高压输电线路危险点远程图像监控系统的综述

[摘 要] 随着国民经济的发展，人民生活质量的提高，对电力的需求也日益俱增，迅速增加的输电线路给线路运行人员带来大量的巡视维护工作量，对交叉跨越、人员活动密集地、自然灾害区域等地的线路危险点的观察又是必不可少的。本文简述了输电线路危险点远程图像监控系统其构成和技术特点。系统运行结果表明：现场监控装置对电力杆塔、线路现场的图像、气象信息进行采集、压缩、分组后，通过GPRS/CDMA无线网络传输到监控中心，运行人员在监控中心就可全面了解线路危险点的情况，及时采取措施将事故消灭在萌芽状态。

[关键词] 输电线路；监控中心；巡视维护

0.引言

近年全国外破等事故逐年上升，暴露出传统的巡视方式也已不能满足现有的安全需求。因此，急需采用新的技术手段来帮助线路运行人员提高工作效率，但受通信方式、图像压缩技术以及电源技术的制约，高压线路的远程图像监控系统发展极为缓慢。国外曾开展过此方面的研究工作，在输电线路的铁塔上安装多部摄像机，分别监控不同的对象，同时测量环境的温度、湿度、降雨量。将图像及数据通过光纤传输到监控中心，监控中心根据现场图像及相关数据决定是否检修，对线路管理起了巨大的促进作用。但由于输电线路比较分散、距离长，架设光纤成本高，只能在几条实验线路上选几个点安装设备，不适合普及化应用，成本高、实施难度大。为了避免线路外力破坏事故发生，故采用输电线路危险点远程图像监控系统，对输电线路存在的危险点进行了有效的监控，确保了线路的安全稳定的运行。

该套系统集成了气象条件监测（温湿度、风速、风向、雨雪以及气压等），采用高性能摄像机，低功耗云台及特殊传感器，借助GPRS/CDMA网络平台进行现场图片拍摄。杆塔分机实行超低功耗设计，利用太阳能和蓄电池充电工作方式，可实现对高压线路及环境参数的全天候监测。给线路工区及时了解现场信息，将事故消灭在萌芽状态。有效地减少由于导线覆冰、洪水冲刷、不良地质、火灾、导线舞动、通道树木长高、线路大跨越、导线悬挂异物、线路周围建筑施工、塔材被盗等危险点因素引起的电力事故，实现可控、在控、能控。并且大大减少巡视人员的工作量，为输电线路的巡视及状态检修开辟了一条新的思路。

1.GPRS/CDMA 通信

目前，无线监控系统的数据传送模式大多采用以下4 种方式，即集群电台、GSM短消息、GPRS 和CDMA 模式。考虑视频监控需要大量无线数据传输，系统通信网络首先采用GPRS和CDMA 两种模式 。 利用现成的GPRS/CDMA 网络进行数据传输，具有运行费用低，稳定可靠，覆盖范围广等优点。国内GPRS/CDMA 网络的商业化运营为本项目的实现提供了前提条件。系统对通信模块采用休眠、定时开机的工作模式，从而大大减少系统的功耗。

目前，基于GPRS/CDMA方式通信主要为以下2 种模式：

第1 种为监控装置和中心均为固定IP 地址，由于移动服务商目前提供的固定IP 地址均为私有IP，因此中心和监控装置必需均采用GPRS/CDMA 方式进行通信，必需申请VPN（虚拟专用网络），收费较高，一般每月在1000~2000元之间。

第2种是监控装置为动态IP，中心为互联网提供的固定IP 。工作在此种方式下，由于装置的IP 地址在不断变化，因此中心和装置的联络变得比较困难，并且中心固定IP 的租赁费用很高，通常在几千到上万元不等。基于以上原因，采用了动态域名解析的原理，申请一域名，使监控装置只需向固定的域名及端口发送数据，不必关心中心的IP地址。中心在收到装置的数据的同时，即可知道每个装置的IP地址，并进行动态更新。每个域名年费用一般在200 ~400元之间，日常费用较低。各装置按包月一般费用为30~50 元。中心不需任何硬件设备，只要能够以任何方式接入互联网即可。

2.系统结构

整个系统主要由省公司监控中心主机、地市局监控中心主机、线路监测分机、专家软件组成，系统组网拓扑图如图1 所示。在线路杆塔安装一台监测分机，可定时、实时完成现场图片（压缩为标准JPEG格式）、环境温度、湿度、风速、风向等信息的采集，并可对分机进行远程参数设置。及时了解现场信息有效地减少了由于导线覆冰、洪水冲刷、不良地质、火灾、导线舞动、通道树木长高、线路大跨越、导线悬挂异物、线路周围建筑施工、塔材被盗等因素引起的电力事故。

图1 系统拓扑图

3.监控装置软硬件

3.1 硬件结构

监控装置包含高速一体化CD摄像机、云台、解码器、中央控制板、DSP 压缩模块 、GPRS/CDMA 通信模块、蓄电池、太阳能电池、温湿度测量模块、风速测量模块。中央控制板可定时或受中心请求启动摄像机工作，将摄像机采集到的视频信号经DSP 压缩模块压缩为标准的JPEG 文件，同时采集环境的温度、湿度。装置采用太阳能对蓄电池进行浮充的供电方式，中央控制板定期检测蓄电池电压以保证系统正常运行。装置主芯片采用MSP430系列芯片，使系统平均功耗低于0.05 W，从而使系统可在无阳光情况下连续工作30天，适合全国绝大多数地区使用。具体结构设计如图2 所示。

图2 监控装置原理

视频压缩模块、通讯模块、中央控制板等均由精密电子元器件组成，运行在高压输电线路铁塔上，属于典型的弱电系统在强电环境下的应用。设计时严格按照电磁兼容性原理进行设计，并加上软件及硬件看门狗，实时监控MCU的运行状态，并在壳体上采用多层多材质屏蔽措施。

3.2 摄像机组合

介于监测目标不同，有的监测导线覆冰、有的监测通道树木长高、线路大跨越、线路周围建筑施工、塔材被盗等，结合以上情况可进行多种组合方式。

（1）单个一体式摄像机（固定一个目标，可调焦）；

（2）一体式摄像机+ 红外摄像机（固定2 个目标，一个可调焦，一个晚上拍照）；

（3）单个全方位式摄像机（可拍照9 个预置位）；

（4）单个全方位式摄像机+红外摄像机（可拍照9 个预置位和固定一个目标）。