基于视觉传感器和无线传输实现变电所遥视监控系统的设计

1 引言

随着我国电网调度管理水平的不断提高, 许多地区电力通信网的建设取得了很大的进展,基本上实现了数字化通信。采用光纤、数字微波或无线扩频等通信方式,信道带宽和信道质量明显提高。而要全面直观地了解变电站的真实情况,远程视觉监控是必备的监控管理手段,它可在几十公里及更远之外的调度中心及时准确地掌握变电站的情况, 并对各种情况进行操作控制,做到真正的无人值守。

2 无人值班变电所运行现状

近年来, 随着电网规模的迅速扩大, 电力系统科技水平不断提高, 无人值守变电所的数量日益增加, 尤其随着变电所自动化程度的不断提高,非电气因素造成的事故比例越来越高。如何降低或避免这类事故的发生,已是实现无人值班变电所要解决的首要问题。图像监视系统即遥视是对“四遥”(遥控、遥信、遥测及遥调)的进一步补充和完善,能够实现对变电所内设备运行情况及周边环境的监视,监测电力设备发热程度、实现防火、防盗报警, 解决安全保卫问题。

目前, 许多变电站实现了“四遥”功能。现今, 远程图像监视技术已经日趋成熟, 它被称为第五遥的遥视, 使相关人员及时了解变电站现场的情况, 为控制中心操作人员提供变电站现场图像, 并对故障与安全进行处理。

视频监视系统也有一些缺点: 如整天24 小时全程录相, 占用大量录相带, 且也没必要。监视人员必须随时观看视频,以防漏掉故障与不安全的图像。要检查时得从开始看起, 浪费大量人力, 物力与时间等等。

3 变电所遥视监控系统

变电所遥视监控系统是对视频监视系统的改进与补充。它可以实现变电所的综合自动化,能做到信息共享, 从而减少硬件且提高设备的利用率, 简化二次接线,使变电所主控制室的面积和成本下降,大大节省人力物力等投资。

3.1 变电所遥视监控系统组成

变电所遥视监控系统组成如图1。

图1 变电所遥视监控系统

由现场视觉传感器采集图象, 通过无线以太网将现场情况以无线网桥或无线短信、彩信传到管理中心,由管理中心人员对现场图像进行处理.这里的现场仅列举出如图所示的几个。

具体组成结构:

3.1.1 图像监控部分(创新点及要解决的关键问题)

系统图像监控范围为变电站全站, 采用全方位云台配合高清晰度、高放大倍数、低照度要求的摄像机及镜头,确保对变电站各区域进行无死角的监控。在此基础上通过先进的图形处理技术和算法研究,实现变配电所的图形自动报警与自主式控制,管理操作。同时将变电站报警图像利用无线网桥或无线短信、彩信发布到电力公司上级主管部门的MIS 网上,网上客户在安装了监控系统客户端软件后即可对受控变电站进行远程监控。

显然, 传统的基于人工操作的视频监视不能适应实际应用的需要, 开发新一代的监控技术, 摄像机获取视频序列后,首先通过图像恢复或超分辨率复原技术提高图像质量, 然后对场景中的目标进行检测、分类和跟踪, 进而实现视频内容的分析理解, 包括场景中的异常检测、人的身份识别以及视频内容的理解描述等。现有一些算法大多是针对这一类问题提出的,主要包括背景相减法、相邻帧差法和光流法等,对其内容的智能化分析和理解,并做出相应的判断。它处于智能监控技术的高级阶段, 是实现监控智能化的关键。

超分辨率复原技术: 图像获取过程中,受成像条件和成像方式的限制,成像系统并不能获取原始场景中的所有信息。成像过程往往会受到光学模糊、运动模糊变形和噪声等诸多因素的影响, 造成获取图像质量的下降。超分辨率复原技术采用信号处理的方法,在改善图像质量的同时, 试图恢复成像系统截止频率之外的信息,是提高空间分辨率改善图像质量的有效方法(将图像读入Matlab 仿真软件可以实现)。这一技术的最大优点在于成本低,现有的低分辨率成像系统仍可以使用。实际上,超分辨率复原技术和图像恢复技术在理论上有着密切的联系,可认为是第一代图像恢复技术。该部分就是视觉传感器的研究。新一代智能视觉监控技术的研究是一个极具挑战性的前沿课题,它赋予监控系统观察分析场景内容的能力, 实现监控的自动化和智能化, 因而具有应用潜力。视觉监控系统的智能化分析过程由运动目标检测、分类、跟踪和视频内容分析等几个基本环节组成,视频内容分析又包括异常检测、人的身份识别以及视频内容理解描述等。

图像监控部分主要解决基于ARM S3C2440 的视频监控系统及视觉传感器的研究。S3C2440A 是三星公司设计的一款基于ARM920T 内核的32 位嵌入式RISC(reduced instructions set computer)微处理器,它的最高工作频率可达533MHz,内部集成了丰富的外设接口,其中包括了camera 接口,具备高性能、低功耗的优点,适用于图像采集,传输等应用。即不采用通用的视频监视系统而采用视觉监控系统- - - - - 不随时录相, 只在出现盗警与火警等情况下开始录相,再经过图形处理技术和算法即基于图像的目标识别, 且必须准确与及时,以便远端人员能及时了解情况做出相应的处理措施。

3.1.2 无线传输与控制

拟与深圳前进公司的150 公里WLAN 信号覆盖与接收合作。无线系统,要求能在150 公里范围内组建无线局域网, 要求能与覆盖范围内的车辆进行漫游通信。

其中每15 公里有一个基站,站间无通信线路,业务有10路话音和500kbps 的数据。

补充要求:应保证系统技术架构的先进性、未来的功能与性能的可扩展性、通信的可靠性、系统的稳定性与相对较低的工程量。

3.2 实现变电所的综合自动化

能做到信息共享, 从而减少硬件且提高设备的利用率, 简化二次接线, 使变电所主控制室的面积和成本下降, 大大节省人力物力等投资。

4 结束语

总之, 遥视技术在提高质量、安全、管理等方面收效显着。随着自动化技术的飞速发展, 遥视技术的应用前景更广阔。变电所遥视系统解决了变电所现场的可视化和环境监控问题, 是对四遥功能的必要补充, 为实现变电所无人值班、无人值守提供了可靠保证,有极高的使用价值和利用价值,应加大变电所遥视系统的开发和建设力度。同时, 遥视系统的推广应用对提高变电所运行的安全性、可靠性, 提高运行管理的科学性, 促进管理工作的现代化有着现实意义和历史意义。