风力发电机组巡检视频信息处理系统的开发与应用

摘要 随着环境的日益恶化，传统能源日渐缺少等一系列全球性问题，风力发电这一新兴能源逐渐受到人们的关注。本文分析了目前风力发电机组存在的困扰问题，及开发风力发电机组巡检视频信息处理系统的必要性，并探讨了风力发电机组巡检视频信息处理系统的开发过程，同时叙述了其在市场上的应用前景。

关键词 风力发电机组；巡检视频信息处理系统；开发；应用前景

中图分类号TM315 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0122-02

风能作为一种可再生、可预测的清洁型能源，已成为新能源开发领域发展最为迅速的一种重要新型能源。风力发电因其建设周期短，成本低，对于保护生态平衡，减少环境污染，加速当地经济建设等都有着重要的积极意义。

1 目前我国风力发电存在的困扰

全球环境日益恶化，环保型的风力发电受到世界各国的高度重视。风力发电与传统的发电企业相比具有无污染、占地少、投资周期短等优点，风力发电场地内未占用的土地可继续留作他用，因此其场内的土地利用是不受限制的。但风力发电目前还存在着很多困扰。

1）工作量大。风力发电机场场内机组台数多、分布面积广、地理环境不一等，且机组单台功率小，一般在几十米的高空运行，给技术人员的日常维护带来了极大的不便，增加了他们的日常维护工作量；

2）人才缺少。一般风力电场都处于偏远地区，占地又大，大多工作都是野外高空作业，且经济效益不高，因此很难吸引优秀人才；

3）企业管理不规范。传统发电企业或电力设备制造企业过去由于经济效益不高，对风能方面几乎不涉及。目前市场上主流的发电企业和风机制造商都是一些不熟悉电力生产运作的厂商。而这些厂商在电力生产的运作和管理上普遍存在诸多问题，例如管理不规范、生产运行混乱、组织机构不健全、效率低下等。如何规范且高效地管理企业，已经成为大多数企业的迫切需要。

2 风力发电机组巡检视频信息处理系统的开发

2.1 开发的优越性

风力发电机组巡检视频信息处理系统是一种可视化信息管理系统。该系统具有数字工业电视的画面调试、设备监视、防盗报警、场地调控、实时对话、远方实景等常规功能，适合于风电场的组织生产和科学高效的经营管理。该系统可为风能的开发利用吸引更多的优秀人才，加强风电场的运行整理，实现专家远程实时监控设备运行、指导现场检修等，最终提高社会经济效益。

2.2 开发方案

工业现场数据压缩编码系统是基于ARM9先进处理器平台开发的，其设备采用的是嵌入式设计，采用的数据压缩技术较成熟，且运用了音频蓝牙技术。在ARM9处理器平台搭建工业数据和视频处理系统，因其模块化结构及配置灵活，可将实时可视通信最大限度地实现，并提供风力机电组实现远方巡检管理以强有力的技术支持。话筒和CMOS摄像头获得的音频信号和现场视频，由处理器通过模数（A/D）转换，然后按照规定的格式进行压缩和编码处理，接着打包处理好的数据，并送到远方后台服务器，最后进行统一管理。各使用终端进行实时调用时需按需要或权限通过WEB。图1所示为系统结构图。

2.3 选取主要硬件

因Samsung公司生产的S3C2510芯片（ARM920TDMI内核）具有其独特的功能和技术特点，因此选其作为本系统ARM9处理器。S3C2510芯片的功能有：可提供TFT/STN液晶屏、数码摄像头、IIS音频、USB、NAMD闪存、HOST/DEVICE、触摸屏、SD/MMC/SDIO存储卡等接口支持。S3C2510芯片的技术特点有：支持16位Thumb指令集和32位ARM指令集、支持数据Cache和指令Cache、支持如适合高速数字信号处理场合的DSP指令集；支持多种主流嵌入式操作系统，如Windows CE、Palm OS、Linux等；提供支持32位高速的AMBA总线接口和支持VFP9浮点处理协处理器的1.1MIPS/MHz的哈佛结构；MUP支持实时操作系统、全性能MMU；最高可达400MIPS的主频等。本系统FLASH选用Intel公司生产的工作电压为2.7~3.6V，容量为256MB的E28f128。由于CMOS摄像头的品种较多，我们可挑选分辨率满足要求、工耗低及工作可靠的摄像头。由于考虑到指导现场工作人员操作及检修等方面的要求，因此本系统采用了音频蓝牙采集装置。音频蓝牙产品的选择上可参照以下几点，产品在市场上应具备成熟条件，且要满足环境性强、工作稳定及小型化的要求。

2.4 软件设计

整个系统软件构建在嵌入式Linux的基础上。软件平台使用由Linux-2.4.18内核打上patsh-arm-2.4.18-rmk7-pre2.gz和patsh-arm-2.4.18-rmk7.gz补丁后编译而成的ARM-Linux操作系统。系统采用包括应用程序、配置文件、模块和库等的cramfs文件系统。音频和现场图像都是建立在ARM-Linux内核上进行处理。

2.5 软件实现原理

现场图像和语音都是分开且独立采集的，由CMOS摄像头摄取到的现场图像可直接输出数字信号，因为其本身就经过了前端处理，如彩色信号处理、模数转换、自动增益信号放大等。该信号在SDRAM处由软件进行压缩、编码，变成文件前，得通过I2C总路线送到DMA控制器且进行控制。语音信号是一种模拟信号，是由话筒获取后经过高速的A/D转换模块，由此模块转换变成数字信号，再通过IIS总线被ARM读取。IIS总线因其接口提供了内置FIFO的DMA传送模式，所以其具有可以同时接收和发送，或单独接收和发送的功能。此功能可实现本系统的双向对讲功能。现场信息的实时传输是软件打包图像信号和语音信号后，通过通信模块和远方后台来实现的。

3 风力发电机组巡检视频信息处理系统的应用前景

本文上述所讲的重点是整个风力发电机组视频巡检系统的现场单元主要设备，即在ARM处理器上开发的风力发电机组现场视频音频采编压缩编码系统。管理支撑软件、后台支撑服务器及信号传输回路是一个完整的、高效的、实用的系统还需包括的单元。因这部分的技术和软件在市场上较成熟，且产品丰富，通过性也较强，本文就不再做论述。图2是一个典型的系统结构应用图。

本文上述系统是国家特许权示范项目某大型风电场的实际应用系统。该系统在投运2年多的时间里，在系统稳定性、高效性、可靠性方面都得到了很好的验证。该系统每年可为此大型风电场节省运行成本160多万元。如果我们按此推算，若该系统在此风电场投运15年，则可在回收期内节省2 400万元，则效益相当可观，该系统的实用价值不可低估。

4 结论

本文介绍的风力发电机组巡检数字视频音频信息处理系统，是基于ARM处理器开发的，该系统采用的是嵌入式设计，是一个高可靠性、高效率性的软件和硬件工作平台。该系统可直接获取视频及音频信号，然后由软件在高速处理器内部进行压缩，打包。打包之后再一起通过光纤传输给远方服务器。该系统可进行单幅或连续的图像采集，在实际应用中，可达到电视的效果，达每秒15帧~30帧，实现了智能化和网络化。系统扩展性的优势将随着越来越多智能化、自动化、小型化元器件的出现而得到充分的体现。工业监控系统对现场实时信息的视性化管理的要求完全可通过该系统的全信号的采集管理功能得到满足。该系统开发成本较低，具有较高的实用价值，可解决电力企业在管理上不规范、生产运行混乱、效率低下等问题，提高社会经济效益。

参考文献

[1]陈继杰.现代化风电场管理探讨[J].太阳能，2007,28(12)：767-769.

[2]叶杭治编著.风力发电机组的控制技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

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