基于無線通信的高壓輸電線在線監測系統設計應用研究

王斌

摘要：在高壓輸電線路巡檢中，由于受到外界環境因素的影響，人工巡檢存在一定的困難，難以保證結果準確無誤，不能及時發現高壓輸電線路上存在的安全隱患。在這種背景下，引入現代通訊技術，設計高壓輸電線路在線監測系統，并對監測系統運行控制策略進行深入的分析，對提升高壓輸電線路運維巡檢質量和水平的提升具有積極的意義。

關鍵詞：高壓輸電線路；在線監測；視頻監控；4G

1 基于無線通信的高壓輸電線路在線監測系統概述

1.1 系統關鍵技術

在高壓輸電線路的在線監測中，監測的對象是輸電線路的狀態參數，比如實驗數據、離線監測數據、實時數據等，具體包括以下幾類：電線類、金具類、絕緣子串類、桿塔類、基礎類、外部環境類等。基于無線通信的在線監測系統關鍵技術有電路設計技術、超低功耗技術、傳感器技術、圖像采集技術、無線通信技術、監測裝置供電技術、GIS技術、GPS技術等。

1.2 系統總體設計

基于無線通信的高壓輸電線路在線監測系統的整體設計是自上而下進行的，要保障系統 運行的基本功能，而且在此基礎上提高系統運行的安全性、可靠性、靈活性、簡單性、經濟性和效率性。本文研究的在線監測系統由三部分核心部件構成，即現場多功能基站、4G無線通信視頻監控系統和監控中心軟件。現場多功能監測基站是整個系統的核心，其由以下幾個模塊構成：攝像機和云臺、GPS定位裝置、WaveconQ2406B GSM/GPRS模塊、4G視頻監控終端、多種監測傳感器、單片機控制系統、太陽能供電系統等。

本系統主要實現以下功能：

①對高壓線路及桿塔進行遠程在線監視，解決人工巡視難的問題，實現全天候在線監視；

②遠程在線監測高壓線路絕緣子污穢、導線及金具發熱、桿塔振動以及環境影響等問題；

③遠程在線監測高壓線路外力破壞情況；

④實現高壓線路野外檢修的在線監控與指揮；⑤向上級實時報告情況。

2 現場多功能監測基站設計

2.1 多功能監測基站硬件組成

基于無線通信的高壓輸電線路在線監測系統的多功能監測架站硬件由以下幾個部分構成：單片機控制系統、GPS定位裝置、4G視頻監控終端、攝像機、多功能監測傳感器、太陽能供電系統等。其中單片機控制系統模塊又包括溫濕度傳感器、風速風向傳感器、傾斜傳感器、桿塔振動監測裝置、導線及金具溫度監測裝置、泄漏電流監測裝置、GPS定位裝置等。太陽能供電系統則包括太陽能電池板、蓄電池、電源管理模塊。

2.2 現場多功能監測基站的軟件控制

現場多功能監測基站的單片機控制系統程序的整體設計采用數據采集的觸發模式，包括事件觸發和指令觸發兩種。其中事件觸發為：當有異常事件觸發報警時，下位機采集數據；指令觸發為：當接收到上位機下發的指令時，采集數據。云臺和攝像機實現調整方位、焦距、光圈與視角，采用PELCOD傳輸控制協議，指令碼包括拉遠焦距、視角變寬與變窄、光圈變大與變小、燈光打開與關閉、變倍短與變倍長、設置與刪除預置位、停止命令等。

WaveconQ2406B GSM/GPRS模塊基本參數設置步驟為：連接測試→關閉回顯→設置短消息NEXT格式→設置短消息自動接收→選擇語音聲道→不返回呼叫電話號碼→返回呼叫類型→設置波特率→設置8位數據位→設置1位停止位→打開TCP/IP協議線→將設備到網絡上面注冊→通過GPRS模式連接Internet→設置APN的名字→設置登錄的賬號→設置登錄的密碼→設置郵件服務器端口→設置郵件的接受方式→設置POP3服務器的端口→關閉回顯→保存設置。

3 4G無線通信視頻監控系統設計

3.1 4G無線通信視頻監控系統組成

在本系統中，由于在線監測系統是基于無線通訊的，因此選擇當前技術較為成熟的4G網絡作為無線通信手段。4G無線通信視頻監控系統由通訊基站、4G視頻監控終端、4G網關、4G無線移動通信網、4G服務器等組成。為提升視頻傳輸質量和即時性，減小數據傳輸的延時，本系統采用RTP/RTCP協議。

RTCP協議實現的主要功能包括：

①提供發送數據的傳送質量反饋；

②為RTP源提供一個永久性規范性名字的傳送層標志；

③根據參與會話者的數量自動調整RTCP包的發送率；

④其他可選功能，比如傳輸會話控制信息。RTCP協議數據包主要分為以下幾類，發送端報告（SR）、接收端報告（RR）、源描述（SDES）、通知離開（BYE）、應用描述（APP）。

3.2 4G視頻數據的采集、處理與傳輸過程

基于無線通信的高壓輸電線路在線監測系統的正常運行中，地面監控基站向視頻系統發送指令，視頻系統根據指令完成視頻監控，并將視頻傳送到地面監控基站的電腦中，供巡視工作人員檢查。基于4G通信的視頻數據采集過程為：打開設備并初始化→獲取設備信息和圖像信息→設定視頻采集參數→采集視頻數據→圖像數據處理（按H.264編碼格式進行壓縮）→關閉設備。視頻數據的處理主要是按照H.264視頻編解碼器的算法進行。

視頻數據的傳輸中，發送端過程為：設置接收端IP地址與端口號→創建RTP會話→設置RTP會話參數→發送視頻數據→停止發送視頻數據→結束；接收端過程為：獲取用戶設定端口→創建RTP會話→接受RTP數據包→檢索數據源→獲取RTP數據報→刪除RTP數據報→結束。

參考文獻：

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