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基于视频监控技术的多功能无线电力自动记录系统

2008-07-17
作者:张 弘1, 王 昕1, 李冬梅2

  摘 要: 提出并设计了一套基于视频监控" title="视频监控">视频监控技术的多功能无线电力自动记录系统WVRS,在自动记录电表数据的同时实现远程交互控制、危险报警、数据分析等功能,结合基于图像内容的信息检索技术,实现对海量电表图像数据的快捷查询和管理。
  关键词: WVRS(Wireless Video Recording System) 视频监控 无线传输" title="无线传输">无线传输 基于内容


  传统的人工抄表" title="抄表">抄表开销大,不方便控制,经常出现误抄、偷电等现象。
  结合国内电表现状和抄表技术的发展历程[1],GPRS无线Modem抄表通讯将成为主力。目前众多基于GPRS网络的自动抄表系统" title="自动抄表系统">自动抄表系统中居民电表集中器" title="集中器">集中器首先需要通过RS-485方式传输到抄表终端,再由抄表终端接入GPRS [2~4];这类系统角度出发,仅仅将读表结果传入无线网络,对居民电表参数、异常情况等信息不能同步传输[5~6]。
  笔者从一个全新的角度设计了基于视频监控的电力自动抄表系统WVRS。该系统使用了先进的视频数据压缩传输技术,对现场数据实时压缩,无线传输;后台采用图像处理技术,准确识别图像中的字符信息,实现自动抄表功能;同时对电表参数、安全信息等进行及时分析处理,实现档案记录、危险报警等附加功能,从而对农村电力设备进行科学管理。
  图1是整个无线视频监控的电力自动记录系统框图。图中形似手枪的部分集成了红外线摄像头、压缩设备和GPRS数据发射模块,能将采集到的图片/视频进行实时压缩(JPEG2000/ MPEG-4),通过GPRS模块发射到无线机站;终端采用与发射模块有同样IP地址的PC机接收数据,并对接收到的图片/视频进行解码,进而提取所需信息及后台管理。


  本系统将采集压缩、无线传输、图像识别、数据管理集于一体,实现了对居民电表集中器现场监控、图像传输和数据管理三大功能,为用电管理自动化提供了有效的技术手段。本文将从技术分析和产品应用两个方面对WVRS进行阐述。
1 无线视频监控技术
1.1 图像采集与视频压缩

  居民电表集中器图片/视频数据的采集使用红外线摄像头。该摄像头具有夜视功能、图像传感器为1/3' SONY B/W CCD、输出信号为CCIR B/W、信噪比达48dB以上,质量200克。该摄像头能够完全适应农村电表集中器周围光线暗、亮度不均匀的环境,满足电表数据采集精度的需要。
  由红外线摄像头动态采集的视频和图片数据,进入视频图像压缩设备。压缩板针对不同的数据采用了不同的压缩算法,静图(图片)采用JPEG2000进行压缩,动图(视频)采用MPEG-4标准[7]。压缩硬件使用AD公司的DSP高速处理芯片。 整个图像采集与视频压缩系统达到以下指标:
  (1)压缩技术:JPEG2000/MPEG4标准,硬件实时编码;
  (2)视频输入:支持NTSC及PAL制式;
  (3)显示帧率:1~25帧/秒可调;
  (4)传输码率:56kbps~1.5Mbps可调;
  (5)分辨率:支持160×120、192×144、320×240、352×288、512×384、640×480、720×576像素图像;
  (6)网络协议:GPRS无线传输;
  (7)传输方式:支持点对点、广播、组播等多种方式。1.2 基于GPRS的无线传输
  GPRS无线传输模块内置申请了GPRS业务的SIM卡,模块外接一个RS232串口用于通信。视频压缩设备与GPRS模块之间用串口通信,压缩数据按网络协议要求打包发送到无线网络。
1.3 基于图像内容的信息检索、查询系统
1.3.1 信息获取

  WVRS系统得到的电表集中器的图片/视频图像数据提供了电表信息(如电表生产厂及序号、校表日期、电表型号、电表读数、记录日历时钟等)、状态信息(如居民月用电量超过限定值、或无用电量或用电量出现负数等需要特殊标识)以及安全信息(如出现电度表出厂序号与档案不符、电表超期服役、校表日期超过期限等)。
  此外WVRS系统还在后台运用图像恢复和增强技术对原始图像进行了预处理,能将图像采集、压缩和传输过程中可能丢失的信息进行最大限度的补偿。经过测试,读表正确率达99%以上。对于不能正确读表的情况,利用WVRS方便快捷的交互功能,迅速通知前端图像采集模块重新采图,真正做到电力系统管理自动化。
1.3.2 基于图像内容的信息查询
  视频图像数据包含的信息多,内涵丰富,但结构复杂,数据量大,带来了存储、检索和查询上的不便[8]
  为了对视频图像信息进行方便快捷的检索,找到电力管理人员感兴趣的信息,笔者把视频图像数据重新进行组织,使之成为便于搜索、易于交互的数据。
  WVRS系统能够自动记录每个电表每月用电情况,并综合所有数据建立数据库,对每家每户的用电情况建立档案。最终,WVRS系统将电力管理部门最关心的电表中的数字信息、字符信息、安全信息与用户档案中记录用户的电信息融为一体,建立了快捷的数据查询系统,方便了电力管理部门对数据的存储、分析与统计。
2 视频监控技术在无线自动记录系统中的应用
  WVRS采用视频无线监控,数据实时可靠,为用电管理自动化提供了有效的技术手段,其原理框图如图2所示。


2.1 多功能自动记录系统介绍
  结合后台图像分析和消息反馈环节,WVRS系统能实现如下功能:
  (1)远程电表抄收:理论上可以达到0.04秒的视频采集间隔,记录间隔在0.04~1秒之间可调;
  (2)远程控制功能:通过GPRS网络实现实时控制,可以对不按规定交纳电费的用户实施远程断电等处理;
  (3)图像识别功能:对图像中的参数能准确识别,获取管理部门所需信息;
  (4)危险报警功能:对电力系统实时监控,对危险隐患能及时察觉,防止危险蔓延;
  (5)数据分析统计、检索功能:为每一个用户编制检索号,可随时检查任意用户明细档案。针对图像信息的特点,设计基于视频信息的数据库,实现基于图像内容的检索;
  (6)报表统计功能:将各供电所售电信息进行统计,制作月售电量汇总表,此表按明细分类进行划分,分别提供汇总信息。
2.2 兼容性特点
  关注抄表系统的发展,文献[1]提出两个目前最有潜力的发现方向:载波技术和基于GPRS无线抄表通讯[2][5~6]。由于我国电网现状不能在短期内改变,目前还没有适合我国电网状况的载波芯片。与以载波技术为核心的抄表系统相比,基于GPRS的电力抄表系统可靠性更高,且安装施工简易。另外本文提出的WVRS系统能自动分辨用户号和用电量,与电表的类型无关,非常适合中国市场电度表种类繁多的现状。
  本文结合目前电力系统管理中自动抄表的迫切需求,创新地将视频监控技术运用于无线电力记录系统中,很好地解决了电力表记录自动化的需要,提高了供电企业的管理水平。本系统兼容性强,易扩展,能满足电力系统自动化管理的全面需要。
参考文献
1 荆秋锋,刘素娟.立足国内电表状况谈抄表发展.电力建设,2004;25(9):41~43
2 徐 魁,蒋瑀瀛.基于GSM/GPRS通信的抄表系统. 电力系统自动化,2004;28(17):94~96
3 Brasek, C. Urban utilities warm up to the idea of wireless automatic meter reading, Computing & Control Engineering Journal. Volume 15, Issue 6, Dec.2004-Jan.2005:10~14
4 Min Li, Wei Cai, Zheng Tan.Application of image monitoring technique in remote monitoring system for insulators.Intelli-gent Control and Automation, 2004.WCICA2004. Fifth World Congress, June 2004;6:5134~5137
5 雷学丽,杨锡运,徐大平.基于GPRS技术地集中式自动抄表系统.电力自动化设备,2004;24(8):76~78
6 粟玉霞,徐建政,刘爱兵.GPRS技术在自动抄表系统中的应用,电力自动化设备,2003;23(12):52~54
7 张旭东, 卢建国,冯 健. 图像编码基础和小波压缩技术——原理、算法和标准. 北京:清华大学出版社,2004年3月(第一版)
8章毓晋.基于内容的视觉信息检索. 北京: 科学出版社,2003年5月(第一版)

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