摘 要： 提出并設(shè)計(jì)了一套基于視頻監(jiān)控" title="視頻監(jiān)控">視頻監(jiān)控技術(shù)的多功能無(wú)線電力自動(dòng)記錄系統(tǒng)WVRS,在自動(dòng)記錄電表數(shù)據(jù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程交互控制、危險(xiǎn)報(bào)警、數(shù)據(jù)分析等功能,結(jié)合基于圖像內(nèi)容的信息檢索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)海量電表圖像數(shù)據(jù)的快捷查詢和管理。
關(guān)鍵詞： WVRS(Wireless Video Recording System) 視頻監(jiān)控 無(wú)線傳輸" title="無(wú)線傳輸">無(wú)線傳輸 基于內(nèi)容
傳統(tǒng)的人工抄表" title="抄表">抄表開(kāi)銷大，不方便控制，經(jīng)常出現(xiàn)誤抄、偷電等現(xiàn)象。
結(jié)合國(guó)內(nèi)電表現(xiàn)狀和抄表技術(shù)的發(fā)展歷程[1]，GPRS無(wú)線Modem抄表通訊將成為主力。目前眾多基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)抄表系統(tǒng)" title="自動(dòng)抄表系統(tǒng)">自動(dòng)抄表系統(tǒng)中居民電表集中器" title="集中器">集中器首先需要通過(guò)RS-485方式傳輸?shù)匠斫K端，再由抄表終端接入GPRS [2～4]；這類系統(tǒng)角度出發(fā)，僅僅將讀表結(jié)果傳入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)居民電表參數(shù)、異常情況等信息不能同步傳輸[5～6]。
筆者從一個(gè)全新的角度設(shè)計(jì)了基于視頻監(jiān)控的電力自動(dòng)抄表系統(tǒng)WVRS。該系統(tǒng)使用了先進(jìn)的視頻數(shù)據(jù)壓縮傳輸技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)壓縮，無(wú)線傳輸；后臺(tái)采用圖像處理技術(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別圖像中的字符信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表功能；同時(shí)對(duì)電表參數(shù)、安全信息等進(jìn)行及時(shí)分析處理，實(shí)現(xiàn)檔案記錄、危險(xiǎn)報(bào)警等附加功能，從而對(duì)農(nóng)村電力設(shè)備進(jìn)行科學(xué)管理。
圖1是整個(gè)無(wú)線視頻監(jiān)控的電力自動(dòng)記錄系統(tǒng)框圖。圖中形似手槍的部分集成了紅外線攝像頭、壓縮設(shè)備和GPRS數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，能將采集到的圖片/視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮(JPEG2000/ MPEG-4)，通過(guò)GPRS模塊發(fā)射到無(wú)線機(jī)站；終端采用與發(fā)射模塊有同樣IP地址的PC機(jī)接收數(shù)據(jù)，并對(duì)接收到的圖片/視頻進(jìn)行解碼，進(jìn)而提取所需信息及后臺(tái)管理。
本系統(tǒng)將采集壓縮、無(wú)線傳輸、圖像識(shí)別、數(shù)據(jù)管理集于一體，實(shí)現(xiàn)了對(duì)居民電表集中器現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、圖像傳輸和數(shù)據(jù)管理三大功能，為用電管理自動(dòng)化提供了有效的技術(shù)手段。本文將從技術(shù)分析和產(chǎn)品應(yīng)用兩個(gè)方面對(duì)WVRS進(jìn)行闡述。
1 無(wú)線視頻監(jiān)控技術(shù)
1.1 圖像采集與視頻壓縮
居民電表集中器圖片/視頻數(shù)據(jù)的采集使用紅外線攝像頭。該攝像頭具有夜視功能、圖像傳感器為1/3' SONY B/W CCD、輸出信號(hào)為CCIR B/W、信噪比達(dá)48dB以上，質(zhì)量200克。該攝像頭能夠完全適應(yīng)農(nóng)村電表集中器周圍光線暗、亮度不均勻的環(huán)境，滿足電表數(shù)據(jù)采集精度的需要。
由紅外線攝像頭動(dòng)態(tài)采集的視頻和圖片數(shù)據(jù)，進(jìn)入視頻圖像壓縮設(shè)備。壓縮板針對(duì)不同的數(shù)據(jù)采用了不同的壓縮算法，靜圖(圖片)采用JPEG2000進(jìn)行壓縮，動(dòng)圖(視頻)采用MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)[7]。壓縮硬件使用AD公司的DSP高速處理芯片。 整個(gè)圖像采集與視頻壓縮系統(tǒng)達(dá)到以下指標(biāo)：
(1)壓縮技術(shù)：JPEG2000/MPEG4標(biāo)準(zhǔn)，硬件實(shí)時(shí)編碼；
(2)視頻輸入：支持NTSC及PAL制式；
(3)顯示幀率：1～25幀/秒可調(diào)；
(4)傳輸碼率：56kbps～1.5Mbps可調(diào)；
(5)分辨率：支持160×120、192×144、320×240、352×288、512×384、640×480、720×576像素圖像；
(6)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：GPRS無(wú)線傳輸；
(7)傳輸方式：支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、廣播、組播等多種方式。1.2 基于GPRS的無(wú)線傳輸
GPRS無(wú)線傳輸模塊內(nèi)置申請(qǐng)了GPRS業(yè)務(wù)的SIM卡，模塊外接一個(gè)RS232串口用于通信。視頻壓縮設(shè)備與GPRS模塊之間用串口通信，壓縮數(shù)據(jù)按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求打包發(fā)送到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
1.3 基于圖像內(nèi)容的信息檢索、查詢系統(tǒng)
1.3.1 信息獲取
WVRS系統(tǒng)得到的電表集中器的圖片/視頻圖像數(shù)據(jù)提供了電表信息(如電表生產(chǎn)廠及序號(hào)、校表日期、電表型號(hào)、電表讀數(shù)、記錄日歷時(shí)鐘等)、狀態(tài)信息(如居民月用電量超過(guò)限定值、或無(wú)用電量或用電量出現(xiàn)負(fù)數(shù)等需要特殊標(biāo)識(shí))以及安全信息(如出現(xiàn)電度表出廠序號(hào)與檔案不符、電表超期服役、校表日期超過(guò)期限等)。
此外WVRS系統(tǒng)還在后臺(tái)運(yùn)用圖像恢復(fù)和增強(qiáng)技術(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行了預(yù)處理，能將圖像采集、壓縮和傳輸過(guò)程中可能丟失的信息進(jìn)行最大限度的補(bǔ)償。經(jīng)過(guò)測(cè)試，讀表正確率達(dá)99%以上。對(duì)于不能正確讀表的情況，利用WVRS方便快捷的交互功能，迅速通知前端圖像采集模塊重新采圖，真正做到電力系統(tǒng)管理自動(dòng)化。
1.3.2 基于圖像內(nèi)容的信息查詢
視頻圖像數(shù)據(jù)包含的信息多，內(nèi)涵豐富，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)量大，帶來(lái)了存儲(chǔ)、檢索和查詢上的不便[8]。
為了對(duì)視頻圖像信息進(jìn)行方便快捷的檢索，找到電力管理人員感興趣的信息，筆者把視頻圖像數(shù)據(jù)重新進(jìn)行組織，使之成為便于搜索、易于交互的數(shù)據(jù)。
WVRS系統(tǒng)能夠自動(dòng)記錄每個(gè)電表每月用電情況，并綜合所有數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每家每戶的用電情況建立檔案。最終，WVRS系統(tǒng)將電力管理部門最關(guān)心的電表中的數(shù)字信息、字符信息、安全信息與用戶檔案中記錄用戶的電信息融為一體，建立了快捷的數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)，方便了電力管理部門對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析與統(tǒng)計(jì)。
2 視頻監(jiān)控技術(shù)在無(wú)線自動(dòng)記錄系統(tǒng)中的應(yīng)用
WVRS采用視頻無(wú)線監(jiān)控，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠，為用電管理自動(dòng)化提供了有效的技術(shù)手段，其原理框圖如圖2所示。
2.1 多功能自動(dòng)記錄系統(tǒng)介紹
結(jié)合后臺(tái)圖像分析和消息反饋環(huán)節(jié)，WVRS系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)如下功能：
(1)遠(yuǎn)程電表抄收：理論上可以達(dá)到0.04秒的視頻采集間隔，記錄間隔在0.04～1秒之間可調(diào)；
(2)遠(yuǎn)程控制功能：通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，可以對(duì)不按規(guī)定交納電費(fèi)的用戶實(shí)施遠(yuǎn)程斷電等處理；
(3)圖像識(shí)別功能：對(duì)圖像中的參數(shù)能準(zhǔn)確識(shí)別，獲取管理部門所需信息；
(4)危險(xiǎn)報(bào)警功能：對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)危險(xiǎn)隱患能及時(shí)察覺(jué)，防止危險(xiǎn)蔓延；
(5)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、檢索功能：為每一個(gè)用戶編制檢索號(hào)，可隨時(shí)檢查任意用戶明細(xì)檔案。針對(duì)圖像信息的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于視頻信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)基于圖像內(nèi)容的檢索；
(6)報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能：將各供電所售電信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制作月售電量匯總表，此表按明細(xì)分類進(jìn)行劃分，分別提供匯總信息。
2.2 兼容性特點(diǎn)
關(guān)注抄表系統(tǒng)的發(fā)展，文獻(xiàn)[1]提出兩個(gè)目前最有潛力的發(fā)現(xiàn)方向：載波技術(shù)和基于GPRS無(wú)線抄表通訊[2][5～6]。由于我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀不能在短期內(nèi)改變，目前還沒(méi)有適合我國(guó)電網(wǎng)狀況的載波芯片。與以載波技術(shù)為核心的抄表系統(tǒng)相比，基于GPRS的電力抄表系統(tǒng)可靠性更高，且安裝施工簡(jiǎn)易。另外本文提出的WVRS系統(tǒng)能自動(dòng)分辨用戶號(hào)和用電量，與電表的類型無(wú)關(guān)，非常適合中國(guó)市場(chǎng)電度表種類繁多的現(xiàn)狀。
本文結(jié)合目前電力系統(tǒng)管理中自動(dòng)抄表的迫切需求，創(chuàng)新地將視頻監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用于無(wú)線電力記錄系統(tǒng)中，很好地解決了電力表記錄自動(dòng)化的需要，提高了供電企業(yè)的管理水平。本系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，易擴(kuò)展，能滿足電力系統(tǒng)自動(dòng)化管理的全面需要。
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