輸電線路視頻監控防盜報警系統的設計

摘 要：輸電線路視頻監控防盜報警系統，采用先進的傳感器技術、計算機與信息處理技術、3G無線公網數據傳輸技術、風光互補供電技術，實現對線路鐵塔的全方位監控。本文主要闡述了輸電線路監控終端中視頻采集模塊組成和工作原理及供電系統方案。

關鍵詞：輸電線路監控終端；電源管理模塊；風光互補供電

1 引言

高壓鐵塔是電力傳輸的關鍵設備，每個高壓鐵塔價值數十萬元，一旦被盜，損失少則數萬元，多則幾十萬元，影響電力供應的損失則更大。故采取嚴密的防盜措施是關系電力供應的大事。由于許多輸電線路都建設在地形比較復雜的地區，存在諸多不安全因素，在天氣惡劣的情況下，對線路巡檢工作人員是嚴峻的考驗。

輸電線路視頻監控防盜報警系統，以視頻監控為主，傳感器告警為輔，對鐵塔進行全方位的監控。工作人員在監控中心利用電腦，或在野外利用智能手機、3G上網筆記本即可隨時隨地查看鐵塔、線路的狀態，大量減少巡檢人員的工作量。

2 系統總體構成

本系統結構如圖1所示，包括監控中心、監控終端和智能終端設備，監控中心主要由流媒體服務器、短信服務器和視頻控件客戶端組成，實現對前端設備視頻流的獲取、轉發、保存，同時能夠實現視頻的實時預覽、云臺控制、視頻屬性控制、設備激活、服務端錄像文件回放和下載，并能顯示前端視頻服務器的設備狀態等。輸電線路監控終端實現前端視頻信息及傳感器信息的采集，主要由視頻采集模塊、風光互補供電系統等組成。數據傳輸采用現今成熟的3G無線公網技術，實現前端監控終端和后臺監控中心的數據交換。智能終端設備（智能手機、3G上網筆記本）通過監控中心流媒體服務器獲取視頻信息。

3 視頻采集模塊

視頻采集模塊包括3G網絡視頻服務器、紅外云臺攝像機和電源管理模塊，視頻采集模塊組成如圖2所示。3G網絡視頻服務器是系統進行視頻信號編碼和傳輸的關鍵設備。云臺通過 RS485接口接到視頻服務器，監控中心服務器通過視頻服務器可以進行云臺操作，通過云臺操作觀看全方位視頻。3G網絡視頻服務器采用一直在線的工作方式，當有外觸發時視頻進行傳輸，如果外觸發停止或者人工控制下線，進入休眠狀態，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一體化智能高速云臺攝像機，具有功耗小、使用壽命長、輻射距離遠等特點，夜視距離大于 100 米，全天候環境設計， 360°無限位旋轉，仰視 180°無盲點，具有 128 個預置位。

為了維持較低的功耗，云臺攝像機、告警喇叭的電源由電源管理模塊控制。正常情況下為了節省電能，云臺攝像機、告警喇叭不工作，當有激活上線、告警激活上線或者定時激活上線之中的一個動作滿足時，電源管理模塊控制云臺攝像機上電工作進行視頻傳輸，告警喇叭只有在告警激活上線時才工作。

電源管理模塊是以32位ARM嵌入式微處理器LPC2136為核心，主要由存儲器、攝像機電源控制、RS232接口、數字量輸入端口（DI）、數字量輸出端口（DO）、模擬量輸入端口（AI）和GSM模塊組成。LPC2136內置?C_OS-Ⅱ操作系統，具有GPIO管腳資源豐富、RAM資源較大的特點，同時具有實時時鐘和AI處理能力，非常適合本模塊使用。存儲器采用FM24CL16，FM24CL16是采用先進的鐵電工藝制造的16K位非易失性存儲器，用以存儲上線時段報警電話號碼、定時激活時間等信息。攝像機電源控制端口是為了保證最低功耗而增加的控制模塊，當網絡視頻服務器視頻啟動時通過串口下發控制指令給電源管理模塊，電源管理模塊發送上電指令控制云臺攝像機上電，RS232口是電源管理模塊與網絡視頻服務器進行指令交換的通道。數字量輸入端口連接多鑒紅外探測器及振動傳感器，檢測高壓鐵塔底部是否有人活動，及其鐵塔是否有振動，如有則告警激活，通過數字量輸出端口，發送告警信號激活3G網絡視頻服務器進行視頻傳輸。同時控制告警喇叭工作，發出刺耳的警告聲音，監控中心人員可通過語音對講配合現場視頻對現場犯罪分子進行喊話威懾，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模塊能夠將電壓信息以短信形式上傳到平臺，在電池欠壓的情況下以告警的方式傳輸到平臺。電源管理模塊帶有 GSM 模塊，可以接收監控中心平臺的短信指令：短信激活、短信設置（定時激活時間設置、校時）和下線指令操作，并且能夠將告警信息以短信形式傳輸到平臺。定時激活是激活網絡視頻服務器定時上線傳輸視頻，校時指令用來校正模塊時鐘。電源管理模塊軟件流程如圖3所示。

4 供電系統

因電力鐵塔大多位于比較偏遠的地區，設備的供電采用太陽能供電和風力供電兩種供電方式互相補充的風光互補供電系統，彌補了風力和太陽能獨立供電系統的不足。風光互補供電系統能夠保證系統在野外無普通電源供電情況下的正常工作。系統各設備功耗以每天1小時視頻瀏覽計算如表所示。系統全天功耗可計算為：

30+144+24=198WH≈0.2KWH。

本系統電源配置方案中，太陽能供電和風力供電均可單獨工作滿足本系統的供電需求。假設每天能夠利用太陽能供電的時長為4個小時，能夠利用風力供電的時長為5個小時，太陽能供電和風力供電均無法利用的最長時間為5天。綜合考慮氣候對太陽能供電和風力供電的影響，以及太陽能發電組件和風力發電組件的損耗和衰減，通過分析計算，本系統采用功率為90W的太陽能電池板和功率為300W的5葉片mini風力發電機。采用風光互補控制器，保證太陽能和風能的最高利用。考慮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能蓄電池。

5 結束語

輸電線路視頻監控防盜報警系統在出現盜竊塔材等異常情況時，通過輸電線路視頻監控終端實時采集現場視頻信息，并能通過短信告警的形式及時通知監控中心或野外管理人員，管理人員采取相應手段進行人工干預，提高線路安全運行水平，滿足當前電力系統高壓鐵塔安全監控的需求。

參考文獻：

[1]徐青松，張盎然，楊勇.輸電線路視頻在線控系統[J].上海電力，2006（04）：415-417.

[2]趙培養，劉保平.基于3G的輸電線路無線視頻監控系統[J].通信世界，2013（12）：53-54.

[3]張峻嶺，殷建英.風光互補發電系統及應用[J].能源研究與利用，2011（04）：48-49.

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