基于无线通信的高压输电线在线监测系统设计应用研究

王斌

摘要：在高压输电线路巡检中，由于受到外界环境因素的影响，人工巡检存在一定的困难，难以保证结果准确无误，不能及时发现高压输电线路上存在的安全隐患。在这种背景下，引入现代通讯技术，设计高压输电线路在线监测系统，并对监测系统运行控制策略进行深入的分析，对提升高压输电线路运维巡检质量和水平的提升具有积极的意义。

关键词：高压输电线路；在线监测；视频监控；4G

1 基于无线通信的高压输电线路在线监测系统概述

1.1 系统关键技术

在高压输电线路的在线监测中，监测的对象是输电线路的状态参数，比如实验数据、离线监测数据、实时数据等，具体包括以下几类：电线类、金具类、绝缘子串类、杆塔类、基础类、外部环境类等。基于无线通信的在线监测系统关键技术有电路设计技术、超低功耗技术、传感器技术、图像采集技术、无线通信技术、监测装置供电技术、GIS技术、GPS技术等。

1.2 系统总体设计

基于无线通信的高压输电线路在线监测系统的整体设计是自上而下进行的，要保障系统 运行的基本功能，而且在此基础上提高系统运行的安全性、可靠性、灵活性、简单性、经济性和效率性。本文研究的在线监测系统由三部分核心部件构成，即现场多功能基站、4G无线通信视频监控系统和监控中心软件。现场多功能监测基站是整个系统的核心，其由以下几个模块构成：摄像机和云台、GPS定位装置、WaveconQ2406B GSM/GPRS模块、4G视频监控终端、多种监测传感器、单片机控制系统、太阳能供电系统等。

本系统主要实现以下功能：

①对高压线路及杆塔进行远程在线监视，解决人工巡视难的问题，实现全天候在线监视；

②远程在线监测高压线路绝缘子污秽、导线及金具发热、杆塔振动以及环境影响等问题；

③远程在线监测高压线路外力破坏情况；

④实现高压线路野外检修的在线监控与指挥；⑤向上级实时报告情况。

2 现场多功能监测基站设计

2.1 多功能监测基站硬件组成

基于无线通信的高压输电线路在线监测系统的多功能监测架站硬件由以下几个部分构成：单片机控制系统、GPS定位装置、4G视频监控终端、摄像机、多功能监测传感器、太阳能供电系统等。其中单片机控制系统模块又包括温湿度传感器、风速风向传感器、倾斜传感器、杆塔振动监测装置、导线及金具温度监测装置、泄漏电流监测装置、GPS定位装置等。太阳能供电系统则包括太阳能电池板、蓄电池、电源管理模块。

2.2 现场多功能监测基站的软件控制

现场多功能监测基站的单片机控制系统程序的整体设计采用数据采集的触发模式，包括事件触发和指令触发两种。其中事件触发为：当有异常事件触发报警时，下位机采集数据；指令触发为：当接收到上位机下发的指令时，采集数据。云台和摄像机实现调整方位、焦距、光圈与视角，采用PELCOD传输控制协议，指令码包括拉远焦距、视角变宽与变窄、光圈变大与变小、灯光打开与关闭、变倍短与变倍长、设置与删除预置位、停止命令等。

WaveconQ2406B GSM/GPRS模块基本参数设置步骤为：连接测试→关闭回显→设置短消息NEXT格式→设置短消息自动接收→选择语音声道→不返回呼叫电话号码→返回呼叫类型→设置波特率→设置8位数据位→设置1位停止位→打开TCP/IP协议线→将设备到网络上面注册→通过GPRS模式连接Internet→设置APN的名字→设置登录的账号→设置登录的密码→设置邮件服务器端口→设置邮件的接受方式→设置POP3服务器的端口→关闭回显→保存设置。

3 4G无线通信视频监控系统设计

3.1 4G无线通信视频监控系统组成

在本系统中，由于在线监测系统是基于无线通讯的，因此选择当前技术较为成熟的4G网络作为无线通信手段。4G无线通信视频监控系統由通讯基站、4G视频监控终端、4G网关、4G无线移动通信网、4G服务器等组成。為提升视频传输质量和即时性，减小数据传输的延时，本系统采用RTP/RTCP协议。

RTCP协议实现的主要功能包括：

①提供发送数据的传送质量反馈；

②为RTP源提供一个永久性规范性名字的传送层标志；

③根据参与会话者的数量自动调整RTCP包的发送率；

④其他可选功能，比如传输会话控制信息。RTCP协议数据包主要分为以下几类，发送端报告（SR）、接收端报告（RR）、源描述（SDES）、通知离开（BYE）、应用描述（APP）。

3.2 4G视频数据的采集、处理与传输过程

基于无线通信的高压输电线路在线监测系统的正常运行中，地面监控基站向视频系统发送指令，视频系统根据指令完成视频监控，并将视频传送到地面监控基站的电脑中，供巡视工作人员检查。基于4G通信的视频数据采集过程为：打开设备并初始化→获取设备信息和图像信息→设定视频采集参数→采集视频数据→图像数据处理（按H.264编码格式进行压缩）→关闭设备。视频数据的处理主要是按照H.264视频编解码器的算法进行。

视频数据的传输中，发送端过程为：设置接收端IP地址与端口号→创建RTP会话→设置RTP会话参数→发送视频数据→停止发送视频数据→结束；接收端过程为：获取用户设定端口→创建RTP会话→接受RTP数据包→检索数据源→获取RTP数据报→删除RTP数据报→结束。

参考文献：

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[3]陈久林，徐陈成.基于无线传感器网络的输电线路在线监测系统[J].江苏电机工程，2013.6.

[4]原殊皓，姚俊.基于无线传感器网络的高压输电线在线监测系统研究[J].山东工业技术，2014.19.