电力施工现场全过程监控系统的设计与实现

2017-06-15周静任冲茹玉青李杰

综合智慧能源 2017年5期

关键词：全过程施工现场无线

周静，任冲，茹玉青，李杰

(国网安徽省供电公司凤台县供电公司，安徽凤台 232100)

电力施工现场全过程监控系统的设计与实现

周静，任冲，茹玉青，李杰

(国网安徽省供电公司凤台县供电公司，安徽凤台 232100)

论述了电力施工现场发生安全事故的原因及现行的安全管理模式，对该模式下存在的问题进行了深入分析，针对这些问题设计并实现了一套电力施工现场全过程监控系统，规范了工作人员的作业行为，提高了电力作业的安全系数。

电力施工现场；监控系统；安全系数；设计实现

0 引言

近年来，电力行业飞速发展，电力安全越来越重要。国家也不断采取安全管理监督政策来保障工作人员的安全。但现行的安全人员飞检监督模式不能做到全覆盖、全过程的安全监督且浪费人力、物力，因此，改善当前电力安全监督模式具有重要的现实意义。

本文设计实现了一套电力施工现场作业全过程监控系统，具有违章报警、实时监控的功能，通过规范工作人员的行为提高了电力作业的安全系数。

1 电力施工现场监督概况

为保障安全，电力施工现场普遍设置安全围栏，但部分工作人员仍存在习惯性违章，随意穿越安全围栏，导致安全事故发生。目前的解决方案是由安全人员飞检监督或现场视频监控，而以上监督模式下均存在以下不足。

(1)监督人员力量有限，不能做到全过程安全监督，不能发现施工作业过程中所有违章行为。

(2)安全监督人员现场巡检时，现场施工人员会出现抵触情绪、侥幸心理，不能从内心上进行规范作业，不能提高作业的标准化水平。

(3)针对电力施工移动性强、操作区域有限、施工地点多且不固定等特点，现场视频监控显得尤为不便且代价较高。

2 电力施工现场全过程监控系统的设计

2.1 总体设计

针对电力施工现场的事故原因，对电力施工现场全过程监控系统进行设计，使其具有红外探测报警、视频监控、实时拍照、全球定位系统(GPS)定位等功能。

系统主要由便携底座支架模块、声光报警模块、摄像与视频传输模块和总控制传输模块等四大模块组成。装置的三维建模图如图1所示。

图1 电力施工监控系统三维建模

(1)便携底座支架：可以安装在安全围栏支架上，一侧具有磁铁，具有吸附功能，可吸附在开关柜柜门上。

(2)声光报警模块：接到红外探测器的报警信号后能够产生声光报警，起到警示作用。

(3)摄像与视频采集模块：摄像头，具有视频录制功能、拍照功能。内置存储卡，具有一定存储空间，能够存储视频、照片等资料。

(4)总控制传输模块：内有控制电路板并集成信息传输，报警电话拨打，短信发送以及报警喇叭。通过手机APP能够查询当天的所有现场工作，具有GPS定位功能。

2.2 分模块设计

2.2.1 便携底座支架

箱子外壳及摄像头、报警器支架采用不锈钢作为实现材料，元件固定保护由内衬按照元件几何外形裁剪制成。支架为可伸缩设计，可根据现场需求进行调节。支架与箱子底的连接部分设计为螺旋固定。

2.2.2 声光报警模块

声光报警器分为两部分：发射端和接收端。发射端固定在不锈钢支架上，接收端内置强磁并在外壳后设置有悬挂装置，由此可以不受长度限制，并且方便拆卸与安装。当有施工人员违规跨越时，其会检测到红外信号为无，由此通过无线传输触发报警开关。

2.2.3 摄像与视频采集模块

摄像头固定在支架上，与光电报警装置并排，实时对安全隔离线附近情况进行实时视频采集与无线传输。监管人员通过手机APP可以随时随地对摄像头所采视频进行查看，对突发情况第一时间掌握，并可以远程调节摄像头角度，增大监控视角。

2.2.4 总控制传输模块

总控制传输模块集成有警报模块、通用分组无线服务(GPRS)、无线操控、稳压模块以及SIM900A模块。

(1)警报模块：集成一个警报喇叭，在红外探测器探测到违章后响起，可通过无线操作。

(2)GPRS模块：通过此模块利用4 G网完成对信息的无线远程传输。

(3)无线操控模块：可以实现对警报的开关控制。

(4)稳压模块：通过稳压电路实现对电源电压的转换，具体有220 V转12 V,12 V转5 V，5 V转3 V等3个，实现对不同电压要求设备的供电。稳压电路设计图如图2所示。

图2 LM2596稳压电路(稳5 V)

(5)SIM900A模块：在警报被触发后，可以通过此模块给监管人员拨打电话并发送短信，用以告知现场违章情况。

3 电力施工现场全过程监控系统的实现

为实现如上对电力施工现场全过程监控系统的设计，本文根据现有的监控设备及施工现场的实际情况，从系统硬件设备和软件APP两大方面入手，实现了电力施工现场全过程监控系统的设计。

3.1 系统硬件设备

(1)底座。选用一种可移动式底座，下底有圆孔，可以安装在安全支架围栏上；其一侧具有磁铁，有吸附功能，可吸附在开关柜柜门上。方便拆卸、安装和携带，可根据需要适应不同类型的作业。

(2)红外探测报警装置[1]。使用主动红外探测器，探测可靠性较高。其由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。红外光在人眼看不见的光谱范围内，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束，接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。

(3)摄像头拍照录像装置。随着3G无线网络技术、数字视频压缩技术的发展，利用公网的WCDMA/EVDO/TD-SCDMA无线网络上传输视频成为一种非常便利的行业应用，因此，将其应用在电力施工作业监控中，实现电力施工现场的视频实时传输到监控人员APP，且监控人员可以实时指挥控制现场。

3G无线视频监控系统[2]由视频信息采集压缩系统、无线数据传输系统和监控管理中心3部分组成，网络流程如图3所示。

图3 3G无线视频监控网络流程

音视频信息采集系统前端摄像头连接背负式3G视频服务器，同时3G视频服务器提供音频输入和输出端口，连接耳机和耳麦。3G视频服务器可以外接电源或由锂电池供电。

无线传输系统采用以TDSCDMA/WCDMA/EVDO为主的移动通信系统作为信息传输平台，利用计算机网络作为信息收发平台，实现报警数据、现场图像数据、状态数据以及语音数据的双向传输与分布式访问。

监控管理中心负责接收各监控点通过3G网络传输过来的视频信息，用户登录管理APP，控制信号的协调，视频数据可同时存入存储服务器，进行录像的存储、检索、回放、备份、恢复等，监控人员可以通过手机端访问存储服务器查询、回放视频录像。

3.2 系统软件APP

系统软件实现为终端APP，用以对电力施工作业现场的实时了解及控制，以下给出了APP的具体功能。

(1)视频监控：监控终端程序向数据转发服务器发送报文，请求指定的摄像机视频，收到回应后，接收转发过来的流媒体数据，并实时播放监控视频。

(2)云台控制：在监控视频已经播放的前提下，监控终端可通过控制窗口对网络摄像机进行云台控制，控制选项有上下左右旋转和巡视。点击相应的按钮可执行对应报文发送，并可在展示窗口观察到视频对应的移动。

(3)监控记录保存：监控终端程序增加保存视频的配置开关和保存位置。保存功能打开时，所有打开的播放数据都在播放的同时存入本地硬盘。

(4)监控记录查询：终端监控程序的视频展示界面都增加查询按钮，可以按预配置的保存路径读出视频数据，并根据数据的时间排列，同时可选择目标时间段的记录在界面展示。

4 电力施工现场全过程监控系统的特点

该系统结合电力施工现场的实际需要，采用了目前可靠、成熟、先进的技术和设备,以最优化的配置提高了电力作业的安全性。

4.1 视频移动侦测技术

安全监控系统的电子围栏利用视频移动侦测技术设定警戒区域，通过摄像头按照不同帧率采集得到的图像会被中央处理器(CPU)按照一定算法进行计算和比较，当画面有变化时，计算比较结果得出的数字会超过阈值并指示系统自动做出相应的处理。该方法使摄像机同时具有监控和报警功能，且无需架设网络线路和供电线路，不仅降低了成本，还实现了较高的灵敏度。

4.2 外形设计使得携带方便

摄像头底座下底有圆孔，可以安装在安全围栏支架上。一侧具有磁铁，具有吸附功能，可吸附在开关柜柜门上。体积小，携带方便、安装简便，与普通围栏相结合，能够适应不同类型的施工作业。

4.3 视频监控与GPS定位相结合

通过手机APP即能掌握每天的施工现场数量、地点等信息并指出作业过程中的不规范行为，提升施工人员的标准化作业水平。

4.4 成本较低

电力监控系统的硬件方面大多是在已经成熟的技术上进行创新组合与优化，所以成本不高。只需要一套视频采集分析系统和监控管理系统软件，即可实现管理人员对现场高危作业的开展情况进行现场监控、在线监督，从而规范施工行为。