输电线路防外破预警系统浅析

孙安国,季善浩,田书然,张明耀

(国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 264000)

输电线路防外破预警系统浅析

孙安国,季善浩,田书然,张明耀

(国网山东省电力公司烟台供电公司,山东 烟台 264000)

输电线路的保护是安全输电可靠供电的重要措施,本输电线路防外破预警系统采用现场使用X86架构的核心板作为主控,设计了视频图像处理程序、控制器控制GSM模块发送短信到手机端和发送图片到云端数据库、利用C#设计窗体程序实现云端数据库的登陆和访问,通过现场图像处理发现外物入侵.同时通过GSM模块将报警信息发送到云端数据库,用户通过Android客户端或者电脑端查看报警图片.

X86架构核心板;云端数据库;防外破预警系统;Android客户端

随着科技的不断进步,输电线路的保护成为了安全输电可靠供电的必要措施.目前仍然大部分地方是人为巡视,在输电线路的固定段位进行巡视从而避免不必要的电力破坏,人员工作量极大同时警戒不及时.基于光纤的预警系统采用光纤材料,利用光纤的本身特性,当异物靠近输电线路的时候,铺设在输电线周围的光纤其部分特性发生变化,这一变化即可以认为是有异物入侵.光纤作为传感器虽然灵敏度极高,报警可靠,但光纤造价昂贵,大面积使用必然带来大的资金投入.基于激光或红外线的预警系统使用是将激光作为传感器,将激光束平行的设在输电线路的预警边界处.当外物靠近的时候激光线被遮挡,此时可以知道有外物靠近输电线路的警戒线,同时可以计算出外物距离放置激光传感器的距离.基于超声波或微波的预警系统,现场发出超声波或微波,并且实时的接收超声波或微波进行数据分析.基于光栅的预警系统是在警戒线部分设置对射的光栅,光栅可以是激光也可以是红外线等.有两束或三束或者更多.当外物靠近输电线路的时候,光束被遮挡,此时认为有外物入侵开始启动相应的预警措施.

本课题提出了一种新型的输电线路保护预警装置,通过本装置可以有效的对输电线路进行保护.通过控制系统的设计制作出一套安全可靠的输电线路预警系统.当异物靠近输电线路的安全距离的时候能有效的发现入侵物,传感器模块将检测到的入侵信息发送给安装在现场杆塔上的前端控制装置,由控制装置进行指令分配.实现及时检测出入侵,通过短信的方式将信息发送给运维人员,同时可以通过电脑端和手机端查看报警信息.探究一种可靠的Onvif协议下的视频通信的算法,实现图像图形的识别,利用GSM模块将图片信息发送出去,及时通知运维人员.相比以往系统,具有功耗小、及时性高和运行维护方便等特点.

1 输电线路防外破方案及硬件系统设计

图1 系统框图

采用工业核心板子控制的输电线路预警系统,如图1所示.方案具有节能、稳定、可靠和及时的特点.采用图像处理的方式来监测外物入侵.对于图像处理也有两种方式,一种是现场图片处理,一种是传输到客户端,然后再进行图片处理.考虑到流量节约的设计,采用现场图片处理.将一个白色的板子放置在输电线路警戒线的位置,在板子对面的杆塔上放置报警装置,包括摄像机、主控、网络模块GSM、响应装置高音喇叭和太阳能电源.板子的对角放置小功耗的LED灯,灯在板子一周都围着空心塑料管子内,管子围成一周成矩形.由控制装置控制摄像机拍摄图片,然后进行处理,对图片中白色的板子进行寻找,利用算法实现判断白色板子为矩形.当有外物入侵的时候,遮挡住了白色的板子,此时板子不为矩形,认为报警信息发生了.即使是在夜晚,也可以实现预警,检测装置检测到夜幕降临时,我们的LED会亮起来,使得板子依旧是一个矩形.接着再由主控进行控制高音喇叭工作预警,同时控制GSM模块工作,将现场图片通过数据发送到云端数据库和发送短信到指定运维的人员的手机客户端.运维的人员收到短信后,可以通过手机上网查看报警的现场图片,从而及时做出措施,或者到电脑客户端查看报警信息.

1.1 传感器

传感器是一个系统的重要部分,当外物入侵事件发生的时候,需要进行现场拍摄照片,作为证据.使用摄像头作为传感器简化了设备的组成,同时也减小了功耗.摄像头作为传感器,就需要对图像进行处理.选择使用摄像机和嵌入式开发配合的方式来实现传感器的功能.

1.2 控制器

选择的控制器为D525系列的开发板.因为它的芯片强大对图片处理能力强一些.利用编程控制摄像头模块进行拍照,然后输出到内存卡单元之中,接着再取出图片进行图像的二值化算法的处理.经过处理的图片,我们再从二值化图片中进行边缘寻找程序的设计.利用算法进行图片的分割处理,判断拍摄照片特定区域里面的图像是否为矩形.拍摄的照片场景中在摄像头的对面放置一个矩形的白色板子作为目标靶.当有外物入侵的时候,遮挡住了白色板子.这个时候进行的图像二值化处理得到的特定区域的图形就不再是矩形了,那么此时就可以判断有外物入侵即报警事件发生.就此通过摄像机模块与主控的配合做成了系统的传感器部分.

1.3 GSM模块

控制器是通过GSM模块将现场的数据发送到运维的人员和云端数据库.GSM模块作为外设,增加了控制器所不能的功能.添加了短信发送到指定人员功能和发送图片到指定服务的功能,使得远程人员与现场更加紧密.

2 软件系统设计

2.1 数据传输设计

数据传递使得现场与工作室可以实现,这样使得人员可以不用到现场就可以了解现场的状况,从而采取措施.数据传输的设计好坏,关乎运维的人员是否可以及时的保护输电线路.目前的数据传输方式包括了,专用线路和公用线路数据传输的两种方式.本次的设计,主要包括短信的数据传输和网络图片的数据传输.短信的传输是直接将报警信息,以短信的形式发送到指定的运维的人员手中,从而提示用户有报警信息的发生.图片的传输是通过网络的连接,将现场的图片发送到云端数据库中,这样可以使得当问题发生的时候使得事件的责任明确.GSM模块为SIM900A模块,它是使用主控控制的插卡模块,所发送的短信是以所插入的卡为准.发送短信就如同平时我们使用手机发送短信是一样的.此模块包含的数据传输接口有RS232接口和TTL串口接口.这样的接口和主控上的串口相连接,通过编程来实现对GSM模块的控制,从而实现发送短信功能.模块将TXD和RXD与主控的TXD与RXD对应连接就可以了.如图2,GSM模块与核心板上的连接.

图2 GSM模块与核心板连接

2.2 网络访问功能的实现

网络访问功能的实现就是通过GSM模块的GPRS功能实现的.网络数据的传输过程是通过主控控制GSM模块发送数据,首先在发送数据的title中加入验证的信息.发送内容为图片.再引用发送图片的时候,只需要指明发送的路径就可以了.对此,我们在存储图片的时候一定要设计好图片的存储路径,以方便调用.

2.3 云端数据共享

云端平台是一个信息交互的枢纽.它是连接现场与控制室的一个重要部分,所有的图片即现场证据照片全是存储于云端数据库.云端数据库是存储来自报警点报警装置发来的现场图片.它是通过现场的GSM模块通过数据请求和验证将现场违规的证据照片及时地发送到云端数据库.云端数据库起到了保护和存储以及分享图片的作用.在云端数据库中存储的照片是可以通过第三方提供的应用查看,比如Android客户端、PC客户端,同时还支持各种应用程序通过信息验证来获得图片的查看权利.

2.4 客户端查看及分析

客户端应用的使用,可以有效地查看报警信息的现场情况.客户端可以很及时地反映出报警信息给运维人员,而运维的人员就可以及时的查看报警信息,这样可以有效地避免电力事故的发生.客户端的实现,包括两个部分,即PC端的软件实现和Android客户端的软件实现.PC端软件的实现包括了软件设计平台的选择和软件的构图,Android客户端的实现主要包含了现场报警图片的查看,以及历史报警信息的汇总,从而有效的发现哪一个路段容易发生事故,进而设置相应的加强措施.

3 结语

系统经过实际运行,系统能够有效的实现输电线路中外物入侵监测,具有节能、稳定、可靠和及时的特点.

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1671-0711(2017)11(上)-0134-03

资助课题:输电线路全方位防外破预警系统研究,JK201514.