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摘要：针对传统输电线路采用定期人工巡检的不方便性，设计了一套基于3G无线视频的远程监控系统。系统采用高速球机拍摄输电线路的运行状况，视频服务器将图像进行压缩编码，通过3G无线网络传输到监控中心。监控中心可以远程遥控高速球机，对其进行变焦、聚焦、方位调整及预制位设置等。工作人员在监控中心即可实现对输电线路的远程实时监控。系统具有快速性、准确性、实时性的特点。
关键词：3G无线网络；视频远程监控；输电线路
作者简介：蒋文明（1981-），男，四川广安人，广东电网公司茂名供电局生产技术部，工程师；郑忠仁（1984-），男，广东茂名人，广东电网公司茂名供电局输电管理所，助理工程师。（广东茂名525000）
中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）09-0149-02
随着国民经济的快速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供的电力质量的要求越来越高。因此，远距离输电线路的电网运行安全性显得尤为重要。目前电网运行单位所采取的定期人工巡视很难保障对输电线路及杆塔等远距离、分散的电力设施采取有效的监控，而且人工巡视周期长，巡视期间的输电线路运行状况及周边环境难以及时反馈给监控中心，从而为线路的安全运行埋下了隐患。近年来事故逐年上升，说明了传统的巡视手段已不能满足现有的安全需求。
针对输电线路传统的人工巡视方法以及有线式监控带来的传输线路建设及运营成本高的不足，本文所设计的系统采用先进的数字视频压缩技术、电磁兼容技术、低功耗技术、3G无线通讯技术，将输电线路运行状况的图像信息通过3G无线网络传输到监控中心。监控中心通过带有云台调节功能的高速球机可实现远程单张拍照、连续视频摄像，同时也可通过系统主站远程调整高速球机焦距、预置位等参数。系统能够实时采集现场的图像和视频信息，从而对输电线路及杆塔等电力设施及其周边环境进行有效的监控，大大减轻了巡视人员的劳动强度，提高了线路安全运行水平，为线路运行单位提供直观可靠的线路安全信息。
一、系统总体方案
本系统由高速球机、监测终端和监控中心三部分组成。系统总体方案框图如图1所示。高速球机对输电线路及其周边环境进行拍摄。监测终端由监测主板、视频服务器以及3G模块组成。视频服务器由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所构成。视频服务器将高速球机输入的模拟视频信号数字化处理后，以数字信号的模式传送至3G无线网络上，从而实现监控中心远程实时监控输电线路的目的。监控中心通过3G无线网络与监测终端通讯，监控终端接收到命令后，即可通过自身的RS-485通讯接口实现对高速球机的远程变焦、聚焦、方位调整和预制位等参数的设置。监控中心可预置一个或多个拍摄位置、高速球机焦距与分辨率信息，高速球机内置大功率红外发射灯，可实现夜视及加热功能，保证在夜晚及冰雪天气仍然正常工作。
二、系统硬件方案
系统硬件原理框图如图2所示。监测主板、视频服务器和3G模块放置在一个机箱中构成监测终端。监测主板以ATmega128微处理器为核心，包括电源管理、实时时钟、数据存储、复位电路、485接口以及以太网接口等基本部分。系统安装在高压输电线路铁塔上，由于在高压线路上取电的技术不成熟以及取电不方便，因而系统采用风光互补供电方式，户外太阳能和风能在时间上的互补性使得系统能够全天候进行监控。
监测终端电源管理模块可以对高速球机的红外灯、云台进行控制，大大减少蓄电池的损耗。高速球机与监测主板之间通过485接口连接，监测主板通过RS-485实现对高速球机的远程变焦、聚焦、方位调整和预制位等参数的设置。监测主板和3G模块之间通过以太网连接。
1.高速球机
高速球机是3G无线视频远程监控系统的前端传感部分，起着重要作用。采用日本进口SONY机芯，最高分辨率达到704×576，支持多种格式和分辨率。高速球机可实现水平0～360°、垂直90°、无限制、连续旋转，最大景深达到400m，内置大功率红外发射灯，可实现夜视及加热功能。其工作电压为DC12V，通讯方式采用RS-485。
2.视频服务器
视频服务器与高速球机通过视频线连接，实现对现场图像信息的处理、传输。基于独有的视频压缩算法，最高分辨率704×576，采用多种专有快速、低失真视频压缩算法，编码效率高、图像质量好，对低码率信道适应性强。视频服务器通过系统的电源管理模块供电，其工作电压为DC12V。
3.风光互补控制系统
太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源，而且两者在时间变化分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时风很小，到了晚上光照很弱，但由于地表温差变化大而风能有所加强；夏季太阳光强度大而风小，冬季太阳光强度小而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性。此外，由于系统在户外高压输电线路铁塔上运行，取电不方便以及技术不成熟等因素使得风光互补发电系统就资源条件而言是很好的独立供电系统。
风光互补控制系统采用17.2V/60W太阳能电池板，12V/100AH免维护硅能蓄电池，蓄电池使用寿命大于10年，持续冰雨、无光照天气20天，能保持设备电源供应和设备正常工作。
三、系统软件方案
根据功能要求，整个无线视频远程监控系统的软件主要包括两部分：用于实现系统现场图像信息采集、处理、传输和控制的监测终端程序；完成系统分析现场信息、远程监控的监控中心程序。
1.监测终端软件设计
监测终端程序采用模块化设计思想，主要分为视频采集模块、图像数据压缩模块、无线网络传输模块以及云台控制模块。视频采集模块完成对输电线路视频信号的采集，并将采集的数据以文件的形式保存。图像数据压缩模块对视频采集模块采集的图像数据进行压缩处理。无线数据传输模块完成对压缩处理后的视频数据的网络传输，内部存放有3G的网络连接端口协议，并嵌入式地实现了TCP/IP协议、POP3 /SMTP协议，同时支持动态IP，完成与3G基站的无线连接与数据交换。云台控制模块主要接收监控中心发送的远程控制命令，实现对高速球机变焦、聚焦、方位调整及预制位设置功能。
2.监控中心软件设计
监控中心是整个远程监控系统的神经中枢，它负责指挥控制整个系统的运转，完成监控和管理等功能。监控中心提供高速球机的参数配置/查询、拍照间隔、预制位设置、IP地址设置，对历史图像数据进行查询与分析等。由于图像视频数据传输消耗的电源能量比较大，当监测终端电源电压低于设定值时，进行报警，监控中心不发送图像请求命令。
（1）通讯功能，包括：参数下发、参数查询、升级管理、实时数据入库、告警处理功能以及对时功能。监测终端上报心跳数据包时，根据上报心跳包时的时间与监控中心当前时间对比，如果相差大于10秒（可配置）以上，即在回应的数据包中附加对监测终端对时命令。
（2）对现场监测终端设置档案和相关电力设备档案的管理，包括线路、杆塔、监测终端、升级文件等档案管理。升级文件管理是把升级文件保存到服务器中，当监测终端要查询升级版本时，将保存在服务器的升级文件下载到监测终端中即可实现升级。
（3）系统监控，包括：在线设备查询——显示当前在线的设备，最近一段时间（1到5分钟）内有通讯的设备表示为该设备在线；设备运行记录查询——可查询设备的上线时间、电压、电池充电状态及工作温度等信息。
监控中心软件采用B/S模式，服务器采用J2EE平台开发，运行环境采用TOMCAT或JBOSS等，客户端通过标准的WEB浏览器访问。系统通过JDBC访问数据库，提供HTTP方式供监测用户通过IE等主流浏览器访问，进行对现场监测终端的维护和监测操作。WEB服务器安装在供电局内的计算机服务器上，具有对线路、杆塔、设备等档案进行管理、高速球机参数配置、实时数据抄读、历史数据查询分析及报警等功能。数据库服务器采用ORACOLE 10G数据库，提供数据的存储和查询。系统人机界面如图3所示。监控中心可以实时监控输电线路的运行状况。当有人为外力、自然外力等入侵时，前端传感器采集信息，立即触发报警。监控中心接收到报警信息后，自动启动视频监控，工作人员在界面上可以看到告警的监测点位置，从而快速采取措施。当工作人员需要了解输电线路状况时，可以手动打开视频监控，通过调整云台预置位，实现对线路上的各个部分实时监控拍照，及时发现隐患，以防患于未然。
四、结束语
利用3G技术的视频传输功能，实现电网运行信息的实时传输，能满足电网监测的要求。将3G移动视频业务与电力系统已有的监控系统结合，可以在有线宽带不能覆盖的区域安装监测装置，实现视频监控。同时，维护人员在监控中心可以实时了解输电线路运行状况，对故障做出快速反应，实现了维护水平先进，使巡检工作的效率得到了较大提高。系统经过在输电线路实地安装运行，效果良好。基于3G无线网络的视频监控系统具有实时、快速、准确的特点，在未来必将有极大的推广价值。
参考文献：
[1]陈威兵,刘光灿,冯璐.基于3G网络的车辆定位与视频监控系统设计[J].计算机测量与控制,2011,19(3):600-602.
[2]谢红华,陆以勤,吕锦.基于3G无线网络的高质量实时视频监控系统的设计[J].计算机应用研究,2007,10(10):313-314.
[3]宗文广.3G无线视频监控系统在电力抢修中的应用[J].应用技术,
2010,(11):166-167.
[4]张勤,何维,李潜杰,等.基于3G的双模远程视频监控系统设计[J].电视技术,2009,(8):95-98.
[5]王铭,倪平,王冬,等.基于3G网络的远程无线综合监控系统[J].计算机技术与应用,2011,(1):114-116.
[6]江国强.大功率风光互补独立供电系统设计与实现[D].合肥:中国科学技术大学,2010.
[7]HEUER J,KAUP A.Global motion estimation in image sequences using robust motion vector field segmentation[C].In:Proceeding of the 7th ACM International conference on Multimedia,Sydney,Australia,1999.
[8]Jangamshetti. S. H,Guruprasada Rau. V,Normalized power curves as a tool for identication of optimum wind turbine generator parameters[C].IEEE Transactions on Energy Conversion,2001:283-288.
（责任编辑：刘辉）
关键词：3G无线网络；视频远程监控；输电线路
作者简介：蒋文明（1981-），男，四川广安人，广东电网公司茂名供电局生产技术部，工程师；郑忠仁（1984-），男，广东茂名人，广东电网公司茂名供电局输电管理所，助理工程师。（广东茂名525000）
中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）09-0149-02
随着国民经济的快速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供的电力质量的要求越来越高。因此，远距离输电线路的电网运行安全性显得尤为重要。目前电网运行单位所采取的定期人工巡视很难保障对输电线路及杆塔等远距离、分散的电力设施采取有效的监控，而且人工巡视周期长，巡视期间的输电线路运行状况及周边环境难以及时反馈给监控中心，从而为线路的安全运行埋下了隐患。近年来事故逐年上升，说明了传统的巡视手段已不能满足现有的安全需求。
针对输电线路传统的人工巡视方法以及有线式监控带来的传输线路建设及运营成本高的不足，本文所设计的系统采用先进的数字视频压缩技术、电磁兼容技术、低功耗技术、3G无线通讯技术，将输电线路运行状况的图像信息通过3G无线网络传输到监控中心。监控中心通过带有云台调节功能的高速球机可实现远程单张拍照、连续视频摄像，同时也可通过系统主站远程调整高速球机焦距、预置位等参数。系统能够实时采集现场的图像和视频信息，从而对输电线路及杆塔等电力设施及其周边环境进行有效的监控，大大减轻了巡视人员的劳动强度，提高了线路安全运行水平，为线路运行单位提供直观可靠的线路安全信息。
一、系统总体方案
本系统由高速球机、监测终端和监控中心三部分组成。系统总体方案框图如图1所示。高速球机对输电线路及其周边环境进行拍摄。监测终端由监测主板、视频服务器以及3G模块组成。视频服务器由一个或多个模拟视频输入口、图像数字处理器、压缩芯片和一个具有网络连接功能的服务器所构成。视频服务器将高速球机输入的模拟视频信号数字化处理后，以数字信号的模式传送至3G无线网络上，从而实现监控中心远程实时监控输电线路的目的。监控中心通过3G无线网络与监测终端通讯，监控终端接收到命令后，即可通过自身的RS-485通讯接口实现对高速球机的远程变焦、聚焦、方位调整和预制位等参数的设置。监控中心可预置一个或多个拍摄位置、高速球机焦距与分辨率信息，高速球机内置大功率红外发射灯，可实现夜视及加热功能，保证在夜晚及冰雪天气仍然正常工作。
二、系统硬件方案
系统硬件原理框图如图2所示。监测主板、视频服务器和3G模块放置在一个机箱中构成监测终端。监测主板以ATmega128微处理器为核心，包括电源管理、实时时钟、数据存储、复位电路、485接口以及以太网接口等基本部分。系统安装在高压输电线路铁塔上，由于在高压线路上取电的技术不成熟以及取电不方便，因而系统采用风光互补供电方式，户外太阳能和风能在时间上的互补性使得系统能够全天候进行监控。
监测终端电源管理模块可以对高速球机的红外灯、云台进行控制，大大减少蓄电池的损耗。高速球机与监测主板之间通过485接口连接，监测主板通过RS-485实现对高速球机的远程变焦、聚焦、方位调整和预制位等参数的设置。监测主板和3G模块之间通过以太网连接。
1.高速球机
高速球机是3G无线视频远程监控系统的前端传感部分，起着重要作用。采用日本进口SONY机芯，最高分辨率达到704×576，支持多种格式和分辨率。高速球机可实现水平0～360°、垂直90°、无限制、连续旋转，最大景深达到400m，内置大功率红外发射灯，可实现夜视及加热功能。其工作电压为DC12V，通讯方式采用RS-485。
2.视频服务器
视频服务器与高速球机通过视频线连接，实现对现场图像信息的处理、传输。基于独有的视频压缩算法，最高分辨率704×576，采用多种专有快速、低失真视频压缩算法，编码效率高、图像质量好，对低码率信道适应性强。视频服务器通过系统的电源管理模块供电，其工作电压为DC12V。
3.风光互补控制系统
太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源，而且两者在时间变化分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时风很小，到了晚上光照很弱，但由于地表温差变化大而风能有所加强；夏季太阳光强度大而风小，冬季太阳光强度小而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性。此外，由于系统在户外高压输电线路铁塔上运行，取电不方便以及技术不成熟等因素使得风光互补发电系统就资源条件而言是很好的独立供电系统。
风光互补控制系统采用17.2V/60W太阳能电池板，12V/100AH免维护硅能蓄电池，蓄电池使用寿命大于10年，持续冰雨、无光照天气20天，能保持设备电源供应和设备正常工作。
三、系统软件方案
根据功能要求，整个无线视频远程监控系统的软件主要包括两部分：用于实现系统现场图像信息采集、处理、传输和控制的监测终端程序；完成系统分析现场信息、远程监控的监控中心程序。
1.监测终端软件设计
监测终端程序采用模块化设计思想，主要分为视频采集模块、图像数据压缩模块、无线网络传输模块以及云台控制模块。视频采集模块完成对输电线路视频信号的采集，并将采集的数据以文件的形式保存。图像数据压缩模块对视频采集模块采集的图像数据进行压缩处理。无线数据传输模块完成对压缩处理后的视频数据的网络传输，内部存放有3G的网络连接端口协议，并嵌入式地实现了TCP/IP协议、POP3 /SMTP协议，同时支持动态IP，完成与3G基站的无线连接与数据交换。云台控制模块主要接收监控中心发送的远程控制命令，实现对高速球机变焦、聚焦、方位调整及预制位设置功能。
2.监控中心软件设计
监控中心是整个远程监控系统的神经中枢，它负责指挥控制整个系统的运转，完成监控和管理等功能。监控中心提供高速球机的参数配置/查询、拍照间隔、预制位设置、IP地址设置，对历史图像数据进行查询与分析等。由于图像视频数据传输消耗的电源能量比较大，当监测终端电源电压低于设定值时，进行报警，监控中心不发送图像请求命令。
（1）通讯功能，包括：参数下发、参数查询、升级管理、实时数据入库、告警处理功能以及对时功能。监测终端上报心跳数据包时，根据上报心跳包时的时间与监控中心当前时间对比，如果相差大于10秒（可配置）以上，即在回应的数据包中附加对监测终端对时命令。
（2）对现场监测终端设置档案和相关电力设备档案的管理，包括线路、杆塔、监测终端、升级文件等档案管理。升级文件管理是把升级文件保存到服务器中，当监测终端要查询升级版本时，将保存在服务器的升级文件下载到监测终端中即可实现升级。
（3）系统监控，包括：在线设备查询——显示当前在线的设备，最近一段时间（1到5分钟）内有通讯的设备表示为该设备在线；设备运行记录查询——可查询设备的上线时间、电压、电池充电状态及工作温度等信息。
监控中心软件采用B/S模式，服务器采用J2EE平台开发，运行环境采用TOMCAT或JBOSS等，客户端通过标准的WEB浏览器访问。系统通过JDBC访问数据库，提供HTTP方式供监测用户通过IE等主流浏览器访问，进行对现场监测终端的维护和监测操作。WEB服务器安装在供电局内的计算机服务器上，具有对线路、杆塔、设备等档案进行管理、高速球机参数配置、实时数据抄读、历史数据查询分析及报警等功能。数据库服务器采用ORACOLE 10G数据库，提供数据的存储和查询。系统人机界面如图3所示。监控中心可以实时监控输电线路的运行状况。当有人为外力、自然外力等入侵时，前端传感器采集信息，立即触发报警。监控中心接收到报警信息后，自动启动视频监控，工作人员在界面上可以看到告警的监测点位置，从而快速采取措施。当工作人员需要了解输电线路状况时，可以手动打开视频监控，通过调整云台预置位，实现对线路上的各个部分实时监控拍照，及时发现隐患，以防患于未然。
四、结束语
利用3G技术的视频传输功能，实现电网运行信息的实时传输，能满足电网监测的要求。将3G移动视频业务与电力系统已有的监控系统结合，可以在有线宽带不能覆盖的区域安装监测装置，实现视频监控。同时，维护人员在监控中心可以实时了解输电线路运行状况，对故障做出快速反应，实现了维护水平先进，使巡检工作的效率得到了较大提高。系统经过在输电线路实地安装运行，效果良好。基于3G无线网络的视频监控系统具有实时、快速、准确的特点，在未来必将有极大的推广价值。
参考文献：
[1]陈威兵,刘光灿,冯璐.基于3G网络的车辆定位与视频监控系统设计[J].计算机测量与控制,2011,19(3):600-602.
[2]谢红华,陆以勤,吕锦.基于3G无线网络的高质量实时视频监控系统的设计[J].计算机应用研究,2007,10(10):313-314.
[3]宗文广.3G无线视频监控系统在电力抢修中的应用[J].应用技术,
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[4]张勤,何维,李潜杰,等.基于3G的双模远程视频监控系统设计[J].电视技术,2009,(8):95-98.
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[6]江国强.大功率风光互补独立供电系统设计与实现[D].合肥:中国科学技术大学,2010.
[7]HEUER J,KAUP A.Global motion estimation in image sequences using robust motion vector field segmentation[C].In:Proceeding of the 7th ACM International conference on Multimedia,Sydney,Australia,1999.
[8]Jangamshetti. S. H,Guruprasada Rau. V,Normalized power curves as a tool for identication of optimum wind turbine generator parameters[C].IEEE Transactions on Energy Conversion,2001:283-288.
（责任编辑：刘辉）