SP-CDMA基于CDMA1X的输电线路无线视频监控系统

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。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。其基本工作原理是：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、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VF－C600。它是一款集成度高、体积小巧、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；（3）可同时传输视频流及数据；（4）支持远程云台、镜头控制；（5）支持远程IP地址、ID号等参数修改；（6）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；（7）电源输入电源范围宽：11～40VDC；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352×288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、PPP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，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C－S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。太阳能供电无线通信和视频监控解决方案2007-8-2一、太阳能供电技术简介在当前全球能源紧张，价格飞涨的情况下，许多国家采取优惠的政策鼓励太阳能技术的开发和应用。太阳能供电技术作为一种高新技术，最早应用于航空探险等高端应用场合，随着各国的推动，太阳能供电技术也得到了日新月异的发展，太阳能发电和太阳能供电技术日益走进民用应用的场合。在森林、道路、河流、山川等通信或音视频电子设备应用场合，主要采取电网供电和电池供电方式，电池供电往往只能解决临时的需要，不能作为长期的供电电源；而采取电网供电方式存在诸多缺点：1、供电方式为电缆输送，工程施工困难，造价高昂；2、系统维护不便，高压输送存在安全隐患，运营成本高；3、安装、组网困难。而太阳供电系统工作时无需水、油、汽、燃料，只要有光就能发电的特点，是清洁、无污染的可再生能源，而且安装维护简单，使用寿命长，可以实现无人值守，倍受人们的青睐，是新能源的领头羊。近年来，太阳能的应用在全球越来越广泛，特别是在野外领域，太阳能电源系统正逐步取代一些传统的电源设备，得到越来越普遍的应用。太阳电池方阵在晴朗的白天把太阳光能转换为电能，给负载供电的同时，也给蓄电池组充电；在无光照时，由蓄电池给负载供电。太阳能供电系统由太阳电池组件构成的太阳电池方阵、太阳能充电控制装置、逆变器、蓄电池组构成。太阳能电池板阵列组件●太阳能电池板阵列的表面采用复合材料，由进口层压机层压而成。气密性、耐候性好，抗腐蚀、机械强度好。●太阳电池为单晶硅太阳电池，太阳电池转换效率高。而且太阳能电池板阵列一次性性能佳。●太阳电池在制造时，先进行化学处理，表面做成了一个象金字塔一样的绒面，能减少反射，更好地吸收光能。●采用双栅线，使组件的封装的可靠性更高。●太阳能电池板阵列抗冲击性能佳，符合IEC国际标准。●太阳能电池板阵列层之间采用双层EVA材料以及TPT复合材料，组件气密性好，抗潮，抗紫外线好，不容易老化。●ABS塑料接线盒，耐老化防水防潮性能好。●带有旁路二极管能减少局部阴影而引起的损害。充放电控制器●智能控制器能控制多路太阳电池方阵对蓄电池组的充电，并实现蓄电池给负载供电。●采用先进的阶梯式逐级限流充电方法，依据蓄电池组端电压的变化趋势自动控制多路太阳电池方阵的依次接通或切离，既可充分利用宝贵的太阳电池资源，又可保证蓄电池组安全而可靠的工作。●蓄电池组过放电保护功能。●蓄电池组过充电保护功能。●太阳电池、蓄电池、负载反接保护。●太阳电池防反充功能。●太阳电池充电控制功能。●负载供电控制功能。●提供RS232和RS485通信接口，便于实现远端和近端监控。蓄电池组●蓄电池组是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件，因为太阳能供电系统本身只有光电转换的作用。为了解决太阳光能供电的同步性和储能的效果，满足阴雨天和夜间的正常供电，必须配备合理的蓄电池组。●蓄电池容量应能保证连续最长的阴雨天的供电。二、