基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭在運(yùn)行巡檢中的應(yīng)用研究

劉連德 吳志剛 李凱強(qiáng)

內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051

引言

新一代電力系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的多能源、多網(wǎng)絡(luò)和多實(shí)體組合是能源行業(yè)的發(fā)展與新技術(shù)深度融合而形成的。與此同時(shí)，信息技術(shù)的快速發(fā)展，用電質(zhì)量和服務(wù)響應(yīng)速度要求也越來(lái)越高，在用電過(guò)程中用戶有著更全面的信息知悉權(quán)。所以新一代的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了國(guó)內(nèi)外電力公司的青睞。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展在目前一些研究機(jī)構(gòu)中成為一種可靠成熟的技術(shù)。隨著新技術(shù)的進(jìn)一步擴(kuò)展，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中都在普及大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)。然而在傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還在初期的發(fā)展階段。

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，電能從生產(chǎn)、輸送到分配再到使用的這一過(guò)程都是同時(shí)完成的，具有連續(xù)性，為了能夠?qū)㈦娔馨踩煽康膫鬏斀o用戶，系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備都必須保證能夠正確可靠實(shí)現(xiàn)其功能。因此，為確保其功能的可靠性，就必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠巡檢?，F(xiàn)場(chǎng)人工巡檢就是電站運(yùn)行人員親臨在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行巡檢[1]，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中的所有設(shè)備開(kāi)展簡(jiǎn)單定性的判斷，最主要就是靠眼看、手觸、耳聽(tīng)和鼻嗅等行為來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)眼看的方法，運(yùn)行人員主要查看注油設(shè)備是否存在滲漏的情況，設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)是否出現(xiàn)異常，夜間或昏暗環(huán)境下進(jìn)行熄燈檢查，查看設(shè)備是否存在發(fā)光和電暈的現(xiàn)象，了解設(shè)備絕緣情況以及設(shè)備有無(wú)放電的痕跡，雨雪天氣，重點(diǎn)查看導(dǎo)體上的積雪是否已經(jīng)溶化及雨水是否存在蒸發(fā)情況，刮風(fēng)時(shí)應(yīng)檢查導(dǎo)線上是否存在異物及各導(dǎo)線間的擺動(dòng)情況能否滿足絕緣要求。通過(guò)用手觸摸正在運(yùn)行的設(shè)備的外殼（如電機(jī)和變壓器），可以檢查設(shè)備是否存在異常的振動(dòng)和溫升變化，并與日常狀態(tài)比照，從而對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況有所判斷。當(dāng)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)異常的放電聲或振動(dòng)聲，往往是發(fā)生故障的前兆，如果能夠及早聽(tīng)出這些聲音中的信息，便能夠及早發(fā)現(xiàn)故障。用鼻嗅也是運(yùn)行巡視中很重要的一種巡檢方法，因?yàn)檫\(yùn)行設(shè)備的絕緣損壞通常都伴隨有異味的出現(xiàn)，如能及時(shí)嗅到異味，便能及早發(fā)現(xiàn)絕緣破損。

以前電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行有缺陷的檢修或?qū)υO(shè)備進(jìn)行例行檢查[2]等定性狀態(tài)信息一般都是采取紙質(zhì)的手寫(xiě)記錄，由于個(gè)人理解及書(shū)寫(xiě)習(xí)慣差異，經(jīng)常使得記錄不夠全面準(zhǔn)確，而且容易丟失，其中不乏一些嚴(yán)重缺陷，因?yàn)榇朔N原因未能及時(shí)上報(bào)，錯(cuò)過(guò)處理時(shí)機(jī)，最終發(fā)展成了事故，造成巨大損失。同時(shí)，人工巡檢存在著看不見(jiàn)、摸不著的情況，致使巡檢工作的結(jié)果因人而異、參差不齊。因此，本文在滿足電站巡檢工作的前提下，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭在運(yùn)行巡檢中運(yùn)用的技術(shù)與方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電站設(shè)備的相應(yīng)部位進(jìn)行全方位的巡檢。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是一項(xiàng)新興技術(shù)[3-5]。以互聯(lián)網(wǎng)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)各種智能硬件設(shè)備來(lái)感知和識(shí)別物理世界的物聯(lián)網(wǎng)，是由硬件支撐和軟件系統(tǒng)組合成一個(gè)整體，共同完成知識(shí)挖掘以及信息技術(shù)處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為我們提供了一種人與物之間的信息交互和信息流的傳遞，使得實(shí)時(shí)控制設(shè)備然后科學(xué)管理與決策變成了可能。在現(xiàn)代化發(fā)展的社會(huì)中電力有著重大的影響，生活中用電是必不可少的。但是，電力系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)在過(guò)去的幾十年中已經(jīng)形成，基于當(dāng)時(shí)的社會(huì)情況而發(fā)展的電力系統(tǒng)架構(gòu)逐漸不能滿足當(dāng)今社會(huì)日新月異的發(fā)展要求。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和“電力互聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的到來(lái)，迅速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力生產(chǎn)和現(xiàn)實(shí)生活的多個(gè)領(lǐng)域得到了逐步的滲透。在電力系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可以有效整合、提高信息化水平，利用電力基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備交互設(shè)施，推動(dòng)先進(jìn)信息通信系統(tǒng)服務(wù)于電網(wǎng)系統(tǒng)。

最近幾年，隨著國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)和業(yè)內(nèi)企業(yè)的不斷助力，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正朝著良好的方向前進(jìn)。不斷完善的標(biāo)準(zhǔn)體系以及技術(shù)研發(fā)不斷取得突破，市場(chǎng)化的應(yīng)用正逐步走進(jìn)大眾視野。

智能電網(wǎng)是細(xì)分行業(yè)中較早開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)的細(xì)分領(lǐng)域之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)體系建設(shè)、電網(wǎng)安全管控、運(yùn)行維護(hù)、信息數(shù)據(jù)采集、計(jì)量及用戶交互等各個(gè)方面，不僅將電力系統(tǒng)的智能化程度提高了，還能對(duì)智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息感知深度、廣度以及密度進(jìn)行全面提高，這就促進(jìn)了“信息流、業(yè)務(wù)流、電力流的高度融合”[6]。其中電網(wǎng)終端使用側(cè)的數(shù)據(jù)信息采集，在智能電網(wǎng)中有著廣泛的應(yīng)用空間[7]，是實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)化過(guò)程中的重要組成部分。

我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)整體應(yīng)用還沒(méi)有普及，物聯(lián)網(wǎng)的高端傳感器、智能硬件和核心芯片還與發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距[8]，網(wǎng)絡(luò)與信息安全存在較多隱患[9]。因此，需要加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的攻克，積極推動(dòng)自主技術(shù)國(guó)際化水平，加快核心標(biāo)準(zhǔn)研制，培育一批影響力大、帶動(dòng)性強(qiáng)的企業(yè)，構(gòu)建有效的服務(wù)于一體的靈活機(jī)制，提升物聯(lián)網(wǎng)信息安全的保障能力。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案分析研究

基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭系統(tǒng)包括攝像頭、電源開(kāi)關(guān)、電源模塊、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、AP熱點(diǎn)和多媒體終端。攝像頭采用高清攝像頭，在巡檢過(guò)程中圖像的清晰度無(wú)疑已經(jīng)成為一種優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閳D像越清晰在細(xì)節(jié)表現(xiàn)上就越明顯，辨識(shí)效果才能達(dá)到最佳的狀態(tài)，在同一環(huán)境下，高清攝像頭可以提供更清晰細(xì)膩的圖像，能夠更為細(xì)致的展現(xiàn)圖像的細(xì)節(jié)，使得巡檢目標(biāo)如在眼前一般，為智能巡檢深入應(yīng)用到實(shí)際工作中奠定了更好的基礎(chǔ)。攝像頭將獲取的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理器處理后，發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸模塊，并由其傳送到多媒體終端便于人員查看。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還應(yīng)用了AP熱點(diǎn)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備有線連接方式時(shí)可以打開(kāi)設(shè)備自帶的AP熱點(diǎn)功能，發(fā)出無(wú)線信號(hào)，在信號(hào)范圍內(nèi)，使用多媒體終端接收連接到這個(gè)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)傳輸，在巡檢中更加靈活方便。

3 關(guān)鍵硬件技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3.1 供電系統(tǒng)

電源模塊主要是為攝像頭、數(shù)據(jù)處理器、數(shù)據(jù)傳輸模塊和AP熱點(diǎn)等進(jìn)行供電，是保證巡檢中圖像傳輸記錄正常進(jìn)行的前提。電源管理模塊基本組成包括電源監(jiān)測(cè)、電壓轉(zhuǎn)換、電源管控、電源保護(hù)等。本文所設(shè)計(jì)使用的電源模塊采用新一代鋰電池，可通過(guò)鋰電池的充-放電特性曲線以及當(dāng)前電量來(lái)獲取電源剩余電量，還可以根據(jù)電源模塊當(dāng)前剩余電量的多少實(shí)現(xiàn)電量低報(bào)警。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

圖像數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)USB有線和AP熱點(diǎn)兩種方式與多媒體終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中AP熱點(diǎn)傳輸方式大致由攝像頭采集端、無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)和多媒體終端組成。如圖1所示。攝像頭采集端是設(shè)備集成一顆微型攝像頭，主要是用于視頻信號(hào)的采集、預(yù)覽、拍照等；視頻信號(hào)采集后，通過(guò)對(duì)應(yīng)的視頻編碼技術(shù)加以處理，將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)蕉嗝襟w終端進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和播放；多媒體終端可以是PC機(jī)也可以是一臺(tái)手持PDA，安裝圖像播放軟件后，攝像頭采集端獲取的視頻畫(huà)面支持實(shí)時(shí)播放并保存。

4 現(xiàn)場(chǎng)巡檢實(shí)際應(yīng)用

為驗(yàn)證基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭在運(yùn)行巡檢中的有效性，在國(guó)內(nèi)某抽水蓄能電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了可視化巡檢功能的應(yīng)用，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行了巡檢功能測(cè)試，對(duì)應(yīng)環(huán)境位置下的設(shè)備巡檢測(cè)試結(jié)果如下所示：

上述現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試結(jié)果表明，基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭在運(yùn)行巡檢中能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及設(shè)備位置的不同完成對(duì)看不到、摸不著的設(shè)備進(jìn)行巡檢，通過(guò)微型攝像頭傳回的圖像來(lái)識(shí)別設(shè)備是否有異常，此應(yīng)用有效提高了設(shè)備運(yùn)行巡檢的可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，電站巡檢也從主要依靠人工“眼看、耳聽(tīng)、手摸、鼻嗅”作為巡檢過(guò)程中的傳統(tǒng)辦法逐步向電子化發(fā)展，在當(dāng)前的工作巡檢中，仍然存在著看不見(jiàn)、摸不著的情況，本文針對(duì)目前的電站巡檢現(xiàn)狀，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的微型攝像頭在運(yùn)行巡檢中的應(yīng)用，使巡檢工作更加規(guī)范化、全面化，為整個(gè)電廠的安全可靠運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。電站巡檢自動(dòng)化水平的提高，將進(jìn)一步提升運(yùn)行人員的工作效率和巡檢質(zhì)量。