视频监控技术在用电现场终端中的应用

摘要：视频监控，因其信息量大、直观、方便、判断事件具有极高的准确性，广泛应用于电力、交通、银行、安防、智能家居等领域。文章分析了视频监控技术的分类和发展趋势，介绍了其在用电现场管理终端中用于智能防窃电的一种应用。

关键词：视频监控用电现场管理终端智能防窃电

中图分类号：TP277文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）03-0000-00

1、引言

现有的用电现场管理终端，主要包括自动抄表、预付费管理、计量设备在线监测、开关量监测、用电异常报警等功能[1]。然而，在发生用电异常或线损偏大的场合，由于终端存在着误判、漏判等因素，电力公司的远程管理人员仍然无法判断现场是否确实发生了用电异常或窃电行为[2]。

随着电子技术、通讯技术和计算机技术的迅速发展，采用摄像装置进行视频监控的用电现场管理终端已经渐现雏形。具备视频监控功能的用电现场终端，把防窃电实现和各种通信技术有机结合在一起，可以更有效的保护电网设备，遏止和打击窃电行为，创造巨大的社会效益和经济效益。

2、视频监控技术

视频监控是一门集电子技术、计算机技术、通讯技术于一体的综合技术。视频监控，因其直观、方便、信息内容丰富，广泛应用于电力、交通、银行、安防、智能家居等领域。

目前，业界流行的是基于模拟视频监控的工业电视监控、基于数字技术的多媒体监控和基于嵌入式技术的视频监控三类产品。模拟视频监控技术和数字视频监控技术的发展己经非常成熟，并在实际工程应用中得到广泛应用。与传统的视频监控系统相比，嵌入式视频监控系统具有体积小、携带方便、布控区域广阔、性能稳定可靠等特点，有良好的应用和发展前景，必将成为今后视频监控领域的主流[3]。

2.1 模拟视频监控技术

基于模拟视频监控技术的工业电视监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，由视频线、控制线缆等连接。传统的模拟视频监控系统多采用视频电缆或者微波进行传递，传输距离近，容易受到地形和线路的限制，主要应用于小范围内的监控。模拟视频监控系统具有布线复杂、设备庞杂、智能化低、监控质量不高、监控的范围有限等致命缺陷，造价极高且浪费资源，已经远远不能满足日益提高的生产和管理监控需求。

2.2 数字视频监控技术

基于数字视频监控技术的多媒体监控系统主要由摄像机、各种检测探头、数据设备、多媒体监控终端等组成。多媒体监控终端除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，还通过数字网络，将这些信息传到远方的监控中心。与模拟视频监控系统相比，基于数字技术的多媒体监控系统传输距离远、图像质量好、数据保存成本低，占据了监控系统的主要市场。

数字视频监控技术的缺陷是：结构复杂，可靠性、稳定性不高，价格昂贵，操作繁琐。特别是在需要在一个监控现场安装多个摄像头的场合，如果仍然采用基于数字技术的多媒体监控系统，利用专用的压缩卡和解压卡对视频数据进行压缩和解压，就需要大量的压缩解压卡，使整个系统更加复杂，稳定性和可靠性更低，整个系统的成本也更高[4]。

2.3 嵌入式视频监控技术

基于嵌入式技术的视频监控系统有效的将嵌入式技术和视频监控技术结合在一起，可以很好的解决模拟视频监控技术和数字视频监控技术存在的问题。它的主要工作原理，是采用嵌入式实时多任务操作系统、高效压缩芯片压缩和功能强大的CPU，将视频压缩与传输处理全部内置到芯片上，摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部处理后转送到网络或服务器上。用户可以直接用浏览器观看WEB服务器上的视频，也可以通过GPRS/CDMA/3G网络定时接收视频信息[5]。

嵌入式视频监控技术采用专用的嵌入式芯片和实时操作系统，有效的提高了系统的实时性和稳定性，而且把视频压缩和网络传输功能集中到一个很小体积的设备内，可以直接接入以太网，达到即插即看，省掉了各种复杂的电缆，且安装方便，无需专人职守。

3、使用嵌入式视频监控技术的用电现场管理终端

3.1 智能电网下的用电现场管理终端

计算机技术、信息处理技术和通信技术的飞速发展，催生了“智能电网”这一万众瞩目的新概念。智能电网即电网的“智能化”，它将通信技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术等诸多先进技术和原有的电网设施进行高度融合与集成，形成新型电网，代表了未来电网的发展趋势。随着智能电网概念在全世界范围内的升温，国家电网公司也在2009年5月提出了中国式坚强智能电网的概念和发展思路。作为建设统一坚强智能电网的重要组成部分，用电信息采集系统的建设将实现发、输、变、配、用各个环节用电信息的实时采集与监控，是实现电能信息“全采集、全覆盖、全预付费”的基础。

作为用电信息采集系统的重要组成部分，用电现场管理终端是对各信息采集点用电信息采集的设备，它可以实现电能表数据的采集、电能计量设备工况和供电电能质量监测，以及客户用电负荷和电能量的监控，并对采集数据进行管理和双向传输。用电现场管理主站、用电现场管理终端、电能表等信息采集点，构成了用电信息采集系统的主要框架。

3.2 用电现场终端的视频监控用于智能防窃电

由于受计划经济思维的影响，一些电力用户缺乏电力是商品的意识，认为“窃电不算偷”。另外，一些不法之徒以窃电为生，专门研究窃电方法，制作各种“窃电器”进行职业窃电，造成了电力公司电费收入的巨额流失，特别是一些小砖厂、轧钢厂窃电尤为严重。据不完全统计，全国每年因窃电而减少的电费收入不少于10亿元，且有愈演愈烈之势。虽然现有的用电现场终端已经实现了实时监测用电情况，并对窃电行为导致的异常情况进行报警的功能，却不能提供有力的证据协助电力客户挽回电费损失。

如果我们在计量柜中安装带摄像头的装置，并将摄像头与终端相连，就可以实现摄像装置摄像、用电现场终端远程传输视频的防窃电系统。这种具有先进水平的用电现场管理终端，通过图像采集的方式进行防窃电监控，利用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤上传记录窃电过程信息的视频，在很大程度上可以填补当前防窃电领域的空白。

如图1所示，带视频监控的用电现场管理系统由终端、通信组网和主站组成。终端安装在计量柜的内部，实时监测计量门的开关量变位。一旦监测到计量门打开的信号，终端将启动图像拍摄和存储功能，同时，产生计量门打开的告警，并通过网络上报给远方主站。终端存储的视频信息，可随时接受主站的查询。

这种智能防窃电监控方案具有实时性强、操作方便、投入成本低、性价比高等特点，有利于电力公司快速发现窃电行为、提供窃电证据，可以最大限度地减少电能损失。

3.3 带视频监控的用电现场终端的主要功能

(1)高压计量用户和低压计量用户时可以和相应计量箱配套使用，实现远程抄表功能。

(2)具有遥测功能，可实现电压合格率统计，提供本月低电压累计时间、高电压累计时间、总运行时间。

(3)具有控制输出接口，如果与具有电动执行机构的高压开关或低压开关相连接，即可实现负荷控制功能。

(4)与配网柱上开关配套使用时，可实现三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、三相功率因数的测量计算，提供两路控制输出两路开关量输入，可实现遥测、遥信、遥控功能。

(5)与远方主站通信采用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤模式，通信状态高效、可靠。

(6)智能防窃电，自动摄像上传。

用电现场终端可以根据计量门开闭情况自动摄像：计量门箱打开后，主动触发终端控制摄像模块，进行现场摄像，图片压缩后存储在终端内，并支持FTP主动上传到主站；同时，终端可执行主站下发的遥控摄像命令，通过主站下发的摄像参数进行遥控摄像，并利用GPRS/CDMA/3G/以太网/光纤等通信通道实现视频文件的自动上传，以方便主站操作人员实时监控现场用电情况。

3.4 视频监控终端的设计

如图2所示，视频监控用电现场管理终端由图像采集与处理、核心处理、存储管理、远程通信四大模块组成。图像采集与处理模块采用的是自带SD卡的USB摄像头，核心处理模块采用的是ATMEL 公司的高性能ARM9主控芯片AT91SAM9260，存储管理采用64MB的Nand FLASH和SDRAM，远程通信模块可根据实际需要选择GPRS、CDMA、3G、光纤、以太网等模块。

终端的核心处理模块实时监测计量门打开信号，一旦监测到计量门打开，终端立即给图像采集模块上电，启动图像自动拍摄功能，并将实时视频流存储在图像采集模块内置的SD卡上，同时向主站发送告警。视频数据文件还可以存储在终端内部的Nand FLASH 上。当主站需要查询监控视频文件时，可以通过终端的远程通信模块，使用FTP远程获取并查看。

4、结语

本文结合多年来对用电现场终端的开发经验，研究了视频监控技术的分类和发展趋势，并针对智能防窃电的需求，提出了一种带视频监控的用电现场管理终端设计方案。因此，本文对基于嵌入式视频监控技术的用电现场管理终端的研究和开发具有一定的借鉴和指导意义。

参考文献

[1] 周卫玉等.基于ARM和μClinux的嵌入式远程数据采集终端[J].计算机工程,2004,30(23):156-158.

[2] 赵生岗,鲍慧,赵建立.网络视频监控系统及其在电力系统中的应用[D].华北电力大学,2007.

[3] 徐力,孔岩.视频监控系统的现状和发展趋势[J].软件开发与应用,2005,4:60-62.

[4] 刘富强.数字视频监控系统开发及应用[M].机械工业出版社,2003.

[5] 刘永峰.基于远程视频监控的嵌入式系统的研究与设计[D].国防科技大学,2005.

作者简介：张栋（1975.03.12-），男，汉族，湖南长沙人，硕士，威胜集团终端及智能配用电事业部开发部副经理，主要研究方向：电力信息分析与处理。