shè)備激活、服務(wù)端錄像文件回放和下載，并能顯示前端視頻服務(wù)器的設(shè)備狀態(tài)等。輸電線路監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)前端視頻信息及傳感器信息的采集，主要由視頻采集模塊、風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)等組成。數(shù)據(jù)傳輸采用現(xiàn)今成熟的3G無線公網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)前端監(jiān)控終端和后臺(tái)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換。智能終端設(shè)備（智能手機(jī)、3G上網(wǎng)筆記本）通過監(jiān)控中心流媒體服務(wù)器獲取視頻信息。

3 視頻采集模塊

視頻采集模塊包括3G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、紅外云臺(tái)攝像機(jī)和電源管理模塊，視頻采集模塊組成如圖2所示。3G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器是系統(tǒng)進(jìn)行視頻信號(hào)編碼和傳輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備。云臺(tái)通過 RS485接口接到視頻服務(wù)器，監(jiān)控中心服務(wù)器通過視頻服務(wù)器可以進(jìn)行云臺(tái)操作，通過云臺(tái)操作觀看全方位視頻。3G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器采用一直在線的工作方式，當(dāng)有外觸發(fā)時(shí)視頻進(jìn)行傳輸，如果外觸發(fā)停止或者人工控制下線，進(jìn)入休眠狀態(tài)，只需要少量的流量維持鏈接（心跳維持）。視頻采集模塊配置一臺(tái)一體化智能高速云臺(tái)攝像機(jī)，具有功耗小、使用壽命長、輻射距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，夜視距離大于 100 米，全天候環(huán)境設(shè)計(jì)， 360°無限位旋轉(zhuǎn)，仰視 180°無盲點(diǎn)，具有 128 個(gè)預(yù)置位。

為了維持較低的功耗，云臺(tái)攝像機(jī)、告警喇叭的電源由電源管理模塊控制。正常情況下為了節(jié)省電能，云臺(tái)攝像機(jī)、告警喇叭不工作，當(dāng)有激活上線、告警激活上線或者定時(shí)激活上線之中的一個(gè)動(dòng)作滿足時(shí)，電源管理模塊控制云臺(tái)攝像機(jī)上電工作進(jìn)行視頻傳輸，告警喇叭只有在告警激活上線時(shí)才工作。

電源管理模塊是以32位ARM嵌入式微處理器LPC2136為核心，主要由存儲(chǔ)器、攝像機(jī)電源控制、RS232接口、數(shù)字量輸入端口（DI）、數(shù)字量輸出端口（DO）、模擬量輸入端口（AI）和GSM模塊組成。LPC2136內(nèi)置?C_OS-Ⅱ操作系統(tǒng)，具有GPIO管腳資源豐富、RAM資源較大的特點(diǎn)，同時(shí)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘和AI處理能力，非常適合本模塊使用。存儲(chǔ)器采用FM24CL16，F(xiàn)M24CL16是采用先進(jìn)的鐵電工藝制造的16K位非易失性存儲(chǔ)器，用以存儲(chǔ)上線時(shí)段報(bào)警電話號(hào)碼、定時(shí)激活時(shí)間等信息。攝像機(jī)電源控制端口是為了保證最低功耗而增加的控制模塊，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器視頻啟動(dòng)時(shí)通過串口下發(fā)控制指令給電源管理模塊，電源管理模塊發(fā)送上電指令控制云臺(tái)攝像機(jī)上電，RS232口是電源管理模塊與網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器進(jìn)行指令交換的通道。數(shù)字量輸入端口連接多鑒紅外探測(cè)器及振動(dòng)傳感器，檢測(cè)高壓鐵塔底部是否有人活動(dòng)，及其鐵塔是否有振動(dòng)，如有則告警激活，通過數(shù)字量輸出端口，發(fā)送告警信號(hào)激活3G網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器進(jìn)行視頻傳輸。同時(shí)控制告警喇叭工作，發(fā)出刺耳的警告聲音，監(jiān)控中心人員可通過語音對(duì)講配合現(xiàn)場(chǎng)視頻對(duì)現(xiàn)場(chǎng)犯罪分子進(jìn)行喊話威懾，促使其停止犯罪行為。模擬量輸入端口采集蓄電池電壓信息，通過GSM模塊能夠?qū)㈦妷盒畔⒁远绦判问缴蟼鞯狡脚_(tái)，在電池欠壓的情況下以告警的方式傳輸?shù)狡脚_(tái)。電源管理模塊帶有 GSM 模塊，可以接收監(jiān)控中心平臺(tái)的短信指令：短信激活、短信設(shè)置（定時(shí)激活時(shí)間設(shè)置、校時(shí)）和下線指令操作，并且能夠?qū)⒏婢畔⒁远绦判问絺鬏數(shù)狡脚_(tái)。定時(shí)激活是激活網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器定時(shí)上線傳輸視頻，校時(shí)指令用來校正模塊時(shí)鐘。電源管理模塊軟件流程如圖3所示。

4 供電系統(tǒng)

因電力鐵塔大多位于比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，設(shè)備的供電采用太陽能供電和風(fēng)力供電兩種供電方式互相補(bǔ)充的風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，彌補(bǔ)了風(fēng)力和太陽能獨(dú)立供電系統(tǒng)的不足。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)能夠保證系統(tǒng)在野外無普通電源供電情況下的正常工作。系統(tǒng)各設(shè)備功耗以每天1小時(shí)視頻瀏覽計(jì)算如表所示。系統(tǒng)全天功耗可計(jì)算為：

30+144+24=198WH≈0.2KWH。

本系統(tǒng)電源配置方案中，太陽能供電和風(fēng)力供電均可單獨(dú)工作滿足本系統(tǒng)的供電需求。假設(shè)每天能夠利用太陽能供電的時(shí)長為4個(gè)小時(shí)，能夠利用風(fēng)力供電的時(shí)長為5個(gè)小時(shí)，太陽能供電和風(fēng)力供電均無法利用的最長時(shí)間為5天。綜合考慮氣候?qū)μ柲芄╇姾惋L(fēng)力供電的影響，以及太陽能發(fā)電組件和風(fēng)力發(fā)電組件的損耗和衰減，通過分析計(jì)算，本系統(tǒng)采用功率為90W的太陽能電池板和功率為300W的5葉片mini風(fēng)力發(fā)電機(jī)。采用風(fēng)光互補(bǔ)控制器，保證太陽能和風(fēng)能的最高利用?？紤]到蓄電池存在放電效率和衰減率等各方面因素，蓄電池組選擇額定容量150Ah的高性能膠體太陽能儲(chǔ)能蓄電池。

5 結(jié)束語

輸電線路視頻監(jiān)控防盜報(bào)警系統(tǒng)在出現(xiàn)盜竊塔材等異常情況時(shí)，通過輸電線路視頻監(jiān)控終端實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，并能通過短信告警的形式及時(shí)通知監(jiān)控中心或野外管理人員，管理人員采取相應(yīng)手段進(jìn)行人工干預(yù)，提高線路安全運(yùn)行水平，滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)高壓鐵塔安全監(jiān)控的需求。

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作者簡(jiǎn)介：張憲棟（1976—），男，山東泰安人，講師，碩士，主要研究方向：自動(dòng)控制，智能儀器。