1 功能概述

1.1 本产品是适用于高压输电线路防外力破坏及预警的远程智能无线视频监控系统。

1.2 本产品包括前端视频监控子系统、视频管理服务器、智能图像处理服务器、中央预警控制子系统。

1.3 前端视频监控子系统包括现场供电系统、网络摄像机、3G无线传输模块、声光报警设备。

1.4 视频管理服务器负责转发、存储、回放现场实时视频图像,满足一定的系统安全性、稳定性。

1.5 智能图像处理服务器包括应用智能图像分析方法检测输电线路周围的警戒区域内的外力入侵,并触发报警信息。

1.6 中央预警控制系统包括:操作终端、监控显示屏、运营监控服务器,报警与联动软件模块。

2 产品概述

2.1 主要特点

产品旨在应对影响高压输电线路安全的主要外力破坏因素,提供一套基于3G无线网络、太阳能电池及人工智能的无线视频监控技术,辅助线路维护人员及时发现位于高压输电线路附近的警戒区域的违章建筑物、违章垃圾堆土、吊车野蛮施工、以及快速生长的树木等危险因素,避免发生高压输电线路上的外力破坏。

(1)该产品的前端监控子系统由一个控制配电箱、太阳能电池板、报警器、以及视频采集摄像系统。该子系统适应安装于输电线路中各级铁塔上和输电线路附近的建筑物楼顶。

(2)根据不同的监控和预警的需求,可选配不同分辨率的摄像机、太阳能板及蓄电池。产品的设计的防护等级为IP65,使用寿命大于5年。

(3)该产品的智能图像处理服务器子系统在接收到视频管理服务器负责转发过来的视频图像,通过图像处理和人工智能的计算机处理算法,对每一帧视频图像进行处理和分析,将分析的结果转换成报警等级信息,通过回调函数传递给运营监控服务器。

(4)当运行监控服务器接收到报警等级信息,可以触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动报警录像等多种报警联动,并可触发报警短信,将报警信息发到多个事先设定的手机。可通过视频采集终端解码器触发现场声光报警。

(5)视频管理服务器由一台或多台PC服务器组成,具有视频接收、智能监控、录像管理和用户权限管理等功能。

(6)在不同的监控点可以运算不同业务需求的智能算法:如大型机械的动作检测、输电线路警戒区域的树木检测等。

(7)前端设备通过时间继电器可以设为“工作”或“断电”状态,以达到节电状态。

(8)在监控中心支持通过互联网的远程桌面功能,以达到通过远程对系统进行维护和升级的需求。

(9)摄像机通过使用3G通信APN技术为系统自动设置一套屏蔽的防火墙,保障摄像机设备软件不受外来软件病毒和黑客程序的入侵,一般接入互联的网络终端无法破环摄像机软件操作系统。

2.2 工作原理

该监控系统产品应用配有3G无线传输功能模块的网络摄像机对输电线路及输电线路各级铁塔及输变电装置进行远程实时视频监控,采集到的实时视频图像信可通过3G无线网络传送到视频管理服务器。

图像视频管理服务器可将实时视频图像转发给智能图像处理服务器做进一步的分析和处理。当检测到外力破坏危险因素时,将分析的结果转换成报警等级信息,通过回调函数传递给运营监控服务器。

当运营监控服务器接收到报警等级信息,可以触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动报警录像等多种报警联动,并可触发报警短信,将报警信息发到多个事先设定的手机,并可通过视频采集终端解码器触发现场声光报警。 运营监控服务器支持具有对远程监控点任何一路图像的进行监控、录像回查、资料保存等功能。

3 产品结构

3.1 系统结构

图3-1:远程无线视频监控预警系统网络架构

远程无线视频监控预警系统的系统结构见图3-1,该产品的前端监控子系统由一个控制配电箱、太阳能电池板、声光报警器、以及视频采集摄像系统(包括摄像机云台及其解码器)。该子系统适应安装于输电线路中各级铁塔上和输电线路附近的建筑物楼顶。视频采集摄像机可以是支持无线3G传输的枪机或配有3G模块的球机,球机具有自动变焦及云台控制功能。支持无线传输的枪机由一个嵌入式控制终端、摄像机镜头模组,光学镜头和3G传输模块组成。

根据不同的监控和预警的需求,可选配不同分辨率的摄像机、太阳能板及蓄电池。蓄电池可选择防护等级为IP65的蓄电池,使用寿命大于5年,太阳能电池板可选择80W左右输出为12伏电压的太阳能电池板。太阳能电池板经由由智能充电器及时间继电器链接到蓄电池,进而完成12V电池的蓄电及供电。

视频管理服务器由一台或多台PC服务器组成,具有视频接收、智能监控、录像管理和用户权限管理等功能。采用戴尔OptiPlex-990系列四核八线程桌面电脑,Windows XP企业板作为操作系统。

智能图像处理服务器子系统可以单独运行在一台或多台PC服务器,也可以与视频管理服务器运行在同一桌面电脑,接收到视频管理服务器负责转发过来的视频图像,通过图像处理和人工智能的计算机处理算法,对每一帧视频图像进行处理和分析。智能图像分析算法包括大型机械入侵跟踪、垃圾土堆检测、树木警戒区域检测,违章建筑物检测及高压线附近的异物检测等5个独立模块。

中央预警控制系统包括:操作终端、监控显示大屏幕、运营监控服务器,报警与联动软件模块。运营监控服务器可以与视频管理服务器运行在同一桌面电脑。

当线路保护区内发生外力破坏隐患时,运营监控服务器发出报警信号,实现现场声光报警,起到安全警示作用。声光报警装置的防护等级为IP65。

3.2 总体功能

现场前端监控子系统对高压传输线路与铁塔附近的警戒区域采集实时视频信号,经过H.264的视频压缩编码,由联通3G无线企业APN网络及防火墙接入监控中心的视频管理服务器,并在局域网内将实时视频信号转发给智能图像处理服务器做进一步的分析和处理,根据智能图像处理后的结果和报警等级信息,运营监控服务器可以触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动报警录像等多种报警联动,将报警信息发到多个事先设定的手机,并可通过视频采集终端解码器触发现场声光报警。系统所采集的实时视频监控图像及所有的报警联动信息和数据可以存储在运营监控服务器中的数据库中,以便随时进行访问及管理。

此外,通过苹果iPhone和智能手机也可以对每个摄像机视频监控图像进行访问及云台控制。

前端监控子系统采用太阳能供电,配备太阳能供电装置,太阳能板采集太阳能,通过充放电控制器,对蓄电池充电,提供3G摄像机所需电压,为3G网络摄像机提供日夜所需电源。

4 输电线路智能监控

该产品的所采用的关键技术为作为:应用先进的人工智能和图像处理技术,对输电线路警戒区域附近视频监控图像进行分析,自动检测潜在的外力破坏因素或物体,针对对检测到外力破坏因素智能图像处理服务器产生不同等级的报警信息,可以触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动报警录像等多种报警联动。

智能图像处理服务器由大型机械入侵跟踪、垃圾土堆检测、树木警戒区域检测,违章建筑物检测及高压线附近的异物检测等5个独立模块图像处理算法软件组成。该软件由背景建模、目标识别和分割、特征提取、运动检测和估计和模式分类等图像处理和人工智能算法组成。

4.1检测外力机械入侵

图4-1:工程机械目标跟踪及分析

本产品支持对输电线路警戒区域内工程机械进行自动检测和跟踪,见图4-1。当工程机械行驶入输电线路附近,可以对目标进行定位、分析、跟踪,当满足一定报警条件,智能图像处理服务器产生逐级报警信息,触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动现场灯光报警,并逐级传送报警信息。

4.2 违章建筑检测

输电线路警戒区域内的违章建筑物,会造成线路附近的输变电设施的短路及运营故障,本产品中的智能图像处理服务器应用目标检测、模板匹配及图像分割等技术可以有效地检测警戒区域内的违章建筑,见图 4-2。当建筑物超出警戒区域的一定范围,根据违章建筑入侵警戒区域的程度,智能图像处理服务器产生逐级报警信息,触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动现场灯光报警,并逐级传送报警信息。

图4-2:违章建筑的检测

4.3 垃圾堆土检测

本产品中的智能图像处理服务器应用模板匹配和图像分割等技术可以有效地检测警戒区域内堆放的垃圾、沙土堆及煤堆,见图4-3。根据违章铁塔下的堆土入侵程度,智能图像处理服务器产生逐级报警信息,触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动现场灯光报警。

图4-3:违章垃圾堆土的检测

4.4 树木检测

本产品应用有效区域标定技术,应用纹理特征提取以及模式分类的方法,实现了对高压线下的快速生长的树木进行有效的检测,见图4-4。根据树木对高压线下附近的报警区域侵蚀程度,发出逐级预警信号,触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示、启动现场灯光报警。

图4-4:高压线下方树木的检测

4.5 异物检测

高压线附近的风筝等异物容易造成高压线之间互相放电,这样就会造成大面积的停电,见图4-5。根据风筝和高压线路附近的报警区域的重合程度,发出逐级预警信号,触发声光报警提示、弹出报警画面、弹出报警信息提示,并启动现场灯光报警。

图4-5:输电线路上的风筝检测

5 前端监控设备管理

设备管理主要包括对前端视频监控设备添加、注册和删除管理功能。

设备添加:如果系统每增加安装一套摄像机,就需要在设备管理中增加一个设备,并配置相应属性。

设备删除:各设备在停止使用时可以进行删除,设备的删除对其关联的设备或系统会产生影响的应给予提示。

查询设备:可以按照设备的各项属性进行设备查询操作。

注册设备:当要对某一路视频信号进行监控时,需要添加该设备并将该设备注册到系统进行管理。

6 运营监控平台

图像监控功能支持基于 Web的单画面和多画面模式的实时图像浏览支持对前端摄像机的远程 PTZ控制、及手动报警等功能。存储与回放支持告警录像、周期录像、手动录像等触发方式可按多种条件进行录像资料的检索,包括:时间、地点等。

运营监控系统可提供前端视频子系统日志、故障日志的创建、添加、清除等功能,并提供多种方式帮助管理员方便地浏览和检索日志信息。

报警管理支持各类报警联动,包括声光提示、视频显示、短信通知、日志记录及报警联动及现场声光报警。

电子地图能在电子地图上显示设备点位分布及设备运行状态。产生报警时,实时显示报警设备及报警发生的实时视频图像,短信平台可预先根据警情类型设定多个接收手机号码确认前端发出的报警信息,根据事先制定的规则,向相关人员发出报警逐级报警短信。

系统的管理及远程监控系统维护功能对系统用户权限分配、登陆用户的合法性认证、用户访问权限管理等功能。系统监控设备最高操作权限由平台系统管理员授予。不同用户权限赋予相应的设备权限,设备权限分为视频浏览、云镜控制、抓图、查询回放、浏览抓图等。用户优先级可根据业务和管理需求进行分配和授权,系统管理员可远程登录监控中心服务器对各前端点位的系统软件进行远程维护、远程升级等功能,方便系统维护,提高维护效率。

高压输电线路智能视频监控系统