紅外熱像儀智能數字監控系統的研究

摘要：隨著科技的進步，社會的發展，電力設備自動化控制和現場無人值守已成為必然趨勢。因此，對無人現場進行全面、完美的實時數據化監控顯得尤為重要。文章利用紅外熱像儀結合可見光設備搭建整個紅外智能數字監控系統及如何實現進行探討。

關鍵詞：紅外熱像儀；數字監控；智能數字視頻監控

中圖分類號：TN215 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0024-03

紅外熱像診斷技術的應用，解決了電網中的大量戶外及裸露設備熱性故障問題，經濟效益和社會效益顯著。由于該技術是對設備表面輻射的紅外光進行非接觸、遠距離熱成像檢測，不受電場干擾，因此具有直觀、準確、靈敏度高、快速、安全、應用范圍廣等特點，已成為電力設備健康狀態監測和故障診斷的重要手段。

本文運用紅外熱成像技術結合電網監控自動化需求，就搭建紅外智能數字監控系統進行系統的設計、搭建及實現進行探討。

1 紅外熱成像及原理概述

紅外熱成像運用光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形，并可以進一步計算出溫度值。紅外熱成像技術使人類超越了視覺障礙，由此人們可以看到物體表面的溫度分布狀況。

物體表面溫度如果超過絕對零度即會輻射出電磁波，隨著溫度變化，電磁波的輻射強度與波長分布特性也隨之改變，波長介于0.75～1μm間的電磁波稱為“紅外線”，而人類視覺可見的“可見光”介于0.4～0.75μm。紅外線在地表傳送時，會受到大氣組成物質（特別是H2O、CO2、CH4、N2O、O3等）的吸收，強度明顯下降，僅在短波3μ～5μm及長波8～12μm的兩個波段有較好的穿透率（Transmission），通稱大氣窗口（Atmospheric window），大部分的紅外熱像儀就是針對這兩個波段進行檢測，計算并顯示物體的表面溫度分布。此外，由于紅外線對極大部分的固體及液體物質的穿透能力極差，因此紅外熱成像檢測是以測量物體表面的紅外線輻射能量為主。

2 智能電網監控系統概述

智能電網，就是電網的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統技術的應用，實現電網的可靠、安全、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標，其主要特征包括自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀用戶需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行。

智能電網通過高速通信網絡實現對運行設備的在線狀態監測，以獲取設備的運行狀態，在最恰當的時間給出需要維修設備的信號，實現設備的狀態檢修，同時使設備運行在最佳狀態。系統的控制裝置可以被調整到降低損耗和消除阻塞的狀態。通過對系統控制裝置的這些調整，選擇最小成本的能源輸送系統，提高運行的效率。最佳的容量、最佳的狀態和最佳的運行將大大降低電網運行的費用。

2 基于紅外熱像儀智能數字監控系統的設計

2.1 系統功能分析

系統主要特點如下：

（1）電力設備運行狀態可視化：通過采集設備狀態信息，并結合紅外線成像技術等實現“遙視”，監控變電站主要設備，形成對變電站各種電力設備的數據和圖像一體化的在線監測，還可有效地防止竊電。

（2）故障預警智能化：根據“遙視、遙信、遙測”獲得的信號以及各種通信手段獲得的信息，結合先進的數據挖掘、人工智能等技術進行事故預警，出現故障時能夠準確、快速地進行故障診斷和定位。

（3）自愈恢復、負荷轉移與故障排除：通過對電力設備的局部放電、局部過熱等事故跡象的圖像識別和趨勢預測，可將潛在故障點隔離或迅速轉移負荷，避免或延緩事故發生，在少用或不用人為干預的情況下使電力系統堅持正常供電或迅速恢復供電，保證供電的連續性和可靠性。

系統功能模塊：（1）變電站監控數據（紅外能量，可見光視頻）的采集模塊；（2）能量、視頻數據實時傳輸模塊；（3）能量數據解析分析模塊；（4）智能監測及分析模塊；（5）告警處理模塊；（6）歷史數據查詢模塊。

3.2 系統框架設計

（1）系統架構圖。

（2）架構圖說明。

IRServer：前端紅外監控熱像儀，負責采集數據，壓縮數據，傳輸數據。

IRService：服務器：負責接收數據，數據轉換為溫度及圖像，圖像顯示，圖像質量處理。

IRStation：工作站：負責智能監測任務的制定，運行，告警及報告的生成，歷史數據的檢索。

（3）系統原理。攝像頭（IRServer）采集到紅外能量數據、視頻數據、語音數據，通過internet網傳送到服務器（IRService），在服務器對能量數據，語音數據進行接收、計算，解析出圖像，再通過internet傳輸到工作站（IRStation），通過工作站制定的任務，自動完成智能監測，告警等工作。

（4）系統組成。紅外熱像儀，高清攝像機、Internet傳輸設備、變電站管理中心計算機，海量數據存儲設備。

3.3 系統的實現

目前國內市場上對電力設備的檢測，還停留在第二代視頻信號數據傳輸上；在變電站采集到視頻信號后，通過網絡傳輸視頻數據，然后在工作站顯示。

該系統由監控攝像頭（IRServer）采集到紅外能量數據，視頻數據，在監控器端（IRServer）用先進的數據（紅外能量值）壓縮和傳送技術通過Internet傳送出去，監控計算機端（IRService）接收到數據后，通過充分地利用監控計算機的數據和圖像處理能力，對數據進行解析，實時分析出每幀完整的數據，計算出每幀每個像素點的溫度，再通過圖像處理技術，把能量轉換為清晰的視頻，在工作站顯示出來。工作站（IRStation）通過專業人員，對變電站所有需要監測的區域，需監測的設備進行預設監測任務，報警閥值，告警處理方式后，工作站計算機會定時按照預設任務進行巡檢。

根據電氣設備故障或缺陷檢測需求和《帶電設備紅外診斷應用規范》，該系統將報警分為一般、嚴重、危急3個等級，根據報警的情況生成相應的報警報告。系統提供絕對溫度報警、相對溫差報警、趨勢溫度報警3種報警的方式。當檢測到設備缺陷告警時，系統根據《帶電設備紅外診斷應用規范》判斷缺陷等級，自動生成報警報、記錄缺陷圖像和數據、發送報警短信或郵件。專業人員還可以通過該系統分析歷史檢測數據，分析預測未來可能會出現問題的設備。

該系統采用標準化紅外監測器的數據處理和通訊基本功能，簡化安裝布線（“一線通”），通過一根網線，對電力設備進行五遙操作，為減少軟件維護和升級成本（只須對監控計算機軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測溫精度和可靠性、準確把握設備運營狀態（挖掘可二次分析的歷史監測數據）等提供了有效的技術保障。

4 結語

本文就新一代電網智能數字管理系統從系統功能的分析，到系統框架搭建及各功能模塊的設計和實現進行了探討研究。

由于供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用，全國各地重點工程項目、標志性建筑、大型公共設施等用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統通過對設備狀態的實時監控，可使電力部門有針對性地、合理地進行電網投資和改造；通過對狀態趨勢的預測和故障預警，及時采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態；而通過智能的故障診斷和定位技術，則可在故障發生時將故障隔離或將用戶迅速地切換到可靠的電源上，在少用或不用人為干預的情況下使系統迅速恢復供電。

參考文獻

[1] 李寶安，李行善.自動測試系統（ATS）軟件的發展及關鍵技術[J].測控技術，2003，（1）.

[2] 林梅金，羅飛，李如雄.GPRS網絡的遠程監測系統[J].計算機工程，2006，（3）.

[3] 張乃.SAR圖像數據壓縮研究[D].電子科技大學，2002.

[4] 顧洪軍，張佐，吳秋峰.網絡控制系統的實時特性分析及數據傳輸技術[J].計算機工程與應用，2001，（6）.

[5] 姜維.淺析數字圖像處理技術及其應用[J].信息與電腦（理論版），2012，（3）.

[6] 鄭紀業.基于H.264的校園視頻監控系統的設計與實現[D].山東科技大學，2010.

作者簡介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監控及智能自動化監控在電力行業及其他行業中的應用。

根據電氣設備故障或缺陷檢測需求和《帶電設備紅外診斷應用規范》，該系統將報警分為一般、嚴重、危急3個等級，根據報警的情況生成相應的報警報告。系統提供絕對溫度報警、相對溫差報警、趨勢溫度報警3種報警的方式。當檢測到設備缺陷告警時，系統根據《帶電設備紅外診斷應用規范》判斷缺陷等級，自動生成報警報、記錄缺陷圖像和數據、發送報警短信或郵件。專業人員還可以通過該系統分析歷史檢測數據，分析預測未來可能會出現問題的設備。

該系統采用標準化紅外監測器的數據處理和通訊基本功能，簡化安裝布線（“一線通”），通過一根網線，對電力設備進行五遙操作，為減少軟件維護和升級成本（只須對監控計算機軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測溫精度和可靠性、準確把握設備運營狀態（挖掘可二次分析的歷史監測數據）等提供了有效的技術保障。

4 結語

本文就新一代電網智能數字管理系統從系統功能的分析，到系統框架搭建及各功能模塊的設計和實現進行了探討研究。

由于供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用，全國各地重點工程項目、標志性建筑、大型公共設施等用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統通過對設備狀態的實時監控，可使電力部門有針對性地、合理地進行電網投資和改造；通過對狀態趨勢的預測和故障預警，及時采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態；而通過智能的故障診斷和定位技術，則可在故障發生時將故障隔離或將用戶迅速地切換到可靠的電源上，在少用或不用人為干預的情況下使系統迅速恢復供電。

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[6] 鄭紀業.基于H.264的校園視頻監控系統的設計與實現[D].山東科技大學，2010.

作者簡介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監控及智能自動化監控在電力行業及其他行業中的應用。

根據電氣設備故障或缺陷檢測需求和《帶電設備紅外診斷應用規范》，該系統將報警分為一般、嚴重、危急3個等級，根據報警的情況生成相應的報警報告。系統提供絕對溫度報警、相對溫差報警、趨勢溫度報警3種報警的方式。當檢測到設備缺陷告警時，系統根據《帶電設備紅外診斷應用規范》判斷缺陷等級，自動生成報警報、記錄缺陷圖像和數據、發送報警短信或郵件。專業人員還可以通過該系統分析歷史檢測數據，分析預測未來可能會出現問題的設備。

該系統采用標準化紅外監測器的數據處理和通訊基本功能，簡化安裝布線（“一線通”），通過一根網線，對電力設備進行五遙操作，為減少軟件維護和升級成本（只須對監控計算機軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測溫精度和可靠性、準確把握設備運營狀態（挖掘可二次分析的歷史監測數據）等提供了有效的技術保障。

4 結語

本文就新一代電網智能數字管理系統從系統功能的分析，到系統框架搭建及各功能模塊的設計和實現進行了探討研究。

由于供配電產業的發展及可靠性對國民經濟的發展起著舉足輕重的作用，全國各地重點工程項目、標志性建筑、大型公共設施等用戶的急劇增加，對供配電系統的可靠性、安全性、實時性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統通過對設備狀態的實時監控，可使電力部門有針對性地、合理地進行電網投資和改造；通過對狀態趨勢的預測和故障預警，及時采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態；而通過智能的故障診斷和定位技術，則可在故障發生時將故障隔離或將用戶迅速地切換到可靠的電源上，在少用或不用人為干預的情況下使系統迅速恢復供電。

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[6] 鄭紀業.基于H.264的校園視頻監控系統的設計與實現[D].山東科技大學，2010.

作者簡介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監控及智能自動化監控在電力行業及其他行業中的應用。