应用移动互联网技术设计新型输电线路防外破系统

肖安南，刘　武，刘正国，操南圣，余　斌

(1. 国家电网 安徽安庆分公司，安徽 安庆 246003； 2. 安徽华章信息技术有限公司， 安徽 安庆 246005)



应用移动互联网技术设计新型输电线路防外破系统

肖安南1，刘武1，刘正国2，操南圣1，余斌1

(1. 国家电网 安徽安庆分公司，安徽 安庆 246003； 2. 安徽华章信息技术有限公司， 安徽 安庆 246005)

摘要：依托3G/4G移动互联网，以智能手机作为移动终端，应用动态影像侦测、地理信息(GIS)、网络穿透技术，设计建设新型输电线路防外破系统，实现防外破工作全天候无人值守。

关键词：输电线路防外破系统；移动互联网；智能手机；移动侦测

随着社会经济的高速发展，各行各业对电能供应的可靠性提出了更高的要求。而输电线路运行环境复杂，一方面，受自然环境影响直接，如风雨、雷电、冰冻等都可能导致输电线路运行故障和事故；另一方面，由于输电线路没有专门路径和通道，与其他社会生产形成重叠和交叉，各类基础设施建设、工农业生产、社会群众休闲娱乐等社会活动时常造成输电线路外破事故。从当前输电线路运行情况来看，外破事故占电网安全事故比例较大，因此，如何防范输电线路外破事故，确保电网安全运行，是当前电网运行管理的重要课题。 传统输电线路防外破系统主要是由传统监控摄像加计算机流程处理组成，监控摄像拍摄外破现场影像，传输到集中监控室，管理人员24小时值班监守。隐患业务流程通过传统的计算机网络进行流程化处理。这种人盯人防的工作方式不能从根本上解决输电线路防外破问题。为此，我们提出应用移动互联网和先进影像技术，以智能手机作为移动应用终端，进行新型输电线路防外破体系建设[1-4]。

1系统硬件设计

系统由3G/4G网络、现场摄像仪、智能手机、服务器和后台软件业务处理平台组成，如图1所示。

图1系统组成

系统硬件主要为现场摄像装置、智能手机、服务器等，如表1。

表1　系统硬件列表

2软件设计

2.1 移动互联网穿透连接

目前国内3G/4G网络运营商，给客户移动终端仅提供运营商内网地址，没有公网IP地址，通过其转发连通互联网，使得用户难以连接自配的内网后台服务器，同时在运营费用方面也存在较大压力。为此，需要研发针对3G/4G网络的穿透传输软件，实现移动3G/4G网络和自配内网相互穿透连接，无需网络运营商干预，即可连接内网后台服务器进行业务处理，极大降低系统使用和运营成本。

为此，利用GPL版权许可的OpenSSL SSLv3/TLSv1协议函数库，开发定制端到端的对等方式SSL VPN通道，实现移动3G/4G网络和自配内网相互穿透连接。通道工作在传输层和应用层之间，充分利用SSL协议提供的基于证书的身份认证、数据加密和消息完整性验证机制，在公网上加密封装出一个数据通讯隧道，移动客户端连上互联网后，通过隧道连通后台服务器，这样只要能连接互联网就能利用VPN穿透访问后台服务器，全天候全时间进行外破防护工作[5]。

2.2移动影像侦测

为实现外破监控无人值守，需要开发移动影像侦测软件，进行外破影像动态捕捉。对摄像头所拍摄的前后画面(视频帧)进行对比，一旦检测出拍摄的画面与之前的画面存在的差异达到指定阈值时， 系统立即记录拍摄到的画面并存档，同时通过预警通知功能发送到手机上，实现外破监控无人值守，真正做到让危害线路安全的行为一“触”即“发”。画面阈值可以根据现场实际情况进行调节，排除干扰。

系统运动侦测基于MPEG图像格式，算法采用时间差分法(相邻帧差)。MPEG视频流由三类编码帧组成，它们分别是：关键帧(I帧)，预测帧(P帧)和内插双向帧(B帧)。I帧按JPEG标准编码，独立于其他编码帧，它是MPEG1视频流中唯一可存取的帧，每12帧出现一次。截取连续的I帧，经过解码运算，以帧为单位连续存放在内存的缓冲区中，再利用函数在缓冲区中将连续的两帧转化为位图形式，存放在另外的内存空间以作比较之用。图像比较算法采用时间差分法(相邻帧差方法)(Temporal Difference)，在连续的图像序列中两个或三个相邻帧间，采用基于像素的时间差分并且阈值化，来提取图像中的运动区域。像素的时间差分及阈值化具体实现时，先把整个画面按16*16像素宏块大小来划分整个检测区域，宏块内的像素点是逐点从左到右、从上到下进行差分运算并得到宏块差分系数，再计算出整个区域的差分系数，并同预设阈值进行比较实现阈值化。

软件算法：对于某个检测区域内每个象素点(x,y)，T时刻与T-n时刻亮度(Y)的差值为Mx,y(T)=Yx,y(T)-Yx,y(T-n),ifMx,y(T)-Mx,y(T-n)≥TaThenL =True，进而得到区域差分系数IMsum=∑L；判断是否为移动发生，可由所有设置检测区域的IMsum值同预设阈值比较来判断，if∑IMsum( )≥Tb，移动发生=True,Else移动发生=False，其中，Ta,Tb为适当阈值量[6]。

2.3业务处理软件

研发基于Android平台的APP前端软件，使得手机直接通过3G/4G GPRS连接到后台服务器上进行业务处理，实现功能全面移动化；采用纯微软企业级应用平台研制后台处理软件，实现外破隐患案例分类、流程、归档功能；结合GPS定位系统、国网GIS系统和手机地图，研制线路巡检人员手机定位及巡检点跟踪软件，实现巡检点跟踪和快速杆塔定位。

3系统功能

系统实现移动外破告警、移动巡检和移动隐患办理三个主要功能。移动外破告警：系统利用移动影像侦测技术，对摄像装置实时采集的外破现场动态影像，实时智能识别，触发报警功能，向手机终端发送报警信号，以提示隐患现场可能存在的事故隐患情况；同时系统即时自动记录现场图片以及实时视频，传送到后台服务器。各类运维人员可根据报警通知，直接连接远程服务器或现场摄像装置[7-8]。移动巡检：以国网GIS和百度地图为支撑，运维人员可通过手机安排巡检计划、定位巡检路线、拍摄保存隐患现场影像资料；巡检业务资料可通过3G/4G网络现场上传到后台服务器，也可以在办公室WIFI环境下进行。 移动隐患办理：运维人员可通过手机，对隐患现场实况、处理过程、隐患告知程序、重要相关文件材料等进行处理，实现隐患的全过程治理；后台服务器按输电线路隐患名称，对每个隐患点自动建立档案，按时间序汇集相关影像资料和处理材料，并可由手机调阅，档案材料可按模板整理导出为WORD文档。

4结束语

系统充分利用了智能手机的优异性能和普及性，企业无需再去购置价格高昂的巡检专业设备。开发实现的网络穿透技术，可以利用普通互联网络，极大降低了系统运行费用。应用动态影像侦测技术，自动推送隐患预警提示信息到管理人员、巡检、护线员的手中，极大减轻了工作人员的工作负担和劳动强度，显著降低了输电线路防外破工作的人力成本。系统首创将外破防护、巡检线路移植到手机移动平台进行，建立起输电线路防外破无人值守、随时随地处理的全天候防护体系，达到人防、技防的高度统一，有力地保障了线路安全运行和电网安全，维护了社会公共安全和地方国民经济发展，具有较高的社会效益和经济效益。

参考文献:

[1] 吴在军,胡敏强.基于IEC61850标准的变电站自动化系统研究[J].电网技术,2003,27(10):61-65.

[2] 王钢,丁茂生,李晓华，等.数字继电保护装置可靠性研究[J].中国电机工程学报，2004,24(7):47-52.

[3] 徐天奇.基于IEC61850的数字化变电站信息系统构建及可靠性研究[D].武汉：华中科技大学,2009.

[4] 李建忠.如何做好输配电线路安全运行维护[J].电力安全技术，2007，9(5)：46-47.

[5] 张学杰,李大兴. SSL技术在构建VPN中的应用[J].计算机应用, 2006, 26(8)：1827-1831.

[6] 林宝如,张忠,熊壮.视频移动侦测技术在城市交通管理中的应用[J].重庆大学学报,2008，29(2)：41-43.

[7] 高翔,张沛超.数字化变电站的主要特征和关键技术[J].电网技术,2006,30(23):67-71.

[8] 董士崇,王天珍,许刚.视频图像中的运动监测[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2004, 26(4)：1-3.

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

文章编号：1007-4260(2015)03-0045-03

中图分类号：TP391

文献标识码：A

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

作者简介：肖安南，男，安徽金寨人，国网安徽省电力公司高级工程师，主要从事电力生产、安全保卫工作。

收稿日期：2015-04-23

网络出版时间：2015-8-25 15:40网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1150.N.20150825.1540.013.html