電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

周靜，任沖，茹玉青，李杰

(國網(wǎng)安徽省供電公司鳳臺縣供電公司，安徽 鳳臺 232100)

電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

周靜，任沖，茹玉青，李杰

(國網(wǎng)安徽省供電公司鳳臺縣供電公司，安徽 鳳臺 232100)

論述了電力施工現(xiàn)場發(fā)生安全事故的原因及現(xiàn)行的安全管理模式，對該模式下存在的問題進(jìn)行了深入分析，針對這些問題設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一套電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)，規(guī)范了工作人員的作業(yè)行為，提高了電力作業(yè)的安全系數(shù)。

電力施工現(xiàn)場；監(jiān)控系統(tǒng)；安全系數(shù)；設(shè)計實(shí)現(xiàn)

0 引言

近年來，電力行業(yè)飛速發(fā)展，電力安全越來越重要。國家也不斷采取安全管理監(jiān)督政策來保障工作人員的安全。但現(xiàn)行的安全人員飛檢監(jiān)督模式不能做到全覆蓋、全過程的安全監(jiān)督且浪費(fèi)人力、物力，因此，改善當(dāng)前電力安全監(jiān)督模式具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一套電力施工現(xiàn)場作業(yè)全過程監(jiān)控系統(tǒng)，具有違章報警、實(shí)時監(jiān)控的功能，通過規(guī)范工作人員的行為提高了電力作業(yè)的安全系數(shù)。

1 電力施工現(xiàn)場監(jiān)督概況

為保障安全，電力施工現(xiàn)場普遍設(shè)置安全圍欄，但部分工作人員仍存在習(xí)慣性違章，隨意穿越安全圍欄，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。目前的解決方案是由安全人員飛檢監(jiān)督或現(xiàn)場視頻監(jiān)控，而以上監(jiān)督模式下均存在以下不足。

(1)監(jiān)督人員力量有限，不能做到全過程安全監(jiān)督，不能發(fā)現(xiàn)施工作業(yè)過程中所有違章行為。

(2)安全監(jiān)督人員現(xiàn)場巡檢時，現(xiàn)場施工人員會出現(xiàn)抵觸情緒、僥幸心理，不能從內(nèi)心上進(jìn)行規(guī)范作業(yè)，不能提高作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

(3)針對電力施工移動性強(qiáng)、操作區(qū)域有限、施工地點(diǎn)多且不固定等特點(diǎn)，現(xiàn)場視頻監(jiān)控顯得尤為不便且代價較高。

2 電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

針對電力施工現(xiàn)場的事故原因，對電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，使其具有紅外探測報警、視頻監(jiān)控、實(shí)時拍照、全球定位系統(tǒng)(GPS)定位等功能。

系統(tǒng)主要由便攜底座支架模塊、聲光報警模塊、攝像與視頻傳輸模塊和總控制傳輸模塊等四大模塊組成。裝置的三維建模圖如圖1所示。

圖1 電力施工監(jiān)控系統(tǒng)三維建模

(1)便攜底座支架：可以安裝在安全圍欄支架上，一側(cè)具有磁鐵，具有吸附功能，可吸附在開關(guān)柜柜門上。

(2)聲光報警模塊：接到紅外探測器的報警信號后能夠產(chǎn)生聲光報警，起到警示作用。

(3)攝像與視頻采集模塊：攝像頭，具有視頻錄制功能、拍照功能。內(nèi)置存儲卡，具有一定存儲空間，能夠存儲視頻、照片等資料。

(4)總控制傳輸模塊：內(nèi)有控制電路板并集成信息傳輸，報警電話撥打，短信發(fā)送以及報警喇叭。通過手機(jī)APP能夠查詢當(dāng)天的所有現(xiàn)場工作，具有GPS定位功能。

2.2 分模塊設(shè)計

2.2.1 便攜底座支架

箱子外殼及攝像頭、報警器支架采用不銹鋼作為實(shí)現(xiàn)材料，元件固定保護(hù)由內(nèi)襯按照元件幾何外形裁剪制成。支架為可伸縮設(shè)計，可根據(jù)現(xiàn)場需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。支架與箱子底的連接部分設(shè)計為螺旋固定。

2.2.2 聲光報警模塊

聲光報警器分為兩部分：發(fā)射端和接收端。發(fā)射端固定在不銹鋼支架上，接收端內(nèi)置強(qiáng)磁并在外殼后設(shè)置有懸掛裝置，由此可以不受長度限制，并且方便拆卸與安裝。當(dāng)有施工人員違規(guī)跨越時，其會檢測到紅外信號為無，由此通過無線傳輸觸發(fā)報警開關(guān)。

2.2.3 攝像與視頻采集模塊

攝像頭固定在支架上，與光電報警裝置并排，實(shí)時對安全隔離線附近情況進(jìn)行實(shí)時視頻采集與無線傳輸。監(jiān)管人員通過手機(jī)APP可以隨時隨地對攝像頭所采視頻進(jìn)行查看，對突發(fā)情況第一時間掌握，并可以遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)攝像頭角度，增大監(jiān)控視角。

2.2.4 總控制傳輸模塊

總控制傳輸模塊集成有警報模塊、通用分組無線服務(wù)(GPRS)、無線操控、穩(wěn)壓模塊以及SIM900A模塊。

(1)警報模塊：集成一個警報喇叭，在紅外探測器探測到違章后響起，可通過無線操作。

(2)GPRS模塊：通過此模塊利用4 G網(wǎng)完成對信息的無線遠(yuǎn)程傳輸。

(3)無線操控模塊：可以實(shí)現(xiàn)對警報的開關(guān)控制。

(4)穩(wěn)壓模塊：通過穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)對電源電壓的轉(zhuǎn)換，具體有220 V轉(zhuǎn)12 V,12 V轉(zhuǎn)5 V，5 V轉(zhuǎn)3 V等3個，實(shí)現(xiàn)對不同電壓要求設(shè)備的供電。穩(wěn)壓電路設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 LM2596穩(wěn)壓電路(穩(wěn)5 V)

(5)SIM900A模塊：在警報被觸發(fā)后，可以通過此模塊給監(jiān)管人員撥打電話并發(fā)送短信，用以告知現(xiàn)場違章情況。

3 電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)如上對電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，本文根據(jù)現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備及施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，從系統(tǒng)硬件設(shè)備和軟件APP兩大方面入手，實(shí)現(xiàn)了電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)備

(1)底座。選用一種可移動式底座，下底有圓孔，可以安裝在安全支架圍欄上；其一側(cè)具有磁鐵，有吸附功能，可吸附在開關(guān)柜柜門上。方便拆卸、安裝和攜帶，可根據(jù)需要適應(yīng)不同類型的作業(yè)。

(2)紅外探測報警裝置[1]。使用主動紅外探測器，探測可靠性較高。其由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)和報警控制器組成。紅外光在人眼看不見的光譜范圍內(nèi)，有人經(jīng)過這條無形的封鎖線，必然全部或部分遮擋紅外光束，接收端輸出的電信號的強(qiáng)度會因此產(chǎn)生變化，從而啟動報警控制器發(fā)出報警信號。

(3)攝像頭拍照錄像裝置。隨著3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展，利用公網(wǎng)的WCDMA/EVDO/TD-SCDMA無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸視頻成為一種非常便利的行業(yè)應(yīng)用，因此，將其應(yīng)用在電力施工作業(yè)監(jiān)控中，實(shí)現(xiàn)電力施工現(xiàn)場的視頻實(shí)時傳輸?shù)奖O(jiān)控人員APP，且監(jiān)控人員可以實(shí)時指揮控制現(xiàn)場。

3G無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[2]由視頻信息采集壓縮系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控管理中心3部分組成，網(wǎng)絡(luò)流程如圖3所示。

圖3 3G無線視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流程

音視頻信息采集系統(tǒng)前端攝像頭連接背負(fù)式3G視頻服務(wù)器，同時3G視頻服務(wù)器提供音頻輸入和輸出端口，連接耳機(jī)和耳麥。3G視頻服務(wù)器可以外接電源或由鋰電池供電。

無線傳輸系統(tǒng)采用以TDSCDMA/WCDMA/EVDO為主的移動通信系統(tǒng)作為信息傳輸平臺，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息收發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)報警數(shù)據(jù)、現(xiàn)場圖像數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及語音數(shù)據(jù)的雙向傳輸與分布式訪問。

監(jiān)控管理中心負(fù)責(zé)接收各監(jiān)控點(diǎn)通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的視頻信息，用戶登錄管理APP，控制信號的協(xié)調(diào)，視頻數(shù)據(jù)可同時存入存儲服務(wù)器，進(jìn)行錄像的存儲、檢索、回放、備份、恢復(fù)等，監(jiān)控人員可以通過手機(jī)端訪問存儲服務(wù)器查詢、回放視頻錄像。

3.2 系統(tǒng)軟件APP

系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)為終端APP，用以對電力施工作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時了解及控制，以下給出了APP的具體功能。

(1)視頻監(jiān)控：監(jiān)控終端程序向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器發(fā)送報文，請求指定的攝像機(jī)視頻，收到回應(yīng)后，接收轉(zhuǎn)發(fā)過來的流媒體數(shù)據(jù)，并實(shí)時播放監(jiān)控視頻。

(2)云臺控制：在監(jiān)控視頻已經(jīng)播放的前提下，監(jiān)控終端可通過控制窗口對網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行云臺控制，控制選項有上下左右旋轉(zhuǎn)和巡視。點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕可執(zhí)行對應(yīng)報文發(fā)送，并可在展示窗口觀察到視頻對應(yīng)的移動。

(3)監(jiān)控記錄保存：監(jiān)控終端程序增加保存視頻的配置開關(guān)和保存位置。保存功能打開時，所有打開的播放數(shù)據(jù)都在播放的同時存入本地硬盤。

(4)監(jiān)控記錄查詢：終端監(jiān)控程序的視頻展示界面都增加查詢按鈕，可以按預(yù)配置的保存路徑讀出視頻數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)的時間排列，同時可選擇目標(biāo)時間段的記錄在界面展示。

4 電力施工現(xiàn)場全過程監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

該系統(tǒng)結(jié)合電力施工現(xiàn)場的實(shí)際需要，采用了目前可靠、成熟、先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,以最優(yōu)化的配置提高了電力作業(yè)的安全性。

4.1 視頻移動偵測技術(shù)

安全監(jiān)控系統(tǒng)的電子圍欄利用視頻移動偵測技術(shù)設(shè)定警戒區(qū)域，通過攝像頭按照不同幀率采集得到的圖像會被中央處理器(CPU)按照一定算法進(jìn)行計算和比較，當(dāng)畫面有變化時，計算比較結(jié)果得出的數(shù)字會超過閾值并指示系統(tǒng)自動做出相應(yīng)的處理。該方法使攝像機(jī)同時具有監(jiān)控和報警功能，且無需架設(shè)網(wǎng)絡(luò)線路和供電線路，不僅降低了成本，還實(shí)現(xiàn)了較高的靈敏度。

4.2 外形設(shè)計使得攜帶方便

攝像頭底座下底有圓孔，可以安裝在安全圍欄支架上。一側(cè)具有磁鐵，具有吸附功能，可吸附在開關(guān)柜柜門上。體積小，攜帶方便、安裝簡便，與普通圍欄相結(jié)合，能夠適應(yīng)不同類型的施工作業(yè)。

4.3 視頻監(jiān)控與GPS定位相結(jié)合

通過手機(jī)APP即能掌握每天的施工現(xiàn)場數(shù)量、地點(diǎn)等信息并指出作業(yè)過程中的不規(guī)范行為，提升施工人員的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)水平。

4.4 成本較低

電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件方面大多是在已經(jīng)成熟的技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新組合與優(yōu)化，所以成本不高。只需要一套視頻采集分析系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件，即可實(shí)現(xiàn)管理人員對現(xiàn)場高危作業(yè)的開展情況進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控、在線監(jiān)督，從而規(guī)范施工行為。

5 結(jié)論

現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該電力施工現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)解決了現(xiàn)有監(jiān)督設(shè)備不能全覆蓋、全過程監(jiān)督的問題，現(xiàn)場運(yùn)行效果及試驗(yàn)性能良好，不僅規(guī)范了基地施工現(xiàn)場工作人員的作業(yè)行為，提高了施工現(xiàn)場的安全系數(shù)，而且降低了監(jiān)控設(shè)備的成本，易于攜帶，具有很大的開發(fā)潛力。

[1]Circuit_Share.紅外線聲光報警器(555、LM386、KD9562)[Z].2011.

[2]成都遠(yuǎn)控科技有限公司.電力施工現(xiàn)場3G無線傳輸系統(tǒng)[Z].2009.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2017-03-09；

2017-04-22

TP 277

B

1674-1951(2017)05-0039-03

周靜(1980—)，男，安徽鳳臺人，工程師，從事電氣設(shè)備運(yùn)維檢修方面的工作(E-mail:282873122@qq.com)。

任沖(1987—)，男，安徽宿州人，工程師，工學(xué)碩士，從事配電網(wǎng)規(guī)劃和項目前期工作。

茹玉青(1988—)，男，安徽亳州人，助理工程師，從事電力安全監(jiān)督方面的工作(E-mail:ruyuqing310@163.com)。

李杰(1992—)，男，安徽淮南人，助理工程師，從事電力調(diào)度方面的工作(E-mail:896635528@qq.com)。