肖安南，劉　武，劉正國，操南圣，余　斌

(1. 國家電網(wǎng) 安徽安慶分公司，安徽 安慶 246003； 2. 安徽華章信息技術(shù)有限公司， 安徽 安慶 246005)

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應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計新型輸電線路防外破系統(tǒng)

肖安南1，劉武1，劉正國2，操南圣1，余斌1

(1. 國家電網(wǎng) 安徽安慶分公司，安徽 安慶 246003； 2. 安徽華章信息技術(shù)有限公司， 安徽 安慶 246005)

摘要：依托3G/4G移動互聯(lián)網(wǎng)，以智能手機(jī)作為移動終端，應(yīng)用動態(tài)影像偵測、地理信息(GIS)、網(wǎng)絡(luò)穿透技術(shù)，設(shè)計建設(shè)新型輸電線路防外破系統(tǒng)，實現(xiàn)防外破工作全天候無人值守。

關(guān)鍵詞：輸電線路防外破系統(tǒng)；移動互聯(lián)網(wǎng)；智能手機(jī)；移動偵測

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對電能供應(yīng)的可靠性提出了更高的要求。而輸電線路運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，一方面，受自然環(huán)境影響直接，如風(fēng)雨、雷電、冰凍等都可能導(dǎo)致輸電線路運(yùn)行故障和事故；另一方面，由于輸電線路沒有專門路徑和通道，與其他社會生產(chǎn)形成重疊和交叉，各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、社會群眾休閑娛樂等社會活動時常造成輸電線路外破事故。從當(dāng)前輸電線路運(yùn)行情況來看，外破事故占電網(wǎng)安全事故比例較大，因此，如何防范輸電線路外破事故，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，是當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行管理的重要課題。 傳統(tǒng)輸電線路防外破系統(tǒng)主要是由傳統(tǒng)監(jiān)控攝像加計算機(jī)流程處理組成，監(jiān)控攝像拍攝外破現(xiàn)場影像，傳輸?shù)郊斜O(jiān)控室，管理人員24小時值班監(jiān)守。隱患業(yè)務(wù)流程通過傳統(tǒng)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行流程化處理。這種人盯人防的工作方式不能從根本上解決輸電線路防外破問題。為此，我們提出應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)影像技術(shù)，以智能手機(jī)作為移動應(yīng)用終端，進(jìn)行新型輸電線路防外破體系建設(shè)[1-4]。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)由3G/4G網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場攝像儀、智能手機(jī)、服務(wù)器和后臺軟件業(yè)務(wù)處理平臺組成，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)硬件主要為現(xiàn)場攝像裝置、智能手機(jī)、服務(wù)器等，如表1。

表1　系統(tǒng)硬件列表

2軟件設(shè)計

2.1 移動互聯(lián)網(wǎng)穿透連接

目前國內(nèi)3G/4G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，給客戶移動終端僅提供運(yùn)營商內(nèi)網(wǎng)地址，沒有公網(wǎng)IP地址，通過其轉(zhuǎn)發(fā)連通互聯(lián)網(wǎng)，使得用戶難以連接自配的內(nèi)網(wǎng)后臺服務(wù)器，同時在運(yùn)營費(fèi)用方面也存在較大壓力。為此，需要研發(fā)針對3G/4G網(wǎng)絡(luò)的穿透傳輸軟件，實現(xiàn)移動3G/4G網(wǎng)絡(luò)和自配內(nèi)網(wǎng)相互穿透連接，無需網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商干預(yù)，即可連接內(nèi)網(wǎng)后臺服務(wù)器進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，極大降低系統(tǒng)使用和運(yùn)營成本。

為此，利用GPL版權(quán)許可的OpenSSL SSLv3/TLSv1協(xié)議函數(shù)庫，開發(fā)定制端到端的對等方式SSL VPN通道，實現(xiàn)移動3G/4G網(wǎng)絡(luò)和自配內(nèi)網(wǎng)相互穿透連接。通道工作在傳輸層和應(yīng)用層之間，充分利用SSL協(xié)議提供的基于證書的身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密和消息完整性驗證機(jī)制，在公網(wǎng)上加密封裝出一個數(shù)據(jù)通訊隧道，移動客戶端連上互聯(lián)網(wǎng)后，通過隧道連通后臺服務(wù)器，這樣只要能連接互聯(lián)網(wǎng)就能利用VPN穿透訪問后臺服務(wù)器，全天候全時間進(jìn)行外破防護(hù)工作[5]。

2.2移動影像偵測

為實現(xiàn)外破監(jiān)控?zé)o人值守，需要開發(fā)移動影像偵測軟件，進(jìn)行外破影像動態(tài)捕捉。對攝像頭所拍攝的前后畫面(視頻幀)進(jìn)行對比，一旦檢測出拍攝的畫面與之前的畫面存在的差異達(dá)到指定閾值時， 系統(tǒng)立即記錄拍攝到的畫面并存檔，同時通過預(yù)警通知功能發(fā)送到手機(jī)上，實現(xiàn)外破監(jiān)控?zé)o人值守，真正做到讓危害線路安全的行為一“觸”即“發(fā)”。畫面閾值可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，排除干擾。

系統(tǒng)運(yùn)動偵測基于MPEG圖像格式，算法采用時間差分法(相鄰幀差)。MPEG視頻流由三類編碼幀組成，它們分別是：關(guān)鍵幀(I幀)，預(yù)測幀(P幀)和內(nèi)插雙向幀(B幀)。I幀按JPEG標(biāo)準(zhǔn)編碼，獨(dú)立于其他編碼幀，它是MPEG1視頻流中唯一可存取的幀，每12幀出現(xiàn)一次。截取連續(xù)的I幀，經(jīng)過解碼運(yùn)算，以幀為單位連續(xù)存放在內(nèi)存的緩沖區(qū)中，再利用函數(shù)在緩沖區(qū)中將連續(xù)的兩幀轉(zhuǎn)化為位圖形式，存放在另外的內(nèi)存空間以作比較之用。圖像比較算法采用時間差分法(相鄰幀差方法)(Temporal Difference)，在連續(xù)的圖像序列中兩個或三個相鄰幀間，采用基于像素的時間差分并且閾值化，來提取圖像中的運(yùn)動區(qū)域。像素的時間差分及閾值化具體實現(xiàn)時，先把整個畫面按16*16像素宏塊大小來劃分整個檢測區(qū)域，宏塊內(nèi)的像素點(diǎn)是逐點(diǎn)從左到右、從上到下進(jìn)行差分運(yùn)算并得到宏塊差分系數(shù)，再計算出整個區(qū)域的差分系數(shù)，并同預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較實現(xiàn)閾值化。

軟件算法：對于某個檢測區(qū)域內(nèi)每個象素點(diǎn)(x,y)，T時刻與T-n時刻亮度(Y)的差值為Mx,y(T)=Yx,y(T)-Yx,y(T-n),ifMx,y(T)-Mx,y(T-n)≥TaThenL =True，進(jìn)而得到區(qū)域差分系數(shù)IMsum=∑L；判斷是否為移動發(fā)生，可由所有設(shè)置檢測區(qū)域的IMsum值同預(yù)設(shè)閾值比較來判斷，if∑IMsum( )≥Tb，移動發(fā)生=True,Else移動發(fā)生=False，其中，Ta,Tb為適當(dāng)閾值量[6]。

2.3業(yè)務(wù)處理軟件

研發(fā)基于Android平臺的APP前端軟件，使得手機(jī)直接通過3G/4G GPRS連接到后臺服務(wù)器上進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，實現(xiàn)功能全面移動化；采用純微軟企業(yè)級應(yīng)用平臺研制后臺處理軟件，實現(xiàn)外破隱患案例分類、流程、歸檔功能；結(jié)合GPS定位系統(tǒng)、國網(wǎng)GIS系統(tǒng)和手機(jī)地圖，研制線路巡檢人員手機(jī)定位及巡檢點(diǎn)跟蹤軟件，實現(xiàn)巡檢點(diǎn)跟蹤和快速桿塔定位。

3系統(tǒng)功能

系統(tǒng)實現(xiàn)移動外破告警、移動巡檢和移動隱患辦理三個主要功能。移動外破告警：系統(tǒng)利用移動影像偵測技術(shù)，對攝像裝置實時采集的外破現(xiàn)場動態(tài)影像，實時智能識別，觸發(fā)報警功能，向手機(jī)終端發(fā)送報警信號，以提示隱患現(xiàn)場可能存在的事故隱患情況；同時系統(tǒng)即時自動記錄現(xiàn)場圖片以及實時視頻，傳送到后臺服務(wù)器。各類運(yùn)維人員可根據(jù)報警通知，直接連接遠(yuǎn)程服務(wù)器或現(xiàn)場攝像裝置[7-8]。移動巡檢：以國網(wǎng)GIS和百度地圖為支撐，運(yùn)維人員可通過手機(jī)安排巡檢計劃、定位巡檢路線、拍攝保存隱患現(xiàn)場影像資料；巡檢業(yè)務(wù)資料可通過3G/4G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場上傳到后臺服務(wù)器，也可以在辦公室WIFI環(huán)境下進(jìn)行。 移動隱患辦理：運(yùn)維人員可通過手機(jī)，對隱患現(xiàn)場實況、處理過程、隱患告知程序、重要相關(guān)文件材料等進(jìn)行處理，實現(xiàn)隱患的全過程治理；后臺服務(wù)器按輸電線路隱患名稱，對每個隱患點(diǎn)自動建立檔案，按時間序匯集相關(guān)影像資料和處理材料，并可由手機(jī)調(diào)閱，檔案材料可按模板整理導(dǎo)出為WORD文檔。

4結(jié)束語

系統(tǒng)充分利用了智能手機(jī)的優(yōu)異性能和普及性，企業(yè)無需再去購置價格高昂的巡檢專業(yè)設(shè)備。開發(fā)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)穿透技術(shù)，可以利用普通互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，極大降低了系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。應(yīng)用動態(tài)影像偵測技術(shù)，自動推送隱患預(yù)警提示信息到管理人員、巡檢、護(hù)線員的手中，極大減輕了工作人員的工作負(fù)擔(dān)和勞動強(qiáng)度，顯著降低了輸電線路防外破工作的人力成本。系統(tǒng)首創(chuàng)將外破防護(hù)、巡檢線路移植到手機(jī)移動平臺進(jìn)行，建立起輸電線路防外破無人值守、隨時隨地處理的全天候防護(hù)體系，達(dá)到人防、技防的高度統(tǒng)一，有力地保障了線路安全運(yùn)行和電網(wǎng)安全，維護(hù)了社會公共安全和地方國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有較高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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New Type Power Transmission Line Anti-breaking System Design Based on Mobile Internet Technology

XIAO An-nan1，LIU Wu1，LIU Zheng-guo2，CAO Nan-sheng1，YU Bin1

(1. State Grid, Anqing 246003, China ;2. Anhui Sinopage Information Technology Co., Ltd., Anqing 246005，China)

Abstract:By making use of Motion Detection, GIS &VPN technology, a new type power transmission line anti-breaking system is designed on smart phone client in mobile internet environment, so that the power transmission line anti-breaking work can be done in unmanned mode anytime and anywhere.

Key words:power transmission line anti-breaking system，mobile internet，intelligent mobile phone，motion detection

文章編號：1007-4260(2015)03-0045-03

中圖分類號：TP391

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2015.03.013

作者簡介：肖安南，男，安徽金寨人，國網(wǎng)安徽省電力公司高級工程師，主要從事電力生產(chǎn)、安全保衛(wèi)工作。

收稿日期：2015-04-23

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-8-25 15:40網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20150825.1540.013.html