变电站数据采集与监控系统的设计 本文关键词：变电站，监控系统，数据采集，设计
变电站数据采集与监控系统的设计 本文简介：摘要：针对现阶段变电站变电设备及周边环境数据采集和监控中人工方法效率低、危险性高的缺陷，文中提出了依托无人机平台对变电站进行数据采集及周边环境实时监控的方案。基于分布式思想提出了无人机监控总体系统框架及具体的技术细节，利用RTP实时传输协议和RTCP实时传输控制协议相结合的方式可有效提高传输效率。除
变电站数据采集与监控系统的设计 本文内容：
摘要：针对现阶段变电站变电设备及周边环境数据采集和监控中人工方法效率低、危险性高的缺陷，文中提出了依托无人机平台对变电站进行数据采集及周边环境实时监控的方案。基于分布式思想提出了无人机监控总体系统框架及具体的技术细节，利用RTP实时传输协议和RTCP实时传输控制协议相结合的方式可有效提高传输效率。除可实现无人机日常巡视监控外，在数据采集支持下，无人机可快速抵达终点作业区域，进行故障查看及隐患排查。
关键词：无人机；变电站；环境监控
智能化技术的快速发展使诸多变电站已具备遥测、遥信、遥控以及遥调的功能[1]，并逐渐采用无人值班的运作模式，这也是未来发展的趋势所在。然而因变电站内设备分布密集、电磁场强度高的特点，变电站变电设备及周边环境数据采集和监控现阶段仍主要采用人工的方法[2]。人工耗时较长、工作强度大、效率较低，而无人机所具有的灵活机动的特点则可省事省力地解决这一问题。随着消费级无人机的推广和普及，现阶段无人机已广泛应用于日常巡视、电力线路规划、自然灾害处理、输电线路巡视等领域，并展现了极大的应用潜力[3-5]。利用无人机飞行速度快、高度高、视野广的特点，可以快速地对变电站变电设备及周边环境进行监控和数据采集，减少监控死角，大幅提高工作效率和准确度。基于现阶段应用实际情况，本文基于消费级无人机，对无人机在变电站变电设备及周边环境数据采集和监控中的应用进行了初步研究，并提出了具体的系统架构与技术实施方案。
1无人机数据采集和监控总体系统
无人变电设备及周边环境数据采集和监控系统总体系统原理图，如图1所示。待监控区域具有诸多类型的传感器，如火焰传感器、红外传感器、温度传感器等，这些传感器承担了数据采集节点的功能，完成对特定数据的采集。采集到的数据利用通信网路，在一定传输协议下，将融合数据传递至监控平台。监控平台人员对待监控区域进行远程实时监控，并将相关数据利用网络终端保存至服务器，以进行进一步的处理和存储。甚至待后期技术成熟后，可用于后期的大数据处理。根据监控人员的监控结果，针对隐患区域或存在故障的区域，无人机操纵员驾驶无人机飞抵作业区域，利用无人机进行监控和故障查看。此外，还可利用无人机进行高危区域的日常巡视，加强日常维护，及早发现故障隐患。
2系统硬件设计
在分布式控制思想的指引下，本系统的各个主要模块之间既相互独立又存在交互，由此可避免串联结构一损俱损的缺陷，提高了故障的冗余度[6-8]。系统选取STM32作为控制核心，数据来源于与之相连接的诸多类型的传感器。根据GPRS网络覆盖地域广、可靠性和稳定性高的优点，本系统采取GPRS网络进行数据的传输与交互。其的框架结构，如图2所示。
2.1无人机
现阶段电力系统应用的无人机类型主要分为固定翼与直升机两种类型[9-11]。变电站变电设备及周边环境数据采集和监控任务，需要无人机具备续航时间长、抗风能力强、安全性高等特点，四旋翼无人机完全可满足以上要求。四旋翼无人机利用其垂直起降能力可以在环境恶劣的场地直接起降，应用范围广。此外，其特有的定点悬停能力，可以对特定区域实现稳定持续的观察，传输返回稳定的图像，有利于对目标区域进行监控和数据采集[12-15]。在考虑变电站周围环境以及任务需求下，本文所设计的变电站变电设备及周边环境数据采集和监控系统中用到的无人机性能参数，如表1所示。针对变电站变电设备及周边环境数据采集和监控任务的特点，监控系统中的四旋翼无人机机身表面，尤其是核心硬件表面，应涂有电磁屏蔽材料以使其具备抗强电磁干扰的能力。为了获得稳定清晰的图像，无人机搭载有三维防抖云台以及光学变焦摄像头。
2.2GPS和电子罗盘模块
多旋翼无人机通过采用GPS模块实现了空间定位功能。因GPS模块电子罗盘两个模块的数据量和计算量均较小，故本文选取了将两者功能集中在一块接口转换板上的GPS和电子罗盘模块。总体程序流程图，如下图3所示。
2.3无线通信模块470M/2.4G无线数传电台
无线通信模块将环境参数和目标检测区域的监控信息，在通信协议的基础上传输至地面站工作人员，实现远离检测区域条件下的人员监控。为了能根据需要实现基于认知无线电的通信环境自适应传输，无线数传电台透传系统开发板上嵌有工作于470M频段FC-226模块和2.4G频段的NRF24L01模块。
3系统软件设计
3.1数据采集软件系统设计
3.1.1图像数据采集图像数据采集的主要任务是通过无人机的摄像头获取待监控区域的实施状况信息，随后便将压缩后的视频数据进行后传以用于进一步的分析[16]。无人机所携带的摄像头输出NTSC制式的基带视频信号，并经过A/V接口输送到TVP5146的输入端。TVP5146负责将NTSC视频解码，并数字化后送到DM6446视频处理前端的视频输入口。DM6446视频前端再将视频信号进行若干预处理置之后，使用mmap功能将视频数据的缓存地址提供给应用程序。具体流程如下：3.1.2图像数据处理图像处理过程主要分为编码和解码过程，本文通过编解码引擎和H.264编解码方法解决此问题。编解码引擎（CodecEngine）是用来调用xDAIS算法的一组API的集合，用户可以通过这些API来实例化和调用xDAIS算法，其同时也提供了与xDM兼容的VISA接口。H.264则是ITU-T视频编码专家组和ISO/IEC运动图像专家组联合提出的新一代视频编码标准。3.1.3图像数据传输基于变电站数据采集和监控的功能，采用RTP（Real-timeTransportProtocol）实时传输协议和RTCP（RealtimeTransportControlProtocol）实时传输控制协议两者配合使用，优点是二者能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化。尤其适合传送实时数据，故适用于监测任务。
3.2监控平台系统软件开发
动态监控系统示意图，如图5所示。其在特定情形之下，可以产生一定的控制指令，采取切断电源等措施。
4结束语
针对现阶段变电站变电设备及周边环境数据采集和监控中人工效率低、劳动强度大、危险性高等问题，提出了利用无人机对变电站变电设备及周边环境进行监控的方案，并提出了具体的实施方案与技术实施细节。无人机操作简便，对环境适用性强，有利于推广使用。无人机所特有的悬停视角，可对重点区域进行数据采集和监控，提高工作效率及准确度。可以预见，随着无人机技术的发展，无人机应用于变电站变电设备及周边环境数据采集和监控的潜力将越来越大，且巨大的应用需求必将召唤变电站及周边环境数据采集和监控特种无人机的出现。
作者：唐伟 雷亚兰 张洁 李松霖 张建 单位：云南电网有限责任公司 玉溪供电局
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