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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于CDMA1X的输电线路无线视频监控系统一、引言在我国经济快速增长、能源日益紧张的今天，电网的安全性越来越受到重视，这其中，高压输电线路的安全性也是不容忽视的重要环节。作为电力输送、遍布全国各地的网络，电力线路具有分布区域广、传输距离长、地形条件复杂多变、受环境气候影响大等特点，完全由人工定期巡检工作量非常大，而且难以做到全天候、广覆盖。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
2、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。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
3、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。随着通信技术、计算机网络技术以及数字视频技术的飞速发展，对输电线路实行远程视频监控成为了可能，由于输电线路固有的分布范围广的特点，实施远程无线视频监控有其独到的优势，更是得到越来越广泛的应用。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
4、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。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
5、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。基本工作
6、原理：摄像头采集到的模拟视频信号，如：电力杆塔、线路图象，送到无线视频终端，经过数字化、视频压缩编码后，通过CDMA1X无线网络、internet网送到视频监控中心，在监控中心上对视频流进行解码，即可看到摄像头拍摄的现场视频画面。采用这种方式对输电线路进行视频监控有如下优点：1、 采用CDMA无线网络传输，无须敷设通信电缆，大大方便了野外施工；2、 监控区域广阔，只要CDMA网络覆盖到的地方，都可以安装此监控设备；3、 现场设备无人值守，防护等级高，设备运行稳定可靠，免维护；4、 可传送现场的视频画面，比仅传送图片的系统更实时、更详细、更直观；5、 可远程控制摄像头；6、 可远程控制电源的开、
7、关，以最大程度地降低功耗；7、 系统可方便地进行功能扩展，比如：增加温度、风速、风向、雨量等传感器，可以对输电线周边的环境进行全方位的监测。本文就该系统在输电线监控上的应用予以详细介绍。二、输电线路视频监控系统的组成整套设备是一个防水、防尘、防电磁干扰、满足IP65防护等级的机箱，机箱顶部是太阳能电池板，摄像头安装在杆塔的合适位置。机箱内部设备包括：CDMA视频终端、蓄电池、蓄电池控制器等。下面分别对各个部分的功能予以描述。1、 CDMA视频终端CDMA视频终端是整个视频监控系统的核心，在本系统中，选用了上海英硕自动化科技有限公司研发的CDMA视频终端VFC600。它是一款集成度高、体积小巧、
8、功能丰富、性能稳定的视频终端设备。其主要特点如下：（1） 2路模拟视频输入信号，MPEG4压缩算法；（2） 可同时传输视频流及数据；（3） 支持远程云台、镜头控制；（4） 支持远程IP地址、ID号等参数修改；（5） 自带4路开关量输入，光耦隔离；2路开关量输出，继电器输出；（6）电源输入电源范围宽：1140V DC；在本系统中，它主要完成如下功能：（1）将模拟视频信号进行数字化、压缩处理，转化为便于在CDMA网络、及internet网上传输的视频流；众所周知，不经压缩的视频数据量非常大，例如：对于352288分辨率的CIF格式，当每个亮度和色度分量取8bit精度，每个色度分量取亮度分量一半的分
9、辨率时，每幅图象大约需要152K字节的存贮空间，如果不经过压缩以25帧每秒的速率传送，则需要惊人的30Mbps带宽！这样的带宽无论对于何种网络平台，都是一个很大的负担。随着数字视频技术的飞速发展，各种高效的视频压缩算法应运而生。近年来出现的MPEG4，H.264算法以其高效的压缩比、高质量的图象在网络视频会议、网络视频监控、数字电视等领域得到广泛应用。特别地，采用MPEG4或H.264算法，在现有的CDMA1X传输带宽下，能提供较满意的视频服务，因此，在基于无线的视频监控领域得到广泛应用。（2）与中心端的视频服务器建立无线连接，并将压缩后的视频流传送到视频服务器。这过程涉及到TCP/IP、PP
10、P等协议栈的实现、数据流控、以及无线通信链路的管理，包括断线监测、断线重连等等；通信链路管理的最终目的是要建立起可靠、通畅的数据通道，将视频流、传感器数据等实时地传送到监控中心，同时，实时地接受并执行监控中心下发的各种控制命令。（3）远程控制摄像头的伸缩、旋转CDMA视频终端可接受远程监控中心的命令，实时控制摄像头的伸缩、旋转，这样，在监控中心即可非常方便的从多个角度观察杆塔、输电线路的情况；（4）电源控制由于CDMA视频终端是安装在高高的杠塔上，采用太阳能电池供电，因此，低功耗运行是保证系统长期、可靠工作的重要条件。现场消耗电能的设备有：摄像头和CDMA视频终端。在平时无须摄像时，可远程控制
11、，关闭摄像头电源；同时，视频终端也关闭视频数据通道，以便最大程度地降低电能消耗。电源的控制是通过监控中心远程实施的，非常灵活、方便，监控中心可以根据实际的需要，实现特定的电源远程控制策略，最大程度地保证系统低功耗运行。（5）告警输入CDMA视频终端具备开关量输入端口，可接受外部告警信号。比如：可接门磁开关，防止现场机箱被打开，起到放盗作用；再比如：可接红外探测器，对某些特殊情况实行监控、告警。2、 摄像头摄像头须选用室外安装型，可以根据需要选取固定镜头、可变焦距镜头或者带红外功能的镜头，另外，云台也可根据需要配置。摄像头可以远程控制打开或者关闭，以便最大限度地降低功耗。3、 太阳能供电系统由于
12、本系统一般安装在野外的杠塔上，现场无交流电源供给，所以都采用太阳能供电。选择合适功率的太阳能电板以及合适容量的蓄电池，对于保证系统全天候正常工作，同时，又兼顾安装施工、设备维护的方便性非常重要。这其中，设备的低功耗模式工作是关键。4、 监控中心监控中心是整个电力线路视频监控系统的神经中枢，通过它可以对野外所有的杠塔、电力线路的现场情况一览无余，一旦出现异常情况，及时发出告警，通知相关人员予以处理。告警的方式包括：短讯告警、邮件提醒等。监控中心的设备包括视频服务器以及视频客户端。所有野外采集点的视频图象、设备数据都汇聚到视频服务器上，在此进行视频流解码、视频显示、以及完成整个系统的控制功能。一台
13、视频服务器可以同时显示4路视频图象，但可以同时连接多达255路CDMA视频终端，通过视频切换可以显示所有已连接的终端图象。视频客户端通过访问视频服务器，同样可以浏览现场的图象，这种分布式的CS架构可以更好地满足企业对输电线路监控系统的管理、操作要求。三、关键技术、实际工程问题及其对策前面提到，由于电力线路的分布范围极其广泛，且都处在野外环境中，受自然、人为因素的影响非常大，因此，对于监控设备而言，它必须解决供电、防护（防水、防尘、防强电磁干扰、防盗等）、远程可维护等问题，同时，设备要非常稳定可靠。基于上海英硕公司的CDMA1X视频终端组建而成的电力线路视频监控系统很好地解决了上述问题。在本系统
14、中，综合应用了视频压缩处理、CDMA无线通信及VPN组网、节电控制、设备防护等多种先进的技术及工程设计，下面分别予以简要说明。1、CDMA无线通信及其VPN技术在组建基于CDMA无线数据采集系统时，有些行业的客户对数据的安全性、保密性非常敏感，而一般的GPRS/CDMA数据采集系统，其传输的数据要经过CDMA网、Internet网，而后送到数据中心，这些数据在经过这些公共网络时，可能存在安全隐患。针对这个问题，联通公司（CDMA）推出了VPDN业务，它为客户提供了一种通过公用网络，安全地对企业内部专用网络进行远程访问的连接方式。VPN使用三个方面的技术保证了通信的安全性：隧道协议、身份验证和数
15、据加密。客户机向VPN服务器发出请求，VPN服务器响应请求并向客户机发出身份质询，客户机将加密的响应信息发送到VPN服务器，VPN服务器根据用户数据库检查该响应，如果账户有效，VPN服务器将检查该用户是否具有远程访问权限，如果该用户拥有远程访问的权限，VPN服务器接受此连接。在本系统中，CDMA1X视频数据终端就是通过VPDN网络，接入到企业内部的视频服务器上。每次接入时，企业的VPN服务器都需要对它进行身份验证。只有验证通过了，才允许接入。本电力线视频监控系统以VPN的方式接入，可以很好地保证数据的安全性。2、低功耗的挑战低功耗设计在本系统中十分关键。由于采用太阳能供电，如果设备功耗过大，势
16、必造成太阳能电板、蓄电池体积、重量变得庞大，给设备在杠塔上的安装带来不便，甚至无法安装、使用。在本系统中的设计中，除了选用功耗低的视频终端设备外，监控中心还可以远程控制设备电源，这就给系统以低功耗运行带来了很大的灵活性。比如：可以根据系统运行的实际需要，制定、调整相应的节电策略。3、防护技术（IP65、强电磁干扰）由于设备是安装在野外，常年无人维护，且环境恶劣，因此，必须仔细考虑设备的防护问题。除了通常的防水、防尘外，设备是安装在高压线路附近，防强电磁干扰问题也必须予以十分重视。选用具备IP65防护等级、且具备防电磁干扰的机箱，这对于设备的稳定、可靠运行同样十分重要。此外，还要考虑机箱本身的防
17、盗：可以安装门磁开关，防止机箱门被打开；可以安装震动传感器等等。四、结束语输电线路的远程监控系统将视频监控和其他告警功能完整地组合在一起，能够有效地预测、降低输电线路故障，及时判断故障原因、对故障作出反应，对于保障电网的安全运行有十分重要的意义。基于CDMA1X的输电线视频监控系统解决了广覆盖、全天候、野外安装等诸多难题，可以实时地传回现场的视频图象、现场的故障告警，可以节省大量的电力线路的巡检人力、快速对线路故障作出反应，有很强的实际的应用价值。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、
18、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
19、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Int
20、ernet，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
21、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：授权网络用户自动下载
22、安装控件，提供浏览运行界面。通过提供的电子地图，选择监控点图像界面。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。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。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。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
23、特点：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。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。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
24、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：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。控制休眠、激活、重启等操作。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。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。维护时钟系统，接受全球GPS定时。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、
25、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、某局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C
26、DMA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
27、。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
28、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CPU32bit 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3050Kbps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115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CDMACDMA2000-1X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
29、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18014040（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。专心-专注-专业