图像技术解决方案

图像在线监测装置

技术方案

山西申港电子科技有限企业

2023年12月

1.系统的构成

1.1系统概述

本次输电线路运行环境监测系统包括图像监测装置（由一体化高速球机构成）

和监控数据中心主站。上述监测装置可根据现场环境的监测需要再后期随意增长

安装例如导线震动、导线测温、风偏监测等等输电线路在线监测装置。图像监测

装置负责定期截取现场日勺图片，以直观日勺图片方式监测如危险点外力破坏、覆冰

厚度监测、杆塔及导线弧垂H勺变化等等数据。监控数据中心主站由主站软件和硬

件设备构成，主站软件由接受模块、分析处理模块和显示模块构成，顾客采用

B/S（WEB浏览）方式查询。监测运行维护人员根据主站系统分派的权限，实现

对数据的深入运用。

我们的输电线路在线监测系统严格按照国网企业日勺《输电线路状态监测系统

架构设计规范》设计日勺。整个系统提成3层构造，传感器层、接入层、主站层。

传感器层包括高速球机等现场需要监测的传感器。接入层包括状态监测装置终端.

接入层和传感器层通过接口进行相连。传感器的传播方式重要有

RF/RS485/RS232。所有外部传感器均采用节电处理机制，因此外部功耗都非常低。

接口通讯规约符合国网企业提出日勺II接口需要严格规范的提议。

系统处理方案以满足实际应用为出发点，使用无线通信网络使数据安全可靠

到达后台系统建成规定。系统设计原则如下：

1、原则化：

网络图像监控系统就是要实目前网络系统上口勺图像等数据的传播、共享及控

制，本系统选用日勺产品均遵照网络协议和传播原则的规定。

2、可扩展性：

由于顾客后来的需求会不停发展，监控数量将随之扩大，只要增长前端采集

设备和升级软件，不用添加其他附加设备，以保证顾客的投资。本系统自由扩展

的特性，可以自由连接其他设备，还可连接多台服务器，自由组合，没有任何不

兼容。

3、可用性、可靠性和稳定性：

在充足考虑顾客实际状况的基础上，系统日勺前端采集设备中的球机采用卷康

威视的高性能球机，有关硬件均采用军工级设计和高原则的配置。使整个系统更

为简化同步也减少了其他原因导致故障欧I也许性。系统主板内嵌看门狗，永不死

机，在断电后来电能自动重新启动机器并自动进入设定好日勺状态，SIM模块具有

断线自动重连功能，保证系统永远在线，可基本实现系统H勺免维护。所选硬件均

选用先进、成熟、可靠日勺产品，且具有良好运行业绩。

4、系统安全性：

本系统使用访问权限管理，只能合法的顾客及口令才能进行对本系统进行操

作查看有关监控图像。

1.2系统构造图

系统架构分层构造

我们的输电线路在线监测系统严格按照国网企业的《输变电设备状态监测系

统技术导则》设计的。整个系统提成3层构造，装置层、接入层、主站层。装置

层包括图像监测装置等现场需要监测日勺状态监测装置。接入层包括状态监测装置

接入层和装置层通过11接口进行相连。接入层可通过12接口可将所获得数据

回传至省电力企业的输变电状态监测系统。

1.3系统构成阐明

整个系统重要由两大部分构成：状态监测装置和监控数据中心主站。状态监

测终端安装在线路杆塔上，重要由多种传感器、主处理器单元、通信模块和供电

单元构成。传感器为高速球机等传感器单元。安装在杆塔上的测量单元均采用免

维护设计。状态监测终端采集上述传感器数据，通过GPRS无线网络传送到后台

主站系统。

监控数据中心主站包括主站软件和硬件设备。主站软件系统为输电线路状态

在线监测系统，包括和前端监测终端的数据传播通讯，同步进行数据口勺存储、分

析、展现。

2.关键功能单元简介

2.1状态监测装置原理框图

(54

I2G/3G通讯

3G模块2G模块OPGW光忏

处光纤交换

理

单

帙缴传卡方式“例例格光约1讯（在开断点杆塔上）

元

网

预用接口pE茂传修方式络

核心控制器接

口

140WLAN无线接收光纤之换

太阳能板界敲电使电

北光纤通讯《在开断点杆塔附近）

源调

管试

太阳能板用敲电上

理接

微波网络

模器电池存储模块口

太阳能板.城妣电电块

状态监窝装■机箱微波通讯

预留接口曳收电费AG

原理框图

我们企业的线路状态监测装置采用模块化设计，在关键主控制器的基础上

可连接各类传感器采集单元（采集单元可选配，按照实际需求进行任意的裁剪

搭配），共享主控、电源和通讯部分设备模块。关键主控制器负责处理接受、采

集、存储传感器、通信、控制等信息。

高速球机：采集监控点的图像信息，能在后台通过指令调整目前高速球机的

拍照方位，以此判断现场状况。

GPRS/CMDA/3G无线网络传播模块：重要用于各类无线网络传播。根据当地

环境的信号强弱状况以及其他需要可任意选择最合适H勺传播方式。

100M网络接口：重要用于各类数据的实时传播，根据应用分为光纤通讯、

W'LAN通讯、微波通讯等。

调试接口：工程人员在地面用有线或无线调式工具可以对各个监测模块装置

的各项采集与控制功能进行测试、参数配置、故障分析等。

2.2状态监测平台硬件

状态监测平台的关键MCU采用基于ARMCortex-M3口勺STM32系列。STM32系

列MCU采用ARMCortex-M3处理器内核,ARMCortex-M3处理器结合了执行

Thumb-2指令日勺32位哈佛微体系构造和系统外设，该技术方案在测试和实例应

用中体现出较高的性能，芯片性能达1.2DM1PS/M11Z,时钟频率高达lOO.MHzo

Cortex-M3处理器还实现了Tail-Chaining中断技术，该技术是一项完全基于硬

件H勺中断处理技术，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70%中

断；推出了新的单线调试技术，防止使用多引脚进行JTAG调试。

crinr~irir~innrrin

可配置嵌入式跟踪

ARM核心

嵌套VIC宏单元

1

3调度访何信号线

'接口存储保护单兀阅读器

⑪。

as

言需卜1卜片

E

n

l

x

Q总线矩阵

e

。FlashSRAM

。

接口外围I/F

ARMCortex-M3处理器结构

STM32系列处理器的重要功能特点为：

•实现单周期Flash应用最优化；

•精确迅速地中断处理，永不超过12周期，仅6周期tail-chaining(末

尾连锁)；

・有低功耗时钟门控(ClockCating)的3种睡眠模式；

•单周期乘法和乘法累加指令；

•ARMThumb-2混合日勺16/32位同有指令集，无模式转换；

•包括数据观测点和Flash补丁在内口勺高级调试功能；

•原子位操作，在一种单一指令中读取/修改/编写;

•1.25DMIPS/MHz（与0.9DMIPS/MHz日勺ARM7和L1DMIPS/MHz的ARM9

相比）；

•状态监测平台H勺存储芯片重要有：

•铁电：存储监测终端常用参数；

•norflash：存储监测终端不常用参数，和采样的传感器数据;

•nandflash：存储图像数据，和动态数据。

2.3状态监测平台软件

1）软件框架构造

总流程

传感管理器通讯管理器数据管理器模型管理器

各传感器规约国网11规约参数数据覆冰模型

南网3.0规约采样数据，包括模拟导线模型

气象数据，拉力

气象模型

倾角等.

RF,各串口远程通讯口铁电,eeprom,nor

flash,nandflash

阐明:

上层程序可以调用下层程序，下层程序不能调用上层程序。横线上方是应用

程序，横线下方是驱动程序。

2）程序流程

采样气象||拉力倾角测温;机倾角测温舞动振动取图

上送气象拉力倾角测温子机倾角测温舞动振动取图

时间»

阐明：

总流程从时间上提成2部分：采样部分、上送部分。这2部分是互相独立的,

可以同步进行，不过每一部分内部是要依次执行。

3）软件特点

1.程序采用C++编写，提高代码可读性和以便程序代码管理；

2.程序具有高度的I可移植性，能支持多种CPU平台;外围硬件设备改动对软件

框架的I影响减到最小；

3.程序采用层次化设计，模块化设计，程序可读性强且易于修改；

4.采用异步方式，引入有限状态机模型的程序设计；

5.目前能支持浙江新规约、国网II规约、南网3.0规约，未来要以便的支持

其他也许的规约；

6.存储的数据多变，存储构造能适应不一样类型的数据；

7.程序能支持多种类型的传感器：

8.程序能自动识别硬件驱动，提高程序的兼容性；

9.程序对错误的处理愈加智能化，提高程序的可靠性；

10.程序通过严格的压力测试和最坏状况测试，通过模拟现实环境中的多种状况,

使程序对多种意外均有合适日勺处理方式，提高程序的强健性和可靠性。

2.4状态监测平台通讯网络方式

我们的状态监测平台具有高度可裁剪性，可以根据不一样的顾客需要进行搭

积木式搭配。适合不用领域日勺应用。通过配置，可实现如下5种传播模式：

1、基于2G通讯方式，一般采用GPR5/CDMA模块，该通讯方式一般只能实现

图片数据的传播，能实现云台控制、预置位获取配置等功能。通讯规约一般根据

《输电线路状态监测装置通用技术规范》

2、基于3G通讯方式，可以实现动态视频流数据日勺传播，同步也支持静态图

片数据口勺传播。由于视频流传播功耗比较大，因此在我们的产品中融入了诸多低

功耗的设计理念，当顾客不观看视频流的时候，高速球机的电源会自动关闭，同

步比较长时间不观看视频，内部的视频压缩模块也会进入断电模式，3G网络也

会自动下线，当顾客需要重新观看视频时，只要点击设备唤醒功能就可以。设备

唤醒重要通过短信方式实现。

3、基于光纤通讯方式,这种通讯模式重要用于有OPGW光纤开断点的杆塔上，

可以实现流畅的动态视频流数据H勺传播，同步也支持静态图片数据的传播。直接

在视频监控装置外面加一种光纤互换机就可实现。由于视频流传播功耗比较大，

因此在我们口勺产品中融入了诸多低功耗［1勺设计理念，当顾客不观看视频流的时候,

光纤传播通道会自动关闭。当顾客需要重新观看视频时，只要点击设备唤醒功能

就可以。设备唤醒重要通过短信方式实现。

4、基于WLAN+光纤通讯方式或WIFI无线通讯方式，这种通讯方式重要用于

监测点杆塔上没有OPGW光纤开断点，不过附近杆塔上有OPGW光纤开断点；或者

运用WIE1技术将所监测数据放松至相邻近日勺CMA接受装置（视频流媒体数据除

外）。视频数据先通过点对点的无线路由器传播到有OPGW光纤开断点日勺杆塔上。

然后通过该杆塔上的光纤互换机把视频数据传播到状态监测系统。该通讯方式可

以实现流畅H勺动态视频流数据的传播，同步也支持静态图片数据H勺传播。由于视

频流传播功耗比较大，因此在我们的产品中融入了诸多低功耗的设计理念，当顾

客不观看视频流的时候，光纤传播通道会自动关闭。当顾客需要重新观看视频时，

只要点击设备唤醒功能就可以。设备唤醒重要通过短信方式实现。

5、基于微波通讯方式，这种通讯方式重要用于光纤传播模式不能实现的地

方，同步乂没有3G信号的地方微波通讯距离一般能到达40km以上，具有传播距

离远，不一定要可视范围内。尤其适合山区的输电线路状态监测应用。该通讯方

式可以实现较流畅的动态视频流数据日勺传播，同步也支持静态图片数据H勺传播。

由于视频流传播功耗比较大，因此在我们I的产品中融入了诸多低功耗的设计理念,

当顾客不观看视频流的时候，微波传播通道会自动关闭。当顾客需要重新观看视

频时，只要点击设备唤醒功能就可以。设备唤醒重要通过短信方式实现。

2.5状态监测平台功能

在我们的产品设计中，采用了自主研发的状态监测平台，平台具有很强的

扩展性。平台的基本功能如下：

1.支持多路串口的接入

2.支持2路图像输入

3.支持RS485总线数据接受（支持24个以上节点接入）

4.支持多路开关量的输入输出

5.支持RF通讯（具有12路以上）

6.内部带无线通讯模块，可以根据顾客规定选择GPRS/CDMA/3G模块

7.具有WIFI通讯接口，可根据需要接入对应的CMA。

8.内部带有LAN接口，以便合用光纤和无线结合的专网接入方式

9.内部带蓄电池充电管理功能

10.内部带有大容量闪存，便于关键数据的I存储

11.基于通用的软件平台，修改升级以便，程序具有远程升级功能

12.支持多路电源的控制输出功能，电源的输出电压可以根据规定调整

13.带低功耗处理模式，当空闲时系统自动进入低功耗状态

14.带自检功能，硬件看门狗，保证程序不会死机

15.带外部电源接口，可以由第三方厂家提供电源供应

16.带有RS232串口、RF接口调试功能

在我们日勺硬件平台里，采集单元的电源由状态监测装置终端平台统一进行供

电，状态监测装置终端平台可以根据内部的I程序配置启动或者关闭接入日勺单元模

块。高速球机等采集单元通过RS485总线接状态监测装置终端平台。同步我们的J

状态监测装置终端平台还预留了诸多接口，可根据实际环境日勺需要增长接入其他

类型的监测装置。所后来期的功能扩展性非常强。由于平台的可配置性，后期产

品日勺功能扩充重要精力就可以放到扩充模块日勺软硬件设计上，大大加紧了研发的

进度。正由于整个系统采用了统一的状态监测终端平台，因此系统日勺稳定性和可

靠性大大提高。

在硬件平台的编程上，我们也是采用分层设计的原则，应用层和驱动层分

离，易于软件的功能扩充，软件设计整体流程非常清晰。由于各家对于规约日勺理

解不一样样，规约日勺修改肯定会有。为了产品能到达顾客单位统一日勺通讯规约模

式，我们的研发人员在软件日勺修改上相称以便。

不仅在状态监测装置终端平台上我们采用了平台建设的概念，在我们导线上

的产品我们也是采用平台建设的思想。因此我们导线上日勺产品分类非常丰富，在

外

硬件平台上，我们集成了太阳能充电管理、多种数字接口和模拟采样接口、

WIFI通讯模块、GPRS/3G通讯模块、存储器和实时时钟等功能，可根据需要对上

述图标中的各个功能模块进行裁剪.。平台上日勺各功能模块可以根据产品日勺不一样

进行配置，软件上修改也非常以便。

2.6平台无线通讯管理单元

GPRS模块重要是建立和主站之间口勺公网通讯，内置啊通讯模块支持TCP/UDP

传播，主控制器采集到的有关数据信息，转变成规约规定的格式，然后通过内部

的GPRS通讯发送到主站。RF通讯模块重要建立和导线上采集设备之间的通讯,

由于导线处在高电位，杆塔处在低电位，采用RF无线技术实现了碰撞接触防止

机制。

通讯模块采用高集成度GPRS工业模块，单片机和模块的通讯采用串口,单

片机控制模块的登录和初始化，发送接受数据。

平台内部带10/100M自适应网络接口，通过该接口可实现光纤专网日勺数据通

讯。

3.通讯方式简介

3.1通讯网络架构

既有输电线路在线监测系统通讯重要由两个网络段构成：现场网络段和远传

网络段。现场网络段采用无线网络技术或者485总线的J方式，负责将一定范围内

分布在输电线路和杆塔上的传感器通过短距离无线网络接入状态监测装置终端；

远程传播段包括远传网络和数据网络；负责将现场汇集的数据远程传播送到CAG

（主站）或者CMA接受装置。

3.2状态监测装置接入方式

我们的状态监测装置终端设备现场网络带有RF接口，可以接受无线传感器

的数据，同步带有路由功能。远传网络由于带有GPRS/CDMA/3G接口和LAN接口，

当需要设备扩展成公网和专网相结合日勺方式，只要在LAN接口上增长光纤互换机

或者无线AP设备即可。设备很轻易扩展，以便的组网，适应不一样日勺应用环境。

4.图像监测采集单元功能模块原理阐明

4.1监测装置的构成

图像监测装置安装在线路杆塔上，由前端数据采集单元和状态监测装置构成。

图像类装置口勺前端数据采集单元指高速球机。

状态监测装置由太阳能板、蓄电池、数据处理单元三大部件构成。状态监测

装置负责接受定高速球机等采集单元采集到日勺图片数据，然后传送至后台，同步

接受后台指令和管理前端采集单元设备。

4.2高速球机采集单元

重要功能

前端模拟高速球机把图像信号通过CCD图像传感器和DSP处理转变为PAL

模拟信号，通过同轴电缆传播到设备内部的压缩模块，压缩模块对PAL信号进行

采集压缩，形成JPEG的静态单帧图片，球机的旋转和光学镜头的变焦通过主控

制器和球机之间的RS485总线进行通讯控制能定期或按远程指令采集工程现场

图像信号，经压缩编码等信号处理后，通过GPRS网络方式传送给数据处理系统.

球机.卜H、J电源启动关闭由主控制器的内部电源管理模块输出控制。

图像采集压缩单元原理框图

高速球机DSP格式转换PALADSP图像压缩图像传输

f~~Tf_Z3

云台控制电源管理图像存储

红外照射

高速球机选型

采用海康威视高速模拟快球，该机型采用l/3"ProgressiveScanCMOS及

20倍光学变倍一体化机芯，水平解析度到达480TVL,支持水平360°高速持续

旋转和垂直自动翻转功能，为顾客提供清晰、细腻画面并实现无盲区监控，广泛

应用于金融、政府、电信、街道、楼宇等场所的监控。

高速模拟快球采用了具有自动聚焦、自动白平衡等功能H勺高性能一体化机芯;

内部集云台与数字解码器于一体，支持曼码及线路故障诊断;采用精密电机驱动，

反应敏捷，运转平稳，在任何速度下图像无抖动；配合客户端软件使用，还具有

点击跟踪和放大功能。高速模拟快球以其卓越的性能及完备n勺功能成为安防领域

的一款高技术监控产品。

高速模拟快球采用全数码控制、传动系统设计精致简朴，除了具有预置点、

自动扫描、巡航扫描及模式途径等功能之外，它还能实现手动限位、自动翻较、

隐私遮蔽及背光赔偿等功能，在实现全方位、无盲点监控H勺同步，还极大地保护

了顾客口勺个人隐私免受侵害。球机支持PELCO-D、PELCO-P及HIKCode协议，

并实现了对协议的自动识别。为了以便顾客口勺使用，球机同步具有硬件拨码地址

和软地址，通过多语言球机菜单可以设置多种参数，如系统信息显示，显示信息

设置、摄像机参数设置、预置点设置、模式途径设置、区域遮盖设置、报警设置、

辅助开关设置等等。

该产品日勺重要特点有：

♦采用l/B^ProgressiveScanCMOS,图像清晰；

♦精密电机驱动，反应敏捷，运转平稳，在任何速度下操作平滑无抖动；

♦完全实现对协议（HIKVISION、Pelco-P/D等）的自动识别，并支持点击

跟踪和放大;

♦支持曼码及线路故障诊断功能；

♦旋转速度根据镜头变倍倍数自动调整；

♦水平速度最高可达300度/秒，可实现对移动物体日勺迅速跟踪；

♦具有超宽动态范围功能；

♦支持多语言菜单及操作提醒功能，顾客界面友好；

♦内置设置数据断电不丢失；

♦水平360°持续旋转，垂直方向支持自动翻转，无监视盲区，保持跟踪

持续性；

♦支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光赔偿功能；

♦支持随机扫描、持续扫描、帧扫描等自动扫描功能，可设定手动限位；

♦支持4条模式途径，模式途径记录操作总时间至少可达20分钟；

♦支持256个预置位，并具有预置画面冻结功能；

♦可设置多达12个隐私遮罩块，位置、大小可调整，画面内可同步有8

个区域被屏蔽；

♦内置2个报警输入（优先级可调）和1路报警输出，支持报警联动，可

在报警后触发报警输出，调用预置点/模式途径/巡航扫描/自动扫描;

♦具有防雷、防浪涌保护功能:

♦具有断电状态记忆功能，上电后自动回到断电前的云台和镜头状态；

♦支持守望功能，预置点/模式途径/巡航扫描/自动扫描可在空闲状态停

留指定期间后自动调用（包括上电后进入的空闲状态）；

内置温度感应器，可显示机内温度；

图像压缩模块

采用自主研发的高速IP视频处理模块，使用TIDAVINCI处理芯片和平台,

性能可靠、稳定；采用H.264压缩算法，压缩比高，节省网络传播带宽和硬盘存

储空间。

♦支抖动态调整编码参数；

♦支持PPPoE、DHCP、UDP、MCAST>TCP/IP等协议;

♦支持4CIF、DCIF、2CIF、CIF、QCIF等辨别率日勺视频编码；

♦支持双向语音对讲、OSD叠加及RS-485串口控制：

♦内置小型Webserver服务器，可通过IE浏览器对球机进行控制；

♦支持双码流，根据不一样的应用可选择主码流或子码流传播；

♦支持报警信号口勺当地、网络联动；提供多区域、多敏捷度移动侦测;

支持基于IPSAN和NAS日勺远程集中存储；流数据中嵌入水印信息，防止录像文献

被篡改等。

设备功能

•设备中的图像采用JPEG压缩格式，压缩率高，图像清晰度好；

•设备具有远程设置图片采集时间间隔的功能；

•设备具有断线自动连接功能，无线通信应安全可靠；

•设备支持接受数据处理系统的对时命令；

•设备具有数据暂存能力，在通讯发生异常应能存储7天以上报警图片,

通讯恢复后，能自动上载到后端平台；

•设备各航空接口都具有可靠的防雷措施；

•设备留有调试串口接口，以便必要时能就地调试

设备外形图

5.各个监测装置的技术参数

5.1.高速球机技术参数

/终端与传感器之间的电缆采用耐腐蚀的硅橡胶电缆。

/工作湿度：5%-100%RH

/工作温度：-30℃〜+70C

/防护级别：IP66

/传感器类型：l/3"ProgressiveScanCMOS

/有效像数：1280*720

,最小照度：彩色0.05Lux

/光学变倍：20X

/数字变倍：16X

/快门：1-1/10,000s

/水平解析度：480TVL

/信噪比：不小于50db

/背光赔偿：0N/0FF

水平：0〜360度持续旋转

垂直：0〜90度

/水平键控速度：水平方向0.1—250度/s

/垂直键控速度：垂直方向-5〜90度/s

/控制协议：HIKVISION,PELC0-P/D等（可扩展）

/预置点：256个

/带电加热控制器

/图像格式：JPEG

/工作电源：DC12V

/带防冰雪外罩，防止雨雪积到球机镜头上，在发生覆冰雪的状况下，有效

的I保证了图像拍摄可靠性

5.2.状态监测装置技术参数

/合用范围：在35kV〜1000kV的输电线路电磁环境下正常工作

/工作温度：-30℃〜+70C

/工作湿度：0%~100%RH

/大气压：550hPa-1060hPa

阵风等级：正常作W60m/s

数据存储空间：4M闪存，数据能长期保持，1年不丢失。

太阳能板使用寿命：＞23年

平均无端障时间：50000小时

RF通信距离：空旷地带不小于1200米

具有自诊断功能

具有上电及软件自恢复功能；

内部关键元件采用军工设计原则；

数据通信格式：GPRS与短信相结合H勺方式

GPRS/3G模块（工业级）日勺工作温度范围：-40℃〜+85C

GPRS/3G模块：支持TCP和LDP通讯协议

数据发送成功有效率：＞99%

在线能力：具有断线自动重新连接功能，断线自动重新连接时间：＜lmin

具有串行数据端口，实现图像及数据信息的透明传播的功能

根据主站主机发送日勺控制信号进行历史数据、实时采集数据日勺传播以及

修改采样时间、装置时间标定等操作

供电模式：太阳能+蓄电池方式，冰雨、无光照天气持续工作30天以上

蓄电池类型:采用免维护蓄电池，蓄电池使用寿命不小于5年

/蓄电池工作模式：采用电压浮动充方式，内部带电池管理模块，具有低

电压，过电流，过电流保护

,采用插件式构造，便于蓄电池检修和更换

/遵照GB4793.1—1995中13.