输电线路无线视频监控系统

1、输电线路无线视频监控系统简要技术方案广州恒宗达电力科技有限公司输电线路无线视频监控系统技术简要方案广州恒宗达电力科技有限公司2013年5月目 录1背景22需求分析43通信方案设计64供电方案设计85拟接入的输电线路视频监控系统96视频监控系统组成及性能指标107输电线路视频监控系统主要功能117.1远程控制摄像机、远程设置/调用摄像机预置位、巡航及轨迹117.2具有定时触发功能，系统能够定时进行预置位拍照和录像137.3WEB控制浏览和手机控制浏览功能137.4支持视频录像、喇叭喊话、短信报警等多种报警方式147.5远程配置和修正设备运行参数和报警参数147.6监控点历史图片查询和录像回放功能

2、147.7根据线路现场监控需要，后期可扩充其它监测功能模块148设备现场安装151 背景 随着近年我国电网主要集中向超高压、特高压方向发展，输电线路的电压等级不断提高，输电距离也越来越远（比如文献22008年投运的晋东南至荆门1000kV特高压输电线路输电距离为近400公里，2009年投运的±800kV向上特高输电线路输电距离近2200公里，2011年投运的±660kV宁夏东至山东特高压输电线路输电距离近1400公里）。在检修模式方面，目前我国电网一直沿用定期检修和事后抢修相结合的检修模式。定期检修模式有自身的科学依据和合理性，在多年的实践中有效减少了设备的突发事故，保证了

3、设备的良好运行，但这种检修模式的缺点也是很明显的，“一刀切”式的检修模式，没有考虑设备的实际情况，存在“小病大治，无病也治”的盲目现象。随着近年我国电网的迅速扩建，电网设备数量急剧增加，定期检修工作量剧增，检修人员紧缺问题日益突出。晋东南湖北荆门1000kV特高压工程云南至广东±800 kV特高压直流工程为了实现电网事故发生前的及时准确预知，将线路事故隐患消除于萌芽状态；为了在输电设备事故发生后，利用科技手段使线路人员能够快速确定事故发生点，减少和降低事故排查难度；为了解决目前输电线路人员短缺与输电线路增长较快的矛盾和部分特殊地段巡视困难等问题，迫切需要研究和逐步引进使用新技术，以科

4、技手段进一步增强蒙东电网运行的可靠性，逐步实现我国电网的数字化、网路化、智能化现代管理模式。由于我国电网覆盖面广，输电距离长，地形复杂，有些还位于无人区，因此数据传输通信方式是输电线路监测系统实现对线路进行实时在线监测的关键性环节。虽然目前移动、联通和电信等无线网络的覆盖面已经比较广，绝大部分输电线路中已架设有光纤，但对输电线路在线监测系统通信传输方面还存在一些弊端和困难：Ø 3G、GPRS通信费用低，且前期成本投入也小，但微气象在线监测系统一般运行在偏远山区，GPRS、3G信号覆盖非常有限，而且信号也非常不稳定，无法满足微气象在线监测系统实时数据通信的应用需求；Ø 架空输

5、电线路基本上铺设都有光纤，但光纤接口非常有限，同时目前有些供电公司提供光纤接口，一般不愿把光纤端口与电力专用传输混合通用，因此采用光纤进行气象数据传输也有一定的局限性。鉴于上述情况，必须寻找新的通信方式，满足不同区域输电线路在线监测系统的通信应用需求。2 需求分析（1）需求：建设无线监控系统，要求采用先进的无线网络技术，要求无线网络安装方便、可靠性高、安全性高。分析：就目前无线网络的发展来看，先进的Mesh技术是无线网络发展的方向。l 无线Mesh网络采用“网格”状的组网结构，可以自由扩展，安装非常灵活、方便。l 无线Mesh网络是一种智能的网络，网络自身可以自 动组网、自动故障隔离、自动网络

6、优化，具有很高的可靠性和稳定性。（2）需求：在电力系统的项目中，无线设备要求在光纤资源缺乏的野外的高压线沿线架设，要求无线Mesh设备有良好的多跳性能和稳定性延伸监控范围。 分析：无线Mesh基站使用模块化的、多频、多信道、多RF的方式展示高级的回程方式，根据现场环境满足每根电力杆架设一台基站，以便实现更好的现场图像获取和远程监控，并且通过无线Mesh网络良好的多跳性能延伸监控范围，降低光纤点的数量（3）需求：因本地区环境恶劣，且本项目大部分设备需在野外安装使用，要求无线网络设备应能在恶劣的地理环境中工作。分析：由于本地区的环境恶劣，对无线网络设备的选取将变得格外严格，应达到以下的各项指标:&

7、#216; 工作温度：-40°C 到 +55°CØ 储藏温度：-50°C 到 +85°CØ 天气等级：IP67 防风雨Ø 可承受风速：>165 mphØ 可承受风力（165mph）：<1024牛顿Ø 抗盐/雾/生锈特性：Mil-STD-810F 509.4Ø 抗击打和抗震性：ESTI 300-192-4 规格T41.E，Class 4M3，Mil-STD-810（4）需求：本电力系统无线项目要求建设的无线网络系统能够有很好的投资保护，能够进行长期平滑的技术升级。分析：目前无线网络的技

8、术发展速度非常的快，本项目建设好之后，如何保障建设的无线网络系统不过时，如何能够跟随技术的发展进行平滑的技术升级是非常重要的。这正是先进的 Mesh模块化设计的优势，可以通过简单的替换的功能模块就可以实现长期的、平滑的技术升级，这一点是其它无线网络产品难以作到的。（5）需求： 要求在整个高压线沿线区域能够提供无线IP电话服务、无线视频监控服务等，用于工作人员的通信和指挥调度等。分析： Mesh无线网产品的全套无线IP电话解决方案，包括无线视频监控、应急通讯指挥等领域都有完整、成熟的应用案例。相比较传统方式的电力线沿线监控技术，无线Mesh技术提供了革命性的宽带组网技术，可以完全实现电力线沿线视

9、频监控的需要，解决传统监控方式遇到的以下问题：1. 高压线沿线光纤资源不可用，重新架设光纤费用昂贵，技术难度大，因此无法采用有线通信方式解决现场的视频监控2. 直升机、无人机方式耗费大量的租用费用，即需要人员车辆赴现场配合，并且无法及时实时的获取现场情况3. 运营商GPRS、CDMA或者3G信号往往在部分高压线沿线没有信号覆盖，也就没有办法提供远程通信，并且3G等技术还不能提供宽带的通信质量，对系统应用有很大的限制综上所述，无线Mesh技术作为远距离无线、多跳、组网的首选技术方案，可以解决电力线沿线监控的落后、被动的局面，更好的服务于特高压变电等电力线的实时、及时的远程监控，满足了日常维护和应

10、急通信等不同场景下的使用。3 通信方案设计3.1 方案设计3.1.1 系统介绍本方案采用 Mesh无线组网解决方案，实现无线网络覆盖，对固定监控、移动监控和应急临时监控及VOIP语音服务提供宽带无线接入。系统特性n 按照每根电力杆架设视频监控点的设计，基站间距为500米n 固定基站采用OWS2400-20 四模无线Mesh产品，任意两台基站之间的通信距离最远可达40公里盖（视具体监控摄像机的密集度，以及现场环境的可达性有所不同）n 通常在电力线沿线每1-2公里架设基站，如下图所示：n 固定基站的系统骨干连接采用5.8GHz频段的无线互联，配合高增益的定向天线；最大限度的节省光纤架设或者租用成本

11、n 固定基站对周边的手持终端和移动车辆提供无线覆盖，在传输高清晰照片和视频传输的同时，该无线系统还同时支持其他的应用n 数据传输n 语音功能3.1.2 工作方式无线基础架构系统由 Access/One网络节点，使用multi-channel、multi-radio的方式组建Mesh无线网状网络。n Mesh拓扑结构保证任何两个之间链路视距可达，基站就近相连n 每无线网络节点内置多个功能不同的模块，分别处理用户接入和Mesh骨干业务，每跳带宽损耗低n 每无线网络节点可采用多个不同的信道同时工作，全网充分利用了2.4GHz和5GHz频段，提供效能并且避免大规模覆盖的干扰n 支持高速移动和快速切换M

12、esh基站配置无线宽带系统中主要使用四模块无线Mesh基站 OWS2400-20无线Mesh基站 OWS2400-20无线Mesh基站使用OWS2400-20设备。该设备内置2块802.11a模块和2块802.11g模块。两块5.8GHz模块分别处理Mesh上行、Mesh下行的通信，保证了无线网络多跳的高带宽和低时延。该基站的具体配置如下：Ø OWS2400-20Ø 内置2块5.8GHz 11a模块和2块2.4GHz 11g模块Ø 多模块节点作为多跳Mesh骨干中继节点² 1个802.11a 模块用于Mesh上行无线链路² 1个802.11a

13、模块用于Mesh下行无线链路² 802.11g模块用于其他无线终端的接入Ø 设备安装n 设备和天线抱杆安装，具体安装设备和天线参考OWS安装手册Ø 供电选择n 设备支持本地或直流供电，交流电压范围110-240V，直流供电范围24Vn 若采用风能或太阳能供电，需要考虑系统设计，使系统在连续多个阴天的情况下依然可以提供充足的电量，保持系统正常工作设备接口和天线配置如下图所示：固定Mesh基站安装在专用的抱杆之上，配合5.8GHz定向天线进行设备无线互联和无线接入。如下图所示：3.2 无线基站分布无线基站主要分布在高压线沿线，分布图如下：其中，红色为无线网络根节点位置

14、(光纤传输点位置)；其他为无线中继设备l 设备主要放置在高压线沿线，共需XX台无线Mesh基站设备，每个根节点设备需要1条100Mbps以太网接口l 具体的光纤节点按照实际组网需要再行考虑在实施前的现场勘测阶段将根据初步设计，进一步的充分听取用户的建议，并且考察安装、供电的工程因素后，以决定具体的安装位置和安装方式。3.3 无线网络容量和业务分析无线Mesh网络系统整体容量：Ø 根节点采用了OWS2400-20设备n 内置2个802.11a无线模块n 单个802.11a 5.8GHz射频模块提供15Mbps汇聚吞吐量(保守计算下的平均吞吐量)n 根节点MWS100-HSX20的2个1

15、1a无线模块，将配合5.8GHz扇区天线，分别接入中继节点n 根节点处的总的汇聚吞吐量为30MbpsØ 无线Mesh中继基站采用优化的Mesh算法进行互联n 采用信号强度、网络时延等参数的加权平均值来作为评估无线链路性能的指标n 总是选择性能最佳的做为主链路，其他链路作为备选Ø 系统总体容量与根节点数量（即光纤节点数量）有关，通过增加落地的光纤节点数量就可以成倍的增加网络总体带宽监控业务容量需求：Ø 按照150公里长电力线估算Ø 每500米架设之间，共需300个Mesh基站设备来传输视频图像或图片Ø 监控主要需求为静态高分辨率的图片，而非连续图

16、像；并且每天每基站回传5张图片即可满足需要(按照每张图片压缩后2M字节计算)Ø 总体业务容量约3G字节的容量按照单台根节点设备30Mbps带宽计算，只需要不到15分钟即可完成所有图片的传输；考虑实际环境影响以及远距离组网时延等影响，建议采用分时方式进行图片传输。总体来说，无线Mesh网络提供了充分的带宽，可以完全满足电力线沿线的视频监控和图片传输的需要。3.4 方案解决的问题u 点到多点的拓扑限制问题通常说来，传统的网桥在大范围内部署无线网络都会遇到远距离的限制问题，处于网络边缘的基站不能就近连接，必须与处于无线网络的中心基站进行介入，为远距离的大范围无线建网以及未来的网络扩展带来很

17、多的限制。 Mesh拓扑结构引入了网状网络的概念，完全不需要所谓的中心点 - 任意两个无线节点之间都可以连接，对于每个无线节点都有一条到多条的无线链路可供选择。Mesh无线网状网的特性轻易地解决了点到多点的拓扑限制问题问题。u 光纤成本和Mesh多跳后的吞吐量损耗问题利用Mesh拓扑结构的特点，在进行大规模无线网络所遇到的阻挡问题，可以非常容易进行规避。但是，Mesh拓扑将在无线网络中引入更多的无线跳 (hop，每经过一个无线设备叫做一跳)；如果每跳带来的吞吐量损耗过大（如single-radio Mesh单无线射频网状网每跳加入50%以上的吞吐量损耗），就势必需要更多的光纤等有线回程线路，从

18、而导致项目整体成本的飙升。 Mesh 采用独特的 multi-radio Mesh （多无线射频网状网）技术，极大的降低了每跳的吞吐量损耗，如下表所示：在实验室环境下，每跳损耗小于1%；在实际应用中，每跳损耗可达到低于10%。因此，在本方案中，10端固定基站的设备之间的带宽损耗极小，在从头到尾的端到端的网络中，可以提供至少10Mbps以上的吞吐量。u 无线网络冗余特性当所有无线Mesh基站启动运行后，各个基站将自动决策到有线网络的最优路径，随之产生的Mesh拓扑将基于网络性能进行流量的负载平衡。如下图所示：当电力线沿线任何一个铁路站点的光纤点发生故障，该区间内的固定Mesh基站将自动的调整无线

19、链路，重新汇聚到就近的另外一个站点的光纤点，如下图所示：当电力线沿线任何一个固定基站发生故障时，受到影响的固定Mesh基站将自动的调整无线链路，按照性能最优的方式重新进行汇聚，如下图所示：3.5 方案的典型应用 Access/One无线网络具有自我组织、自动配置、性能自动调节、链路自动修复等特性，支持负载均衡和冗余备份功能，为区域范围内的无线监控和移动无线监控提供了稳定可靠的承载平台。可满足以下应用：n 无线视频监控u 电力线沿线远程监控在电力线沿线设置无线Mesh基站和视频监控摄像头，通过高性能多跳Mesh网络，将沿线的视频监控图像实时地回传到调度中心，电力企业的工作人员可以便捷地对必要区域

20、、实时地监控系统作业和查看系统参数，尤其适用于一些关键线路或者无人值守区域，可以确保安全生产，杜绝事故隐患，提高生产效率u 电力设施设备和财产监控-通过采用无线方式对电力设置或者电厂等关键区域进行布控，摆脱光纤的传输限制；一方面减少了有线电缆的部署成本和企业内施工对生产的影响和不可行性；另一方面也可以便捷调整对现有电力设施和场所的无线覆盖，例如增减及变更监控点，随时满足安全生产和保障需求n 无线语音通信- Mesh网络有能力对电力线沿线的变电站等站点以及电力企业大面积区域进行无缝信号覆盖，通过Wi-Fi语音通信系统，为电力企业提供企业内部的免费通话平台，大幅节省企业通信费用，并提高工作效率。企

21、业工作人员在无线覆盖区域内，可以享受免费的移动语音通信，使用Wi-Fi 手机与总控室沟通汇报现场状况；同时也可以降低与外部通信成本n 无线数据采集- Mesh网络所提供的数据服务，使供电/发电系统观测站等值班作业信息化、无纸化，并且在总控室可以看到每个电力设备系统的参数监测，电流、温度、相关越限告警信息，以及非法闯入告警n 企业移动办公-的无线Mesh网具备的大面积广泛覆盖能力，对于电厂和大中型变电站等占地面积大的电力企业，可以将电力企业的办公区和生产区无缝连接在一起。工作人员可以在电力企业内，随时随地接入相关网络进行数据查询、生产调度和通信联络等n 应急通信-在有关移动车辆上安装 Mesh节

22、点。车载Mesh节点可与固定Mesh节点相配合，建立无线链路，支持移动视频监控应用。在电力企业室外临时的，或急需无线信号覆盖的区域，可通过车载点覆盖一定的范围并与电力企业无线Mesh网络互联，为该区域在最短时间提供应急通信服务，如数据，语音，视频。基于Mesh技术的Access/One无线网络支持完全无线的方式进行网络建设，可以迅速地进行无线网络搭设，具有高机动性、快速部署展开的特点；同传统的有线和无线网络技术相比极大地降低了初期的安装和部署成本；仅需要在网络边缘加入新的无线节点设备，就能达到网络扩容的要求，因此，有效地降低了网络建成后的运营维护成本以及网络的扩容和升级成本3.6 Mesh方案

23、在九嘉线的应用案例电网所处山区野外环境复杂，稳定持续供电困难。变电站相隔距离很远，输电线路长，汇总的业务流量大，对无线传输网络的带宽与稳定性要求很高。本方案拟采用Mesh无线组网解决方案，实现无线网络覆盖，对固定监控、移动监控和应急临时监控及VOIP语音服务提供宽带无线接入。无线Mesh的工作特点依靠多跳、远距离的高性能无线传输系统，大幅度的减少了光纤网络建设工程，通过2.4GHz/5.8GHz免执照频段在电力线沿线架设无线Mesh网络，将输电线、电力设施等处的数据和视频监控系统的视频信号，进行实时回传，以满足电力传输系统的远程监控和安全保障工作。变电站本方案拟采用Mesh无线组网解决方案，实

24、现无线网络覆盖，对固定监控、移动监控和应急临时监控及VOIP语音服务提供宽带无线接入。n Mesh基站配置无线宽带系统中主要使用三种Mesh基站:n 监控中心 OWS2400-30n 中继节点 OWS2400-20n 边缘节点 HSx无线基站分布无线基站主要分布在高压线沿线，可安装于输电线路铁塔上，基站间可达5-10公里以上，分布示意图如下：其中，红色为无线网络根节点位置(光纤传输点位置)1处，可拟设在龙嘉变电站；其他为无线中继设备，按照九嘉1、2号线的线路长度（36.592公里），我局拟设7处基站。车载设备和摄像头侧的设备选择HSx边缘Mesh设备，拟安装数量为2组。高压线路沿线没有电，所以

25、采用能保证连续30个阴天正常工作的太阳能供电方案。方案通过在没有数据需要传输的时候通过无线遥控设备让AP休眠，有数据要传输的时候再唤醒AP的方式来节电。4 供电方案设计由于监测装置安装于野外杆塔线路上，运行环境极为复杂、恶劣，对装置供电系统设计也提出了很高的要求，主要考虑以下几个方面：Ø 整个电源系统本身必须高效率、低耗能，从而延长系统连续工作时间和电池使用寿命；Ø 具有较高的稳定性和可靠性，尽可能提高电源的性能指标；Ø 结合监测装置的工作特点进行抗干扰、高低压充放电保护设计；Ø 在严重覆冰期超低温、无日照的恶劣环境下，监测装置能够稳定工作30天以上。

26、综合上述因素，目前监测装置采用了太阳能+蓄电池的供电模式，在阳光充足时，依靠太阳能对设备内部配置的蓄电池进行充电，在晚上没有阳光时，依靠内部配置的电池对装置进行供电，保证监测装置持续稳定工作。设备安装现场5 拟接入的输电线路视频监控系统输电线路无线视频监控系统，采用H.264视频压缩技术，在当前有限的无线网络技术下，能够在后台看到清晰、流畅线路视频图像。系统支持3G无线移动、Mesh、WIFI等多种通信方式，在3G网络无覆盖区域，可自动切换到2G网络或采用Mesh等自行组网方式进行视频传输。系统中配置采用全方位无盲点工业摄像机，能够对绝缘子串、导线（导线金具、导线弧垂）、地线（地线金具、地线羊

27、角）、杆塔（塔身、塔基及对面杆塔）、线路走廊、杆塔周围环境等进行全方位无盲点监视。利用系统智能视频分析功能，对线路走廊内因导线悬挂异物、线路周围建筑施工、树木茂盛等因素引起的电力事故隐患能够进行及时预警，对提高输电网持久稳定运行具有重要意义。系统网路结构图6 视频监控系统组成及性能指标序号名称构成数量（单位：套）性能指标1监控终端装置分机1套（1）最多可接4路视频；（2）工作温度范围：-40+85；（3）IP防护等级：IP66；（4）使用寿命：5年以上。智能分析报警单元1套智能分析模块的智能视觉处理速度为30fps（帧/秒），实现对导线悬挂异物、吊车臂超越导线安全警戒距离、杆塔周围非法取土等线

28、路周围异常环境的报警。Mesh无线通信单元1套（1）工作温度：-40°C 到 +55°C（2）防护等级：IP67 防风雨（3）可承受风速：>165 mph（4）抗盐/雾/生锈特性：Mil-STD-810F 509.4（5）抗击打和抗震性：ESTI 300-192-4 规格T41.E，Class 4M3，Mil-STD-810供电单元1套终端采用太阳能蓄电池供电模式，在持续阴雨情况下，装置分机能够正常工作至少30天。设备户外机箱及安装附件1套2摄像机高速球形摄像机1台（1）采用1/4"高性能CCD，图像清晰，有效可视距离在300米以上；夜视情况下，自动彩转黑；（2）摄像机水平方向360°、垂直方向180°连续旋转，无监视盲区；（3）支持自动光圈、自动聚焦、自动白平衡、背光补偿和低照度（彩色/黑白）自动/手动转换功能；（4）支持128个预置位；（5）支持定时启动预置点、花样扫描、巡航扫描、自动扫描功能。（6）具有防雷、防浪涌保护功能；3软件平台系统服务器软件和WEB客户端系统软件1套（1）服务器软件实现现场监控设备视频的接收、处理和存储；WEB客户端系统实现用户在异地对现场视频的浏览和摄