小波变换在小区变监控系统图像输出上的应用

2014-06-25颜昕

电力安全技术 2014年3期

颜昕

（国网南京供电公司，江苏南京 210000）

随着国民经济的飞速发展，城市的工业和民用负荷增长很快，对供电企业安全可靠供电的要求也越来越高。但由于小区变电站分布广、数量大，供电企业往往难以及时发现其运行中出现的问题，致使因其设备故障或事故导致用户停电的情况时有发生。由于计算机和通讯技术的发展，加之人们对自动化理论认知的深化，一种基于无线公网的远程监控系统解决了小区变电站难以有效管理这一长期以来困扰供电企业的难题，并已经在实际应用中取得了良好的效果。

1 小区变远程监控系统的作用

小区变远程监控系统在小区变电站可实现以下监控作用。

(1)将安保和消防等功能融为一体。针对当前小区变无人值守的状况，通过增加防盗报警、火灾报警、SF6气体泄漏报警、缺氧报警等功能，及时将小区变的异常情况告知运行维护人员，以及时消除事故隐患，提高运行管理水平。

(2)实现小区变电站运行状态的监测及保护。保护方式有以下几种：过电流保护、差动保护、电流速断保护、零序电流保护、过负荷保护。

(3)解决了电力系统对小区变难以集中管理的难题。通过对多个小区变无线组网，用1台终端即可监测网内所有的小区变，实现对所辖小区变集中遥信、遥测和遥控。

2 小区变监控系统组成

小区变综合监控系统由门禁功能、防盗报警功能、火灾报警功能、SF6气体泄漏检测报警功能、无线远程遥测功能、图像显示等功能组成。小区变综合监控系统如图1所示，系统采用ARM+DSP架构。ARM运行Linux系统，接收SF6变送器、防盗探测器、门禁读卡器、DSP串口数据等信号，并驱动相应的空调、大门、通风机、开关柜和GPRS无线射频模块等设备。DSP用于控制监控系统，采集现场图像并通过算法压缩图像经串口发送至ARM。

图1 监控系统工作原理

图1中最小系统负责采集现场各项检测信号，并将采集到的现场检测信号进行数模转换、分析运算，完成相应外设驱动功能。GPRS传输模块负责将经过处理的数据或实时的报警信号通过无线公网上传至集控中心上位机。集控中心上位机主要由监控计算机(上位机)和监控管理软件组成，1台管理终端单元可对数十个小区变电所进行集中监控，可对各种监控数据进行分类管理，并可实现相应的遥测、遥信和遥控功能。

3 小波压缩算法

小区变综合监控系统需要将变电站现场实时数据通过GPRS传输至集控中心上位机，监控系统在遇到突发情况，如防盗报警、事故异常等情况时，将及时启动监控视频探头抓拍现场情况。由于图片数据量一般较大，而目前的GPRS带宽和资费问题，有必要将图片数据进行压缩处理。由于图片的二维编码信息中包含较大的冗余细节成分，所以考虑采用小波包分析算法对图像数据进行压缩。在同样的通信容量下，如果将图像数据压缩后再传输，就可以传输更多的图像。

图像压缩的要求是：压缩后的图像要有合适的信噪比，在压缩、传输、恢复过程中要求图像的失真小。

基于多分辨分析的小波变换可以对信号进行有效的时频分解，小波分析能够为信号提供一种更精细的分析方法。它将频带进行多层次划分，对多分辨率分析没有细分的高频部分进一步分解，并能够根据被分析信号的特征，自适应地选择相应频带，使之与信号频谱相匹配，从而提高了时-频分辨率。因此小波变换具有更广泛的应用价值。小波分析可以表示为图2的小波树状结构。

图2 小波分解结构

在图2中，A表示低频，D表示高频，末尾的序号数表示小波分解的层树。其分解关系为：S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3。由于图像经过小波分解后，可得到不同分辨率的子成分，而不同分辨率的子成分对应的频率是不相同的。对一个图像来说，表现一个图像最主要的部分是低频部分，所以一个最简单的压缩方法是利用小波分解，去掉图像的高频部分而只保留低频部分。

以图3所示的小区变监控图片为例，采用sym3小波进行2层小波树分解，可得到图4所示的分解结构。