高压环境安全作业在线监测与防护系统

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电力系统的巡检、维护 ]：作具有移动性、紧迫性等特点，-线：E作人员经常需要在野外或足高空进行检修工作，这就给现场的安全保障工作提出了很高的要求。而我国现今的安全监测防护系统却无法满足此要求，例如大量存在于我们施工队伍 中的对讲机只能 -对多通话且通话时需要按按钮，占用双手，不太便利。其他的语言对讲或内通系统则要么没有无线方式不适合高空作业；要么只能传输视频或音频无法提供全方位保护；要么单兵系统过重或价格过高。它们都不适用于电力系统之中。但随着无线监控及相关技术的逐步推广，特别是在音视频和相关图片的传输方面，使得电力系统安全工作引入远程音视频技术成为可能。

高压环境安全作业在线监测与防护系统可以实现输电线路巡线作业的数字化管理，以及对巡线人员的环境危险点预警提示和遇险呼救定位功能，在实现野外作业人员监控管理的同时，提高了野外、高空作业的安全监护水平，规范了现场作业人员的：：作流程 ，方便重大抢险作业的现场指挥、监控。同时，可开展对施工作业人员的安全提醒和违章监督，从而进～-步强化作业过程中的风险管理，对重大作业现场的音视频资料保留、提取，方便对重大作业的案例分析及工作总结、观摩学习。

1 设计原理本方案设计的系统结构如图I所示，在安全防护头盔上jJf装采集发送设备A将采集到的视频、音频信号与电场强度信 号，采用自适应扩频技术、通过微波技术的扩频，实现信息采集与同无线接受设备B之间的通信，以实现数据的无线传输。观信息采集发送设备A包括彩色针孔摄像机、电场传感器、内置微型麦克、无线发射天线和电源等(已经集成在-套设备内)，安设在场外指导监控区域的无线接受设备B可将无线信 号转化为螺母连接器(BNC)输出的音/视频信号。同时在场外指导监控区域可以利用硬盘录像机(DVR)作为音/视频的汇聚平台，采用流媒体转发/分发技术实现多路视频的汇聚接入、统-管理、实时监控、集中存储和多种方式查看。

收稿 日期：201 2-09-2 5 2 视频系统作者简坌：严..(1. 984-) 罗，大学本科，副主任，从事输电 2.1视频采集系统运检工区从事输电线路管理工作。 。

l62图1 系统结构图《自动化与仪器仪表2013年第1期(总第 165期)将便携式监控摄像机和软件系统集成至防护头盔上，将现场操作人员第-视角图像实时远传至后台监控 中心并实现视频肘艮警联动。无线网络摄像系统，使用方便，无需布线，安装简单，图像质量清晰，稳定可靠，使用灵活等特点，给迅速传输视频信号带来了便利条件。其核心技术为直接序列扩频DSSS和基于 MPEG-4的数字视频编码器。具有保密性好和抗干扰能力强的特点，能实现真正的双向移动宽带通信。

实时视频网络传输系统包括视频采集、视频编码、传输控制协议处理、通信网络、视频解码。其功能为：在具有随机时延特性和丢包特性的基于TCP/IP的通信网络上提供视频应用服务。

基于此设计的视频采集系统原理框图如图2所示，在图2所示的系统中，整个视频流的处理、传输流程如下：在视频发送端，对模拟视频进行采样，获得数字视频并进行视频编码，或者直接对输入的数字视频进行编码，生成适应于网络传输的面向网络通信的视频码流；根据反馈信息，估计网络的可用传输带宽，自适应地调整编码器的编码输出速率(包括信源码率的调整与信道码率的调整)，使得视频码流能够满足当前网络传输可用带宽的限制；在接收端，对接收的视频流进行解码、重构视频信号、计算当前网络传输参数(如传输中的丢包率等)并发送反镭制信息。

图2 视频网络无线传输系统构建2.2 视频采集拈视频采集拈主要由视频A/D、视频D/A、同步逻辑控制、视频处理、数据存储器构成。视频采集系统的基本构成框图如图3所 示。

圈3 视频采集系统原理框图A/D部分是将各种标准的模拟视频信号转换成数字视频信号，作为视频处理子单元的输入数据；逻辑产生单元FPGA来完成各种同步逻辑控制，保证采集的实时性；对视频数据进行分析和处理 ，是整个采集拈的灵魂，但所需运算量常诚大，为了保证视频处理的实时性，采用视频处理专用芯片、高速DSP来完成视频处理。

3 音频系统高压环境安全作业在线监测与防护系统充分利用已有成熟的内部多方通话音频技术，将视频和音频组合为四通道的音视频数字信号，并且可选择实时同步传输或实时录、需要时放音功能。音频拈采用 2.4G赫兹数字技术和自动跳频技术，保证通话高清晰，不受附近波段频率其他能讯工具的干扰，通话效果能分辨出个人语音差别；采用64位编码方式，数字扩频技术确保通话的保密性。实现400米超长的通话半径，特别是电力及电信高空作业，操作简单，佩戴方便，解放工作人员的双手，使工作更安全、更高效，无线通话，实时多方联通，可多方向同时通话，真正的双功率同时在线。

以TCP/IP为基础的计算机通信网络是-个提供尽力而为(Best-eff0n)服务的网络，无服务质量(QoS)保证，并且数据包传输的时延是随机的，网络丢包和网络传输带宽的波动是它固有的，因此为了能够提供稳定、平滑的流媒体服务，必须要在对网络传输带宽做出实时估计的前提下对音视频编码器的编码速率进行调整(包括信源码流调整和信道码率调整)和进行有选择性的帧丢弃。适应于音视频网络传输要求的编码端数据流处理的原理框图如图4所示。

图4 实时网络视频传输的编码数据处理原理框图对照图4，反镭制拈根据网络的反馈信息，调整编码器的编码速率(信源码率调整)和信道差错控制(信道码率调整)。

调整的目标是在总输出码率受限的条件下(≤Rmax)，使得信源码率与信道码率达到最佳分配，理论基础是率失真函数(RD函数)。非均匀纠错保护就是对基本层采用具有最大纠删能力的RS码(该码为极大最朽离可分码，即MDS码。用于纠删时，能够在nkr个数据包中任意接收到个数据包而恢复原始信息)或者具有很强信息保护能力的Turbo码进行信道编码，对增强层进行-般错误保护能力的编码。并且为了降低信道突发误码对视频码流的影响，常对视频数据包进行交织处理，以降低临近数据包同时发生误码的概率，便于接收端的错误隐藏和恢复。

4 电场强度采集系统项 目所应用的新技术依托于头盔式高压环境安全监护系统 ，能发挥核 心器件-- 电场传 感器 的优势 ，可用 于范 围lOkV220kV各种类型、各种电压等级的变 电站 ，达到操作方便、安全可靠、准确高效的目的，改变以往人工操作的不确定性、重复性差等问题，能大幅降低现场工作强度 ，提高测量精度，保障现场作业的安全性。

本电场强度采集并报警系统是通过安装在安全防护头盔内的电磁传感器在交流电场中的电磁感应现象产生感应电流激活报警。项目在实施过程中对报警距离与实测的电场值进行大量的数据对比从而统计出不同电压等级下的安全报警距离与其对应的场强值。试验证明此系统不受外部因素的影响，能够长期稳定地工作。试验最终统计结果如下：163高压环境安全作业在线监测与防护系统 严 波，等5 无线传输系统由于野外施工作业监控点和上级指挥中心-般相距较远，且分布位置较分散，利用传统网络布线的方式成本非常高。本系统的无线网络可以将多个被监测点与指挥中心连接起来，且搭建迅速，可以在最短的时间内依靠系统无线扩频技术，形成单独的无线局域网，迅速建立起无线网络链路。

在建设项 目实现中心平台和DVR的对接兼容后，可在DVR上连接无线 3G路由设备 ，通过 中国电信：CDMA 2000，中国移动：TD-SCDMA，联通：WCDMA，任意-家的网络，实现视频、音频及场强信息的上传。

基于上述显著的不同网络应用要求，若要在 Internet上面提供流媒体数据服务，则需要使用RTP/RTCP(Rea-time TranspoProtocol/Real-time Transpoa Control Protocol1协议。RTP协议在- 对 -或者-对多的传输情况下工作，提供数据包传输过程中的时间信息和实现流数据同步；RTCP协议与RTP协议-起工作，提供网络传输中的流量控制和拥塞控制。在需要提供流媒体的点对点或者-对多、多对多的通信业务时，还需要使用与具体的通信网络环境相对应的传输控制协议。

在搭建的音视频网络传输平台上面，传输控制、协议处理模块的硬件平台以MPC860为核心，结合嵌入式的LINUX系统开发，在用户程序平面设计基于RTP/RTCP的应用程序，通过操作系统提供的传输层 UDP协议，利用LINUX的Socket网络编程接口，实现实时视频的网络传输。

6 后台软件支撑根据系统的功能需求，采用SQLServer 2000数据，管理音视164频的相关数据，采取B/S结构作为数据采集的软件的开发平台。

利用C完成数据通信功用、将数据写到数据库，嵌入式系统基础上搭建的视频传输系统平台完成人机接口、管理设备、历史数据查询、预警设置、地图浏览等功能。服务器软件采用能管理整个大型监控系统的软件平台，使得多台设备运行，只需要-后台器和软件来支撑和管理，后天收到音视频的相关数据后可通过多台客户机(包含：PC机、IPAD、智能手机等)同时浏览或查看。

同时，B/S模式开发的数据软件可制作出具有 GIS地图功能的网络系统，便于随时随地查看多台运行设备点的状况 ，和地理位置 。

7 结 论本文所提出并设计的高压环境安全作业在线监测与防护系统对电力系统的巡检、维护工作和-线工作人员在野外或是高空进行检修工作，提供了很高的安全保障能力。本系统能够把音视频信 号以及场强信息在指挥中心和现场之间双 向远程传输，为高压环境的现场作业提供-种先进的安全保障手段，有效地减少高压操作安全事故的发生，扩大工程指挥人员的控制指导范围，具有很好的实时性、可靠性，能为指挥人员提供更加详细、准确、实时的现场信息，提前发现安全隐患。