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基于CDMA的电力移动视频监控系统 

   摘 要:为适应电力系统自动化建设和达标创一流规范化管理的需要,针对当前线路和变电所巡视、开关操作、检修、线路施工现场以及电力抢修中存在的问题,提出了应用无线公用传输网络,把经过数字化压缩、编码的视频和告警数据传送至调度监控中心,中心的计算机对各种数据进行解压缩、解编码同时回放视频图像,对报警事件进行告警处理或者实时对施工和抢修现场进行视频调度监控,构成电力线路监控系统计算机化管理的新方案。
    关键词:CDMA/GPRS 监控终端 视频服务器 网络


一、概述
    电力行业的生产特点面广、量大、点多,尤其是配电网,近年来随着城市的大规模建设,配网的改造和入地工程、用户工程的任务也日益繁多。多年来电力生产一贯坚持安全监督岗位制度,这是安全管理上的一大举措,这一制度的建立成效明显,增强了现场生产人员的安全责任意识,减少了很多的习惯性违章,但这一制度仍存在着一定的局限性,如监督人员数量有限,难以对多个工作现场同时进行监督,并不能做到对安全生产的全过程控制和监督,给安全管理带来了新的难点。同时当前线路和变电所巡视、开关操作、检修、线路施工现场以及电力抢修工作迫切需要控制中心实时能看到工作现场的视频图像,这就提出了开发电力移动视频监控系统的需求。

    目前,计算机图像技术已经可以把视频源像普通数据一样来对待,如控制、采集、存储、编辑、调用等。视频网络传输是视频监控技术的核心部分,它要求网络有足够的带宽来承载大量的视频数字化信息,同时也要求传输硬件能够提供数字视频信息的传输驱动及编解码功能。
    采用电力通信网传输的数字视频监控系统,在国内外已有普遍应用。但是在电力通信网无法连接的地点,视频和数据还无法传送,监控也无法实施。此外,随着电力建设的迅速发展,电网规模的不断扩大,在地形复杂条件下的电网建设和设备维护工作也越来越多。如何实现地形复杂,网络布线成本高,分布较分散,施工困难的电力杆塔、线路等电力设施的监控,以及如何进一步建立可移动的电力资源监控系统,一直是困扰本行业的重大问题。

    国电海明公司通过采用现代化科技的手段来帮助电力企业加强安全管理。以满足电力系统在基建施工、设备运行、电力抢修中的安全监控需求。
二、移动视频调度系统建设的意义
    针对有线网无法连接、无稳定可靠的外部电源的情况下,电力系统生产、调度、安全监控、线路巡检、数据传输等问题,研发具有视频监视、采集高清晰图像、采集环境和有关数据、无线实时数据传输等综合功能的系统,能够依靠在太阳能供电的条件下长期工作的监测终端。监测点可以安置在汽车、施工现场或电力线铁塔上,数据传输手段主要依靠CDMA和GPRS公用无线网络,实现对远地“无距离感”的巡视、监控、数据采集。监测点依靠太阳能电池系统供电,设备适合野外露天无人的环境。同时,监测点还能提供部分对电力线路地区环境、气候数据的监测,雷击和闪电的监测,并能提供防盗和事件报警功能。公用无线网络可以不受山川、河流、街道等复杂地形限制,并且具有灵活机动、周期短和建设成本低的优势,特别适用于高压电力杆塔、线路等设施的监控。系统真正解决了超远距离、复杂地形、无有线网络、无电源的视频监控的难题,对保障电网的安全稳定运行具有重要的现实意义。
三、设计方法和技术方案
   1. 系统模型 
    根据电力线路监控的实际需求和自然、地理环境条件,结合电力系统安全管理模式,建立自动化监控系统,对其所属线路、杆塔进行数据采集、图像监视,实现对电力线路和杆塔的无人巡线。
    监控系统实时采集数据和图像,并将其传输到中心控制室进行处理,为电力线路的安全运行提供及时准确的信息。将CDMA/GPRS数据通信功能和数字视频编码功能集成为一体化视频终端,采用目前先进的CDMA/GPRS模块、先进的DSP视频处理技术、主流的视频编码方式,结合CDMA/GPRS网络现状特点,在产品的稳定性、高效性、便捷性、安全性以及供电系统等方面进行设计。视频终端设备直接连接摄像机,实现视频信号的压缩编码、视频数据流及控制指令的传输等,采用工业级设计,防雷、防电磁干扰,结合CDMA/GPRS网络和视频监控数据带宽的需求采用高效网络接入方式,尽量使用CDMA/GPRS网络带宽的前提下保证视频监控系统的稳定性,结合系统提供的视频服务器软件和CDMA/GPRS网络链路监测模块,实现视频数据的交互、发送、接收、加解密、编解码和链路的控制维护等功能,真正地将CDMA/GPRS网络与视频监控系统融合起来,构成完整的电力资源无线视频监控系统。
    2. 系统组成
本系统主要分为三部分:中心控制室、通信网络和现场监测终端。
   (1)中心控制室
    中心控制室根据实际应用情况配置,硬件应包括视频服务器、视频工作站及用于发送短消息的GSM-Modem模块。软件包括数据库、视频解码、图像处理、网络通信、数据处理等方面。
    ◆ 视频服务器
    将视频服务器连入Internet,取得服务器的公网IP地址,确定服务的端口号。将IP地址及端口信息通过短消息方式发送给监测终端的CDMA/GPRS模块。该模块接收到短消息后,解析出接收服务器的IP地址及端口号。然后CDMA/GPRS模块通过CDMA/GPRS 
Modem模块上线,连入Internet后立即与视频服务器连线。视频服务器与监测终端连线后,建立一条虚链路。视频服务器通过向监测终端下发指令进行操作。首先,视频服务器必须发送访问密码,以便进行身份认证,认证通过后,监测终端才接受服务器下发的指令,并根据指令回传视频数据及其他数据。当视频服务器关闭,或者任何一端掉线后,虚链路随即中断。远程监测终端将尝试一定次数的重新连线,重新连接成功后便再次建立起虚链路。否则,远程监测终端返回到初始状态,等待视频服务器发送的短消息触发。视频服务器支持两种接入方式,一种是通过ADSL/LAN/PSTN/ISDN直接接入Internet。此时,短消息发送接收服务器的动态IP地址或固定IP地址。如果视频服务器处在局域网内,可以使用第二种接入方式,即通过支持SOCKS5的代理服务器接入Internet。此时短消息发送的将是代理服务器的公网IP地址。
    ◆ 客户端视频工作站
    任何一个授权的网络用户,通过服务器下载客户端软件,可以获取各个监测端的实时图像和录像资料,享受其相应权限内的监控系统网络服务,具体功能如下:①授权网络用户自动下载安装控件,提供浏览运行界面。②通过提供的电子地图,选择监控点图像界面。③支持一/四/六/九/十六画面等多种形式的显示界面,画面尺寸任意可调。监控画面上都显示地名、时间等标识。④实现直观的镜头控制,由鼠标在视频画面中运动,相应地控制一体化快球摄像机的动作。⑤实现视频图像的录像、抓拍、检索、回放。用户可根据日期、时间、地点等条件精确查询录像。⑥对系统管理员提供系统配置、系统维护和用户管理界面。
    (2)通信网络
    通信网络以CDMA/GPRS无线公网为主,设备包括中继线路、联络路由器、防火墙服务器。CDMA/GPRS无线网络除提供高速传送数据功能外,还提供通信状态在线监测、全球标准时间、全球定位服务功能,具有以下特点:①成本低廉,首先是建设投资小,网络建设中省去了大量的组网投资;其次是维护、运行费用低,网络运行过程中只需向运营商交纳少量的数据通信使用费,而无需承担网络的运行和维护费用。②网络组建的灵活性和方便性,由于网络的基础设施已经十分完善,通信系统的组建只需要考虑中心站和外围布点的问题,在外围布点时基本上可以不考虑布点的限制,甚至支持可移动的站点。③数据业务的适应性,目前的移动网络能支持多种数据通信业务,因此网络的数据传输与处理完全能满足各种数据应用对通信的要求。
    (3)现场监测终端
    现场监测终端由视频摄像、数据采集传感器、CDMA/GPRS 
MODEM模块、天线;一体化终端设备和电源部分组成,包括视频输入、透明串口、告警输入、输出等接口。具体如图2所示。
    ◆ 现场终端
    控制器是现场终端系统的核心,其任务如下:①控制管理视频CODEC、无线CDMA/GPRS模块、电源,管理功能包括:模块初始化、参数管理、模块启动、监视状态。②控制休眠、激活、重启等操作。③存储数据和记录视频、图片、采集数据、报警事件等,并为数据确定时标。④直接接受防盗和环境等传感器的数据,提供数据处理和报警功能。⑤维护时钟系统,接受全球GPS定时。⑥维持与中心的最低通信和最低通信能力(通信休眠、唤醒,远方唤醒,主动呼叫上送数据等)。
    ◆ 现场终端安装
    无线模块、控制器、CODEC、蓄电池等部分安装在一体化控制机箱中,将控制机箱放置在密封、防雨、防潮的不锈钢容器内,将容器埋入地下,具有冬天保温,夏天散热,防盗等优点。太阳能电池按朝向设计要求固定在铁塔上,视频摄像机安装在铁塔上部的合适位置,天线、传感器安装在铁塔上部的合适位置,设计安装位置时应考虑电场对系统的影响,选择合适的缆线。

 三、某具抢修调度系统典型案例

     下面是某局应用 CDMA 1X无线网络实现视频监控系统的具体方案。适合任何场所的移动监控,无论是变电所巡视、开关操作、检修、还是线路施工现场,都可广泛应用。该系统通过CDMA公共网络进行数据传输,可手持、车载或使用三脚架固定在现场,实现远程图像传送和移动监控,可联动录像和其它报警设备。

    这一系统的应用特点主要是:

    1、利用联通CDMA公用网络实现远距离,大范围视频监控和可移动监控的目的。

    2、可联动录像和其他报警设备。报警自动录象,录像时间可任意调节。

    3、可随意分布和移动自己的网点,无需布线,安装方便。

    4、可任意调节各图象大小、视角、远近、其变化可远程设定。

    5、只需增加前端监控设备即可实现扩容。


  CDMA移动监控设备集CDMA数据通讯功能和数字视频编解码功能为一体,采用先进的CDMA模块,行业领先的DSP视频处理技术,具有自主知识产权的视频编解码芯片(VDC-601),以及高效的视频编解码算法,借助CDMA2000-1X网络的广泛覆盖,结合功能强大的视频服务器软件,构成了完整的基于CDMA的嵌入式视频监控解决方案。并且在设计上重点考虑了产品的可靠性、高效性、便捷性、安全性,使得系统部署更加灵活,应用更加广泛。

    产品特点:
   1、提供基于CDMA2000-1X网络的流畅、稳定的无线视频传输。
   2、提供事件报警接口,警报信号被触发时,监控中心可根据需要决定是否将图像上传并记录在中心。
   3、可通过电话激活启动监控设备传输视频;
   4、可远程做云台控制,调整摄像角度,获得最佳监控效果
   5、监控中心可以任意调看一台或多台监控设备拍摄的现场实时图像。
   6、监控设备可根据线路速率及监控需要自动调整图像质量和传送速率。
   7、如果通讯连接丢失,监控设备可以快速恢复连接并且再次发送图像。记录在CF卡上的图像片段也可以在以后需要时被上载到用户计算机。
   8、终端用户可利用计算机、PDA等有线或无线监控、监视设备,通过CDMA来观看远程监控设备实时传回的现场图像,也可通过访问因特网来观看图像。

    典型应用:

   

    视频终端技术指标

硬件

CPU

32bit RISC Processor

编解码芯片

VDC601(ViVoDa公司)

视频

压缩方式

MPEG-4

传输帧率(上行速率30~50Kbps条件下)

约10帧/秒、约 15帧/秒

视频接口

4路视频输入,1路视频输出

视频质量

1~15级可调

音频

1路音频输入,1路音频输出

接口

RS232串口, PCMCIA插口

CDMA

CDMA2000-1X标准

SIM卡接口

标准SIM卡座

设置管理

本地设置

通过串口进行本地设置

远端设置

使用视频监控软件进行远端设置

软件升级

可通过串口进行升级

规格

180×140×40(mm)

重量

850克

工作温度

-20 ~50℃

电源

电源电压

DC 12V ±10%

功耗

小于8W

电流

650mA

    五、应用前景
    随着输电容量及设备的增加,对送电的安全可靠性提出了更高的要求,传统的电力线路和杆塔的管理都是采用人工用肉眼观察的方法。但是人工巡视工作量大,巡视时间长,另外有些绝缘子发生问题后,肉眼根本无法进行判断。如何对电力线路的杆塔和线路进行监控,如何对正在施工现场的进行移动监控,如何对一些偏远地区的数据进行传输等问题,全国电力系统都面临着类似的难题。为了保证电网的安全稳定运行,必须解决这些问题,CDMA无线网络视频监控系统解决了电力生产安全监督中的一大难点,这套系统会在将来电力生产,电力安全管理上有着广泛的应用前景。

                              

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