基于4G 移动通信的电源视频监控系统

宗广乐

（张家口市廉政教育基地，河北 张家口 075000）

0 引 言

4G移动通信可以快速及时传递大量的网络数据和视频图片，及时发现电源运行的实际情况，并为电源系统的维护和检修提供数据支持，确保电力系统运行的稳定性和安全性。目前，视频监控系统的控制逻辑可采用控制端顺利完成。在具体应用过程中，各大控制端主要集中在分布式控制系统中，每个节点都可以实现独自监控，从而实现对电源运行情况和参数全面监控，为控制中心提供数据支持并及时做出响应，确保电力系统中的各项设备都可以正常运行。

1 电源视频监控系统对4G移动通信技术的需求分析

通过在电源设备附近加装摄像头的方法来采集原始视频数据，再通过压缩编码、视频编码、数据封装处理，通过4G移动通信网络传输到控制管理服务器上，完成视频数据包的接收和解码，从而实现电源系统的实时远程监控。

电力企业需要满足维护调度人员对现场运行状况进行数据采集，作为维护和调度数据的设备。但是，通常情况下，视频信息可以作为电源运行和参数调整的主要形式。多数情况下，操作人员可以保存管理相关信息。但是，视频、图片、数据的大量存储会增加监控终端的存储费用。所以，需要在远程监控中心建立通信的前提下，实现视频的远程传输，从而降低现场信息保存而产生的费用。然而，电力系统的管理和运行比较复杂，工作量较大。为提升工作效率，电源视频监控的传输方式不但要求监控人员和远程监控中心建立通信，还要便于视频信息的传输。

2 电源视频监控系统的结构组成

一套完整的视频监控系统共由三部分组成，分别是数据采集系统、数据传输系统和应用控制系统。数据传输系统主要起过渡作用，连接数据采集系统和应用控制系统，负责数据的及时传递和通信，并把底层采集的数据和信息及时传递给控制层。

具体应用过程中，电源视频监控系统的最底层由多个传感器节点共同组成。通过传感器可直接获得电源在运行时的各项参数，主要通过ZigBee或者WiFi底层组网协议进行各项数据的及时传输。和4G移动网络相比，这些底层组网协议的传输距离是有限的。因此，应用时需要考虑兼容能耗和传输成本是否满足实际需求。

前端采集和传输主要负责整个电源监控系统运行参数的采集，是整个控制系统运行中各项数据的主要来源。因此，为确保系统可靠运行，不仅要传输视频图像，还对电源运行的温度、运行参数等进行传输[1]。不仅需要安装红外摄像头，还要装配温度传感器、湿度传感器等。当图像信息受到外界干扰不能准确反映电源运行实际状态时，通过一系列系统处理数据，把相应的数据转换为模拟数值信息，就可以实现传输。具体运行情况，如图1所示。

图1 前端数据采集和编码

从图1可以看出，前端数据采集系统中，显示单元是最重要的部分。运行质量直接决定了数据采集的及时性和准确性，既需要负责对上报各种数据和信息进行解码分析，也需要根据控制终端的运行情况进行及时反馈。控制终端主要采用C/S框架，网关设计上则采用Cortex-A8为处理器，大大降低了功率的无故损耗，能良好地适应各种复杂多变的处理环境。

3 4G移动通信在电源视频监控系统中的应用

3.1 组法算法设计

和3G移动通信网络相比，4G移动通信网络可实现高清图像的快速传输，且不会出现信息失真。图像的清晰度、质量等基本不会发生明显丢失，传输速度超过2Mb/s。在电源视频监控系统中应用时，可提供150 Mb/s的高质量图像传输服务。同时，还能实现三维图像的高速传输。通过4G移动通信网络技术能连接来自不同终端、不同频带的网络，可提供无线服务。只要有互联网的地方，都可以实现数据和信息的传输[2]。

4G移动通信在电源监控系统运行，通信层中可以选择4层移动通信为主要载体，主要作用是“承上启下”，即承接上次控制层和连接底层数据采集层，属于过渡的中间层。在具体应用时，它主要负责两方面工作：一是均衡电源视频监控的通信负载，二是实时监测电源运行中发生的异常情况。通过4G通信组网算法可划分为多个通信簇，其由多个通信节点共同组成。具体应用过程中，系统中每个通信节点和采集节点直接连接。在选择通信主体时，要严格遵循就近原则，具体计算公式为：

其中，d表示电源视频监控中每个通信簇之间的实际距离，nt表示系统中所选择的通信主体，ni表示通信簇中通信节点，M表示通信节点的总数。式（1）中，通信主体的主要作用是实现应用层和通信簇中节点的数据交互。基于4G移动通信的电源视频监控系统，通信簇中只需要设置一个通信主体就可满足实际需求。在具体应用中，可适当增加数据缓冲区来满足数据存储的需求，缓冲区设置大小的计算公式为：

其中，s表示缓冲区的总体设计大小，πt表示两次通信时间间隔，π—b表示通信数据量的大小。在具体应用中，通信主体可以从数据缓冲区使用数据[3]。

3.2 数据通信层的设计

数据通信层主要通过分布式方法进行设计，并根据电源视频监控系统所在的具体地理位置合理划分通信簇，使通信主体和应用层交互节点的工作状态和数据传输状态时刻在规定范围中。通信主体根据监控的实际情况把发生异常的节点提供给上层进行反馈。电源视频监控系统中，如果通信主体发生故障或者异常，通信簇中的节点会自动重新选择新的通信主体。

3.3 仿真应用分析

仿真平台可采用Matlab平台，模拟100个ZigBee节点进行数据采集。单次传输大小为10bit，每次传输间隔为10s；设定10个地区构建10个通信簇，每个通信簇平均分为10个通信节点。主要对3G、4G两种通信在电源视频监控系统中应用的平均时延、平均通信丢失率进行全面对比分析，具体对比结果如表1、表2所示。

表1 平均时延在3G和4G移动通信中的指标对比

表2 平均通信丢失率在3G和4G移动通信中的指标对比

表1、表2分别按照10倍的比例调节数据和信息传输量。可见，3G移动通信在时延和通信丢失率上表现明显差于4G移动通信。在传输数据量较小时，差异并不明显；随着数据传输量的增加，时延和通信丢失率随之增加。从表1、表2可以看出，4G移动通信网络在传输大流量数据时具有明显优势，值得大范围推广应用[4]。

4 结 论

综上所述，结合理论实践，探究了基于4G移动通信的电源视频监控系统。结果表明，基于4G的移动通信网络，只要在有网络的情况下，就可以实现电源视频监控信息和数据的及时传输。数据的实时传输和处理是电源视频监控系统的重中之重，合理应用4G移动通信网络，可大幅提升电源视频监控系统的稳定性和可靠性，促进我国电力事业的持续稳定发展。