基于3G网络的电力铁塔无线视频监控实现方法

刘 涛

（太原供电分公司，山西 太原 030012）

1 概述

电网视频监控系统对于保障电网安全稳定运行至关重要，目前已成为电网必要辅助系统之一。电网视频监控系统包含室内监控与室外监控，广泛用于生产运行、检测检修、应急指挥等方面。室内监控主要是指监控场所位于变电站、调度中心等室内；室外监控是指监控场所位于高压铁塔、输电线路等电网的线路部分。电力铁塔无线视频监控系统具有显著的实际意义，可应用于电网（包括高压、超高压、特高压）中绝大部分线路，有效的提高电网特别是无人区域电网工作状况的自动化遥视监控程度，增强工作人员对电网的维护效率及其故障的分析、诊断能力。同时，该系统的采用也可使工作人员能及时应对铁塔的人为破坏等问题。

室内监控由于具备稳定的电源供应以及专用的通信网络实现较为容易，目前也已具备成熟的方案；室外由于不具备电源和通信网络两个基础条件，因此实现较复杂尚处于实验探索阶段。

随着无线网络通信技术和太阳能电池技术的进步和普及，针对电力铁塔的视频监控系统逐步成熟，逐步从实验室走向大规模部署的阶段。文章首先分析了电力铁塔无线视频监控中的现状和特殊性；其次提出了针对室外视频监控特殊性的完整解决方案；最后也对电力铁塔视频监控的发展趋势作出了展望。

2 铁塔视频监控的特点

电力铁塔视频监控属于室外视频监控范畴，主要具备两个特点：无源性和无线性。

2.1 无源性

无源性，即电源需要自给室外监控面临的首要技术难题是电源的提供。目前常见的解决方案包括外接电源供电、高压感应电源供电和太阳能供电3种方式。其中外接电源有较强的地域限制，基本不符合室外监控的实际情况。高压感应电源供电所需设备体积较大，安装复杂，最大的局限性在于需要接触原有高压导线，有可能对电网正常运行造成潜在影响。太阳能供电的优点在于运行独立，安装简便，不用铺设任何额外的电缆，不影响线路本身的正常工作和运转，装配简单，易维护，但是其局限在于受天气情况影响较大，并且功率较低，无法支持较大设备长时间运行。

2.2 无线性

无线性，即通信采用无线网络。室外视频监控由于成本原因通常无法单独铺设光纤进行通信，因此通常采用无线通讯的方式。常见方式包括采用民用通信网络或采用微波通讯。前者使用三大运营商已经架设的无线网络，优点是网络现成，通信功耗低，缺点是带宽小。自己架设微波通讯，优点是带宽大，缺点是需要自己组网并且功耗高。

3 无线视频监控系统的原理与组成

针对无源性和无线性两个特点，文章采用太阳能供电模式和第三代移动通信（以下简称3G）网络作为数据传输网络，H.264技术作为视频编解码算法，提供一种室外电力铁塔视频监控的解决方案。

整个铁塔无线视频监控系统包括3部分，分别是监控终端、服务器端和客户端。监控终端部署在铁塔上，用于视频信息的采集编码，并通过3G无线网络将视频信号传至服务器端。服务器端接收各个监控终端传回的视频信号，并进行终端设置管理与视频录像储存的功能。客户端提供给工作人员用于实时视频监控。服务器端和客户端与室内视频监控系统相同，因此不作详细说明。文章重点解释电力铁塔监控终端的原理与组成。

图1 铁塔无线视频监控系统组成

电力铁塔监控终端由3个模块组成：视频模块、3G无线传输模块和太阳能供电系统。监控终端的基本工作原理是视频模块负责对视频信息进行采集、编码，然后接入3G网络，通过TCP/IP协议将压缩编码后的数据实时传输到服务器端。太阳能供电系统负责整个监控终端的电源供应。

视频模块包括摄像机，视频编码模块。视频编解码采用H.264编码技术。较之于MPEG-4，H.26x等编码技术而言，H.264在低带宽环境下有着更出色的表现。此外视频编码和传输还采用动态服务质量（Qos）控制功能，可依据无线网络带宽的时变情况自适应调整视频编码及网络传输参数。

3G无线传输模块采用网络通信厂商的3G网络传输板卡。自从2009年3G牌照发放以来，3G网络基础建设已经历时两年。按照工信部指导意见预计到2011年底，3G网络将覆盖全国所有地级以上城市，以及大部分的县、乡、主要高速公路和景区。3G网络的建成不仅能够满足个人无线通讯日益增长的需求，也可部分用于电力系统监控信号传输需要，尤其是用于室外高压铁塔的视频监控需求。以WCDMA网络为例，传统WCDMA网络理论上数据传输速率最高是2Mbit/s，中国联通采用HSPA+增强技术后，理论下行速率为7.2Mbps，其理论上行速率为5.76 Mbps。根据实际测试，静止条件下，上行速率在0.7～1.5 Mbps。为了适应无线网络带宽窄传输不稳定的特点，视频压缩采用H264编码技术，CIF（355*288）格式图像，20 帧 /s，码率可以压缩到 256 kbps。利用WCDMA网络，基本可以实现视频监控需求。

太阳能供电系统主要由太阳能电池板、控制器、定时器和蓄电池构成。控制器用于存放电控制，定时器可以控制系统运行的时间。由于太阳能供电功率较低，因此通常用于指定时间段的监控需求，需要定时器来进行时间开关控制。太阳能供电系统的成熟应用也为室外的稳定供电提供了可行性。通过多晶硅太阳能电池板搭配蓄电池的供电模式可以提供每天工作8 h的所需电力。

4 结束语

基于3G网络和太阳能供电系统的电力铁塔无线视频监控系统也存在一定的局限性。比如受限于3G网络的建设速度，以及与民用共享网络带来的对网络稳定性的干扰，太阳能供电导致的易受天气影响等问题。这些问题一方面随着网络建设和太阳能组件的进步获得解决；另一方面也可以通过视频编解码技术的不断进步以及采用更低功耗的元器件来弥补。

电力铁塔无线视频监控系统由于具备了独立的供电系统和网络传输系统，因此可以进行灵活的扩展，可以方便的将铁塔倾斜角度、高压线路温度等数据的监控集成进系统内，使得单独的一个电力铁塔监控终端可以完成综合全面的监控需求，从而施展更大的作用。

[1]孙凤杰等，2005：《远程数字视频监控与图像识别技术在电力系统中的应用》，《电网技术》，第29卷第5期.

[2]崔燕明等，2010：《电网视频监控系统及接口技术标准》，《电力系统自动化》，第34卷第20期.

[3]朱秀：《数字图像处理与图像通信》，北京，北京邮电大学出版社，2002.