摘 要： 提出并設計了一套基于視頻監(jiān)控" title="視頻監(jiān)控">視頻監(jiān)控技術的多功能無線電力自動記錄系統(tǒng)WVRS,在自動記錄電表數據的同時實現遠程交互控制、危險報警、數據分析等功能,結合基于圖像內容的信息檢索技術，實現對海量電表圖像數據的快捷查詢和管理。
關鍵詞： WVRS(Wireless Video Recording System) 視頻監(jiān)控 無線傳輸" title="無線傳輸">無線傳輸 基于內容
傳統(tǒng)的人工抄表" title="抄表">抄表開銷大，不方便控制，經常出現誤抄、偷電等現象。
結合國內電表現狀和抄表技術的發(fā)展歷程[1]，GPRS無線Modem抄表通訊將成為主力。目前眾多基于GPRS網絡的自動抄表系統(tǒng)" title="自動抄表系統(tǒng)">自動抄表系統(tǒng)中居民電表集中器" title="集中器">集中器首先需要通過RS-485方式傳輸到抄表終端，再由抄表終端接入GPRS [2～4]；這類系統(tǒng)角度出發(fā)，僅僅將讀表結果傳入無線網絡，對居民電表參數、異常情況等信息不能同步傳輸[5～6]。
筆者從一個全新的角度設計了基于視頻監(jiān)控的電力自動抄表系統(tǒng)WVRS。該系統(tǒng)使用了先進的視頻數據壓縮傳輸技術，對現場數據實時壓縮，無線傳輸；后臺采用圖像處理技術，準確識別圖像中的字符信息，實現自動抄表功能；同時對電表參數、安全信息等進行及時分析處理，實現檔案記錄、危險報警等附加功能，從而對農村電力設備進行科學管理。
圖1是整個無線視頻監(jiān)控的電力自動記錄系統(tǒng)框圖。圖中形似手槍的部分集成了紅外線攝像頭、壓縮設備和GPRS數據發(fā)射模塊，能將采集到的圖片/視頻進行實時壓縮(JPEG2000/ MPEG-4)，通過GPRS模塊發(fā)射到無線機站；終端采用與發(fā)射模塊有同樣IP地址的PC機接收數據，并對接收到的圖片/視頻進行解碼，進而提取所需信息及后臺管理。
本系統(tǒng)將采集壓縮、無線傳輸、圖像識別、數據管理集于一體，實現了對居民電表集中器現場監(jiān)控、圖像傳輸和數據管理三大功能，為用電管理自動化提供了有效的技術手段。本文將從技術分析和產品應用兩個方面對WVRS進行闡述。
1 無線視頻監(jiān)控技術
1.1 圖像采集與視頻壓縮
居民電表集中器圖片/視頻數據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、輸出信號為CCIR B/W、信噪比達48dB以上，質量200克。該攝像頭能夠完全適應農村電表集中器周圍光線暗、亮度不均勻的環(huán)境，滿足電表數據采集精度的需要。
由紅外線攝像頭動態(tài)采集的視頻和圖片數據，進入視頻圖像壓縮設備。壓縮板針對不同的數據采用了不同的壓縮算法，靜圖(圖片)采用JPEG2000進行壓縮，動圖(視頻)采用MPEG-4標準[7]。壓縮硬件使用AD公司的DSP高速處理芯片。 整個圖像采集與視頻壓縮系統(tǒng)達到以下指標：
(1)壓縮技術：JPEG2000/MPEG4標準，硬件實時編碼；
(2)視頻輸入：支持NTSC及PAL制式；
(3)顯示幀率：1～25幀/秒可調；
(4)傳輸碼率：56kbps～1.5Mbps可調；
(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)網絡協(xié)議：GPRS無線傳輸；
(7)傳輸方式：支持點對點、廣播、組播等多種方式。1.2 基于GPRS的無線傳輸
GPRS無線傳輸模塊內置申請了GPRS業(yè)務的SIM卡，模塊外接一個RS232串口用于通信。視頻壓縮設備與GPRS模塊之間用串口通信，壓縮數據按網絡協(xié)議要求打包發(fā)送到無線網絡。
1.3 基于圖像內容的信息檢索、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/視頻圖像數據提供了電表信息(如電表生產廠及序號、校表日期、電表型號、電表讀數、記錄日歷時鐘等)、狀態(tài)信息(如居民月用電量超過限定值、或無用電量或用電量出現負數等需要特殊標識)以及安全信息(如出現電度表出廠序號與檔案不符、電表超期服役、校表日期超過期限等)。
此外WVRS系統(tǒng)還在后臺運用圖像恢復和增強技術對原始圖像進行了預處理，能將圖像采集、壓縮和傳輸過程中可能丟失的信息進行最大限度的補償。經過測試，讀表正確率達99%以上。對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)管理自動化。
1.3.2 基于圖像內容的信息查詢
視頻圖像數據包含的信息多，內涵豐富，但結構復雜，數據量大，帶來了存儲、檢索和查詢上的不便[8]。
為了對視頻圖像信息進行方便快捷的檢索，找到電力管理人員感興趣的信息，筆者把視頻圖像數據重新進行組織，使之成為便于搜索、易于交互的數據。
WVRS系統(tǒng)能夠自動記錄每個電表每月用電情況，并綜合所有數據建立數據庫，對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心的電表中的數字信息、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，建立了快捷的數據查詢系統(tǒng)，方便了電力管理部門對數據的存儲、分析與統(tǒng)計。
2 視頻監(jiān)控技術在無線自動記錄系統(tǒng)中的應用
WVRS采用視頻無線監(jiān)控，數據實時可靠，為用電管理自動化提供了有效的技術手段，其原理框圖如圖2所示。
2.1 多功能自動記錄系統(tǒng)介紹
結合后臺圖像分析和消息反饋環(huán)節(jié)，WVRS系統(tǒng)能實現如下功能：
(1)遠程電表抄收：理論上可以達到0.04秒的視頻采集間隔，記錄間隔在0.04～1秒之間可調；
(2)遠程控制功能：通過GPRS網絡實現實時控制，可以對不按規(guī)定交納電費的用戶實施遠程斷電等處理；
(3)圖像識別功能：對圖像中的參數能準確識別，獲取管理部門所需信息；
(4)危險報警功能：對電力系統(tǒng)實時監(jiān)控，對危險隱患能及時察覺，防止危險蔓延；
(5)數據分析統(tǒng)計、檢索功能：為每一個用戶編制檢索號，可隨時檢查任意用戶明細檔案。針對圖像信息的特點，設計基于視頻信息的數據庫，實現基于圖像內容的檢索；
(6)報表統(tǒng)計功能：將各供電所售電信息進行統(tǒng)計，制作月售電量匯總表，此表按明細分類進行劃分，分別提供匯總信息。
2.2 兼容性特點
關注抄表系統(tǒng)的發(fā)展，文獻[1]提出兩個目前最有潛力的發(fā)現方向：載波技術和基于GPRS無線抄表通訊[2][5～6]。由于我國電網現狀不能在短期內改變，目前還沒有適合我國電網狀況的載波芯片。與以載波技術為核心的抄表系統(tǒng)相比，基于GPRS的電力抄表系統(tǒng)可靠性更高，且安裝施工簡易。另外本文提出的WVRS系統(tǒng)能自動分辨用戶號和用電量，與電表的類型無關，非常適合中國市場電度表種類繁多的現狀。
本文結合目前電力系統(tǒng)管理中自動抄表的迫切需求，創(chuàng)新地將視頻監(jiān)控技術運用于無線電力記錄系統(tǒng)中，很好地解決了電力表記錄自動化的需要，提高了供電企業(yè)的管理水平。本系統(tǒng)兼容性強，易擴展，能滿足電力系統(tǒng)自動化管理的全面需要。
參考文獻
1 荊秋鋒，劉素娟.立足國內電表狀況談抄表發(fā)展.電力建設，2004；25(9)：41～43
2 徐 魁，蔣瑀瀛.基于GSM/GPRS通信的抄表系統(tǒng). 電力系統(tǒng)自動化，2004;28(17):94～96
3 Brasek, C. Urban utilities warm up to the idea of wireless automatic meter reading, Computing & Control Engineering Journal. Volume 15, Issue 6, Dec.2004-Jan.2005:10～14
4 Min Li, Wei Cai, Zheng Tan.Application of image monitoring technique in remote monitoring system for insulators.Intelli-gent Control and Automation, 2004.WCICA2004. Fifth World Congress, June 2004;6:5134～5137
5 雷學麗，楊錫運，徐大平.基于GPRS技術地集中式自動抄表系統(tǒng).電力自動化設備，2004；24(8)：76～78
6 粟玉霞，徐建政，劉愛兵.GPRS技術在自動抄表系統(tǒng)中的應用，電力自動化設備，2003;23(12):52～54
7 張旭東， 盧建國，馮 健. 圖像編碼基礎和小波壓縮技術——原理、算法和標準. 北京：清華大學出版社，2004年3月(第一版)
8章毓晉.基于內容的視覺信息檢索. 北京： 科學出版社，2003年5月(第一版)