基于電表數(shù)據(jù)的反竊電精準取證裝置研制*

青志明，張宏艷，傅 望，歐陽浩涵，萬天飛，李燕佳，王永強

(1.國網(wǎng)重慶市電力公司 技能培訓(xùn)中心，重慶 400053；2.澳大利亞新南威爾士大學(xué)，悉尼 2052；3.國網(wǎng)重慶市電力公司 北碚供電分公司，重慶 400700；4.國網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電分公司，重慶 400050)

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們對電的需求量大幅增加，在現(xiàn)有市場經(jīng)濟體制下，竊電已成為社會的一大公害[1-2]。當(dāng)竊電發(fā)生時如何準確、及時獲取信息，如何使取證數(shù)據(jù)具有法律有效性，如何在復(fù)雜的環(huán)境中取證，仍然是反竊電的重點與難點[3]。

學(xué)者們對此展開了一系列研究。文獻[4]研制了一種新型防竊電裝置，直接采集用戶一次側(cè)用電信息，作為判斷竊電的依據(jù)；文獻[5]利用事故樹的分析方法，找出造成竊電風(fēng)險的關(guān)鍵因素，為供電公司竊電損失風(fēng)險應(yīng)對措施提出了建議；文獻[6-7]利用用電信息采集系統(tǒng)，對用戶進行實行在線監(jiān)測，分析其可能采用的竊電方式，通過數(shù)據(jù)比對實施現(xiàn)場精準打擊；文獻[8]提出了事前報警、事中控制、事后取證的方式；文獻[9]介紹的幾種泄漏檢測與定位方法，有借鑒意義。以上的方式、方法在“報警準確性、及時性與取證有效性、效率”上均存在一些不足。

以竊電精準取證為目的，從現(xiàn)場電能計量裝置的異常工況特征量的獲取與分析入手，通過電表數(shù)據(jù)異常的原因深入分析，研制了基于電表計量數(shù)據(jù)異常的反竊電精準取證裝置。解決了上述問題。

1 電表計量數(shù)據(jù)異常分析

電表是用來計量電能的儀表。電表計量數(shù)據(jù)異常的原因有很多，部分是由于用戶竊電而造成的，目前，電表可以監(jiān)測到的共有7類計量數(shù)據(jù)異常：電量異常、電壓電流異常、費控異常、負荷異常、接線異常，時鐘異常、異常用電，具體如表1所示。

表1 電表計量數(shù)據(jù)異常分類Table 1 Classification of abnormal measured data

從以上七類31項電表計量數(shù)據(jù)異常情況可以看出，出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常狀況有一部分是由于計量裝置本身出現(xiàn)故障導(dǎo)致，例如時鐘異?？赡苁怯捎趦?nèi)部電池故障，電池電壓過低，電表軟件故障，時鐘故障等，這些都是由于電表自身的異常導(dǎo)致的。電能計量裝置的互感器、二次回路(包括接線盒)及電能表都有可能出現(xiàn)故障，這些故障都會導(dǎo)致電表計量數(shù)據(jù)異常，但只有一部分是由于電能計量裝置自身故障引起的，另外有一部分是由于竊電而引起的。

從表1可以看出，當(dāng)只有電表數(shù)據(jù)異常出現(xiàn)時，并不能確定是電表故障還是竊電引起的。但這時如果能有另外的判據(jù)出現(xiàn)，例如：“重要判據(jù)1+重要判據(jù)2+關(guān)鍵判據(jù)+輔助判據(jù)4”(見表3)，當(dāng)這些竊電判據(jù)依次出現(xiàn)時，則用戶實施竊電的可能性在99%以上。此時，啟動取證裝置記錄竊電過程并發(fā)出報警信號，就可實現(xiàn)取證、報警準確、及時、高效的目的。通過對竊電充要條件的全面、深入分析，提煉出了竊電的“關(guān)鍵判據(jù)(必要條件)”1個；“重要判據(jù)”2個；“輔助判據(jù)(充分條件)”5個。據(jù)此，可以有效過濾掉非竊電原因引起的計量異常的無效取證，實現(xiàn)竊電的精準取證與報警。

2 竊電精準取證系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)原理

如圖1所示為竊電精準取證系統(tǒng)原理圖，通過一次電流采集裝置，以及從7類31項電表異常數(shù)據(jù)中梳理出關(guān)鍵判據(jù)1、關(guān)鍵判據(jù)2的采集及數(shù)據(jù)傳輸裝置、單片機分析模塊等來判定是否竊電。當(dāng)單片機分析模塊通過多判據(jù)確認用戶正在進行竊電時，發(fā)送報警短信給稽查人員，同時發(fā)送信號1給視頻采集終端。當(dāng)竊電終止后再發(fā)送信號2給視頻采集終端。儲存裝置自動儲存收到信號1前30 min的攝像數(shù)據(jù)直到接收到信號2后30 min的攝像數(shù)據(jù)。同時，當(dāng)稽查人員接收到竊電報警短信后，控制無人機到達異常計量裝置的附近，將現(xiàn)場視頻通過5.8 G圖傳裝置轉(zhuǎn)發(fā)到地面站。

圖1 系統(tǒng)原理圖Fig.1 Block diagram of operating principle

2.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由“電能計量裝置異常工況智能采集模塊、電能計量裝置異常工況智能診斷模塊以及電能計量裝置異常工況精準取證模塊”三大模塊組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成框圖Fig.2 Diagram of system composition

2.2.1 異常工況智能采集模塊原理

主要電參數(shù)+環(huán)境綜合監(jiān)測：除采集一次電參數(shù)與電表電量參數(shù)外，還采集關(guān)鍵判據(jù)、重要判據(jù)與輔助判據(jù)，將這些數(shù)據(jù)送到分析模塊，由于優(yōu)化了“分析方法”，雖然分析的數(shù)據(jù)類型有所增加，但數(shù)據(jù)量卻明顯減少，使其采集、通訊及分析速度得到極大提升且結(jié)論的誤判率降低。主要特點：實施技術(shù)難度較高，成本較低，有效解決了竊電報警準確性、及時性與取證難的問題。如圖3所示。

圖3 異常工況智能采集模塊原理框圖Fig.3 Block diagram of data collecting module

2.2.2 異常工況智能診斷模塊原理

異常工況智能診斷模塊安裝在計量箱內(nèi)，它是整個裝置的核心由各模塊中間接口與CPU等組成，其原理如圖4所示。其作用包括3個方面：一是將采集到用戶一次側(cè)的電量信息按變比進行折算成二次電量；二是將采集到的電能表計量信息及環(huán)境異常信息(如：關(guān)鍵判據(jù)1、關(guān)鍵判據(jù)2)與二次電量進行綜合比較與分析；三是當(dāng)比較與分析的結(jié)果是用戶竊電時，立即發(fā)送短信“XX用戶正在竊電”。同時，下發(fā)控制指令“啟動取證設(shè)備”，對指令下發(fā)時前后30 min的音視頻進行存貯。

圖4 電能計量裝置異常工況智能診斷模塊原理框圖Fig.4 Block diagram of diagnosis module

2.2.3 異常工況精準取證模塊原理

電能計量裝置異常工況精準取證模塊主要包括“雙攝像裝置、儲存裝置、5.8 G收發(fā)裝置”，其原理如圖5所示，主要功能有兩個方面：

(1) 當(dāng)收到異常工況智能診斷模塊發(fā)來的用戶“竊電”信息時，立刻啟動“音、視頻取證系統(tǒng)”。同時將現(xiàn)場的全境攝像頭的視頻數(shù)據(jù)通過無人機中繼站傳送給監(jiān)控中心。

(2) 將“音、視頻取證系統(tǒng)”的相關(guān)信息進行傳送并存貯(攝像裝置時時都在對客戶端計量電表進行攝像儲存)。

圖5 異常工況取證模塊原理框圖Fig.5 Block diagram of forensics module

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)總方案實現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理框圖見圖6。

3.1 音、視頻取證系統(tǒng)實現(xiàn)

采用雙攝像頭取證方式(環(huán)境+細節(jié))。計量箱內(nèi)外加裝攝像裝置實時采集數(shù)據(jù)，有竊電報警信息時，取證數(shù)據(jù)處理器集合前30 min箱外攝像裝置傳入的數(shù)據(jù)形成一個新的數(shù)據(jù)庫，此新的數(shù)據(jù)庫直到數(shù)據(jù)采集處理器傳來正常用電信號后，箱外攝像裝置繼續(xù)上傳30 min數(shù)據(jù)后完結(jié)，取證數(shù)據(jù)處理器對數(shù)據(jù)庫進行處理并保存至SD卡，箱內(nèi)攝像裝置同理，兩個數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)稱為取證數(shù)據(jù)，取證數(shù)據(jù)可通過5.8 G數(shù)傳遠距離讀取。兩攝像頭互為監(jiān)視，外部攝像頭有防破壞功能。

ALIENTEK OV2640 攝像頭模塊自帶了有源晶振，用于產(chǎn)生 24 M 時鐘作為 OV2640 的 XVCLK 輸入。同時自帶了穩(wěn)壓芯片，用于提供 OV2640 穩(wěn)定的 2.8 V 和 1.3 V 工作電壓，模塊通過一個 2×9 的雙排排針( P1)與外部通信，其電路如圖7所示。

圖6系統(tǒng)總方案實現(xiàn)結(jié)構(gòu)原理框圖
Fig.6Blockdiagramofoverallstructure

圖7 攝像模塊Fig.7 Schematic diagram of camera module

3.2 音、視頻存貯實現(xiàn)

采用隨攝像頭存貯方式(本地)和全存貯方式(異地)兩種方式同時進行。在攝像頭上存貯時，有竊電報警信息及時對異常時間進行標注。計量箱外攝像裝置所采集數(shù)據(jù)，有竊電報警信息時，取證數(shù)據(jù)處理器集合前30 min箱外攝像裝置傳入的數(shù)據(jù)形成一個新的數(shù)據(jù)庫，新的數(shù)據(jù)庫直到數(shù)據(jù)采集處理器傳來正常用電信號后，箱外攝像裝置繼續(xù)上傳30 min數(shù)據(jù)后完結(jié)，取證數(shù)據(jù)處理器對此數(shù)據(jù)庫進行處理并保存至在計量箱內(nèi)的SD卡中。

3.3 音、視頻數(shù)據(jù)傳輸方式選擇

采用小無線的傳輸方式，可以利用成熟的5.8 G數(shù)傳遠距離讀取技術(shù)，成本低、方便使用且傳輸速率和距離都能達到使用要求。

4 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)驗證

通過對常見的數(shù)百種竊電組合判據(jù)進行分析后，得出了“計量異常、疑似竊電、正在竊電”三類簡化結(jié)論。并在現(xiàn)場用各種竊電方法對電能計量裝置實施竊電時，“反竊電精準取證裝置”的響應(yīng)情況進行了測試。結(jié)果見表2：

排除“計量正常”的情況，對“不確定、計量異常、疑似竊電”3種情況，通過5個輔助判據(jù)進行分析，得到93種“正在竊電”的情況。見表3。

表2 疑似竊電判據(jù)邏輯Table 2 Suspected power-stealing logic table

表3 正在竊電判據(jù)邏輯Table 3 Power-stealing logic table

在現(xiàn)場對93種“正在竊電”的情況，每種竊電類型試驗3次。就“分析響應(yīng)速度”、“分析結(jié)果正確率”“取證標注準確率”“取證數(shù)據(jù)有效性”等進行了逐一驗證。結(jié)果如表4所示。

表4 系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)驗證結(jié)果Table 4 System test and data verification results table

5 結(jié)束語

針對反竊電中的竊電報警準確性、及時性與取證難的問題，從電能計量裝置的內(nèi)、外異常工況特征量的獲取與分析入手，引入音、視頻聯(lián)動輔助取證。提出了利用一次、二次電參數(shù)與電能表的計量參數(shù)進行對比，快速過濾出計量異常的電能計量裝置；通過計量裝置環(huán)境參數(shù)的采集與分析，準確、及時的鎖定“正在竊電的電能計量裝置”并啟動現(xiàn)場聲音視頻取證，同時將“正在竊電”的信息發(fā)送給用檢人員。為驗證方法與裝置的有效性和準確性，在現(xiàn)場進行了279次“正在竊電”的仿真試驗，其結(jié)果正確率達100%。通過系統(tǒng)地對竊電類型、竊電判據(jù)的分析，提出了對竊電現(xiàn)場進行精準音像取證及異常數(shù)據(jù)的信息傳送的方法，實現(xiàn)了基于電表計量數(shù)據(jù)異常的反竊電精準取證裝置研制。使取證的準確性和有效性得到顯著提高，能更加高效地對竊電行為進行查處，對竊電行為形成有效的震懾作用。由于當(dāng)竊電發(fā)生時，稽查人員能及時獲知信息并到現(xiàn)場進行檢查，可以及時阻止用戶的竊電行為與獲取搜集證據(jù)，為竊電查處提供了有力的技術(shù)支持。由此，解決了檢查難、取證難的問題，節(jié)省了人力和物力，提高了管理效率，有效打擊了竊電行為，減少了國有資金的損失，增加了供電企業(yè)的收入，維護了供用電秩序，確保了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。