基于移动通讯的防窃电图像监控系统设计.doc

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1、 基于移动通讯的防窃电图像监控系统设计Design of Video Monitoring System for Electricity Stolen Power Supply Company of Heze Cith, East Zhonghua Road of Heze ABSTRACT: In this article the auther supplys a new video monitoring system for electricity stolen prevention against the current ecectricity stolen in the power s

2、upply management. This system consists of monitoring ceter, video monitoring end user and mobile telecom channel, and realizes the evidence obtain for the electricity stolen and distance monitoring for the measuring instruments by using the vibrating sensor and alert for image changes. This system h

3、as been utilized in the electricity stolen prevention management of Power Supply Company of Heze and received good effectsKEY WORD: Electricity Stolen Prevention,；Image Sampling；Monitoring System摘要：针对目前供电管理中的窃电现象，提出并研制了一种新型的防窃电图像监控系统。它由监控中心、图像监控终端及移动通讯信道组成，利用振动传感器和图像变化启动图像报警，能够实现窃电取证及中心对计量装置的远程监控。该项

4、目已应用于菏泽供电公司的防窃电管理中，取得较好的效果。关键词：防窃电；图像采集；监控系统0 引言随着我国多元经济的快速发展，市场管理不规范、发展不平衡，个别不法用户受利益驱动，不择手段地窃取电能。尽管供电企业采取了多种措施，加大了打击窃电的力度，但窃电行为仍屡禁不止。仅菏泽供电公司每年查处的窃电量，以及由于表计丢失、损坏等原因追补的电量就达200万度以上。近几年，供电部门虽然采取了一些新的技术手段，如对高压客户逐步安装了电能量信息采集终端等，但由于窃电分子的窃电手法越来越隐蔽，仅从监控数据中难以判断。既使已能看出用户有窃电嫌疑，等赶到现场也很难找到有力的证据。个别用户气焰嚣张，多次故意破坏计量

5、表计，致使烧表、丢表事件时有发生，但也因缺乏有效的证据，无法对其窃电行为作出定论与处理。随着传输技术的高速发展，无线网络普及到我们生活的每个角落，而数字成像技术的发展，使得图像的摄取和处理也比以往任何时候更快速清晰，为远程图像监控提供了强有力的技术基础。在这种情况下，菏泽供电公司提出了建设防窃电图像监控系统的设想。1 系统总体思路 1.1 整体构想及目标综合利用当今先进的EDGE移动通讯技术、计算机技术、传感器技术、图像压缩技术及GIS技术，研发一种防窃电图像监控系统。系统包括一种安装于现场的终端装置和一套中心监控软件。系统采用振动传感器及运动检测技术检测作为启动图像抓拍的依据，采用多路红外摄

6、像、SD卡贮存技术、JPEG图像压缩技术，当发生报警时主动采集图像并通过EDGE移动通讯网络将图像上传主站，从而实现对计量装置的远程图像监控及窃电取证。1.2系统设计原则根据现实及发展的需要，在建设过程中我们提出并遵循了以下四个原则。1) 终端设计应在不改动现有表箱的基础上进行，并尽可能地小巧，以方便在不同表箱内安装。2) 终端设计应考虑扩展性和实用性，对SD卡、SIM卡等应方便取出、更换。3) 软件设计要符合未来计算机技术的发展方向，具有良好的扩展性和延续性。4) 与现有营销技术支持系统、需求侧系统有效集成，实现档案的同步及图像报警的同时进行电能量数据的二次分析。2 系统技术方案整个系统的技

7、术方案分三部分：一是组网方式设计，二是终端硬件设计，三是防窃电图像监控系统平台软件的设计开发。2.1 系统组网方式设计该系统总体上由监控中心（平台监控管理系统）、EDGE信道、图像监控终端三部分组成。其整体结构及实现方式如下图：监控中心由一台服务器，一台前置机、一台应用服务器、一个短信设备组成。通讯方面，通过2M数据专线在菏泽供电公司路由器与移动公司路由器之间建立起专用的数据通道，形成了企业内部EDGE网（VPN），使信息的安全性得到保证。每个防窃电图像监控终端中安装一块手机卡，卡中设置有固定的IP地址，保证了每个采集终端的唯一性。2.2 终端硬件设计2.2.1终端硬件设计为达到硬件配置的灵活

8、性，整个终硬采用模块化设计思路设计。主要由通信模块、图像采集及压缩模块、核心处理模块、电源模块组成。1) 通信模块。通信为模块即插即用型，根据插入的不同模块可支持GPRS/EDGE/CDMA无线数据通信，实现图像及监控数据的传输。在通过实测后我们选用了西门子公司的工业级MC75iEDGE模块. 西门子MC75i模块是一款整合EDGE技术的GSM模块，这种模块能处理高数据密集型多媒体设施，如：下载或分流高数据密集型多媒体文件、电子邮件附件交换和高速网络接入等，传输速度快而且稳定。由于它有四频段功能，所以它能在美国、欧洲、亚洲等现有的GSM网络使用，保证交流畅通无阻。2) 图像采集及压缩模块。图像

9、采集及压缩模块实现对模拟摄像头信号的采集和压缩。我们在图像采集和压缩的设计方面考虑使用多通道，接续多摄想头的方式，考虑终端尽量小巧，摄像头采用车载中常用的红外式摄像头，这样既使是夜晚，也能保证采到图像。图像采集压缩板采用成都众山科技研发的型号：ZS313。该图像采集压缩板已有成熟应用，它具有4通道模拟视频输入、图像运动检测、图像字幕叠加、多种监控图像分辨率、多种图像质量等功能。3) 核心处理模块。它是终端功能的核心部分，负责监测监控传感器产生的本地触发信号或中心的图像触发信号，接收图像压缩模块的图像数据并以文件的方式写入本地SD卡，然后和监控服务器通信。核心控制单元同时还对电源、通信模块、图像

10、采集压缩模块等工作状态进行监控。本终端采用双CPU方案，一个CPU负责EDGE无线数据传输，一个CPU负责图像采集、报警管理、图像存储管理等工作。设计中我们采用了三菱公司的16位低功耗高性能处理器M30620。它属于M16C单片机家族,M16C单片机融合了机遇寄存器型和基于存储器型两种结构的优点，从而能够实现类似于RISC的高速处理性能。M16C单片机具有超低功耗,极强的抗干扰能力和很高的C语言编程效率等特点,片内集成了10位A/D转换器、DMA控制器、异步通信通道、定时器等丰富的周边功能模块电路，适合于非常广阔的应用领域。由于设计到大量的图像信息要存储，终端除内置8兆位存储空间外，主控板我们

11、还采用了SD卡大容量存储器。SD卡的优势在于高速性、工作环境、随机访问和低耗电，已经广泛应用在各类数码产品上。监控终端实现了FAT32标准的文件系统,图像的存储和传输格式采用JPG文件形式存储在SD卡上。4) 电源模块。电源模块包含对100V，220V电源的二次转换变压器，备用电池的充放电管路，提供摄像机的DC12V电源，还提供通信模块，核心处理模块，图像压缩模块的电源供给。设计中一次电源（220V，100V输入转换部分）我们选用市面上流行的模块电源，备用电池采用锂电池，容量大、体积小，并采用限压限流方式充电，电路简单可靠，能支持终端运行约3个小时的时间。防窃电图像监控终端内部电路结构图如下：

12、图2 防窃电图像监控终端内部电路结构图2.2.2 终端硬件功能设计1) 支持4路视频摄像机接入，实现全方位监控，内置视频通道切换功能；内置JPEG图像压缩和远程传输功能；2) 支持4CIF/VGA/CIF/QCIF格式图像；3-5秒/帧图片；支持PP/IP/TCP/UDP/DNS等网络协议，支持中心为固定IP或动态域名；3) 报警触发方式支持振动传感器触发、运动检测技术判断图像变化触发，触发方式可设置为采用一种方式，也可设置为组合方式，且当触发报警后，每2秒(可设置)拍摄一次；4）采用红外摄像头，保证黑夜也能拍摄到有效的图像；5）支持多种图像抓拍启动方式，包括报警触发，中心触发；6）支持字幕叠

13、加，可将视频采集时间、用户名称等信息叠加到图片上；7）终端具有贮存功能，内置8兆位存储空间，同时支持大容量外置存储卡存储,存储卡格式支持SD、MicroSD、MiniSD，存储卡可随时更换；8）支持监控中心远程调整图像采集的亮度，对比度和色度；9) 监控终端自带电池，最少能支持终端运行3个小时的时间；10) 终端具有自动寻址功能，在断电再加电后能自动寻找主站，并能自动登陆主站；11) 终端能随时响应主站的请求；12) 能上报自身工作状态给主站。2.3 监控中心管理软件功能设计2.3.1 软件架构设计为满足无线通信的实时性要求,又简化客户端维护工作,监控系统软件采用C/S+B/S混合应用架构，D

14、elphi6开发，使用SQL SERVER数据库。2.3.2 软件功能设计软件功能主要有设备管理，电子地图，告警管理，系统日志，短信通知，系统设置等几大功能模块组成。1）设备管理主要包含对终端档案(设备编号、安装户号、户名、电表号、安装卡号、手机号安装时间等等)的新建、修改、删除、查询，可实现与营销系统接口，输入户号后，用户的其它信息自动调入，以达到与营销系统的同步。另外在显示方式上能按变电站和所属线路分类下拉显示。2）报警管理主要包括实时报警显示、处理报警、查询历史报警等。其中处理报警指报警信息确认，即输入确认状态、确认结论（正常、窃电）、确认情况（详细情况，备注型）、确认人等。可通过各种条

15、件查询报警记录，可对报警进行可对报警信息进行注删、撤消、删除，支持批量操作。3） 数据中心主要是对终端的远程管理。包括按通道抓拍现场图片。显示底层的终端工作信息，终端在线检测，远程参数设置，远程SD卡文件存取、浏览等。4）系统日志包括通信记录及系统日志记录。对于短信通信记录，用户可以根据日期和接收号码进行查询，并且可以进行记录的删除，导出等操作。系统日志主要记录系统中的一些重要信息，包括系统的登陆、退出、设备上下线情况以及设备的定时探测结果等。5）系统管理主要包括权限管理、短信接收人员设置、数据库参数设置等。能根据人员所在部门不同，授予修改、删除、查看等不同权限。6）电子地图可实现设备地理位置

16、的图形化显示。可进行设备定位及定位查询，可方便地放大、缩小、移动地图。另外在告警的时候，电子地图会自动进行提示，方便告警的处理确认等工作。7）web客户端管理系统的WEB客户端管理软件，基于B/S架构设计，功能上除电子地图和远程终端配置管理的功能外，局域网上的用户可通过IE浏览器查询报警信息、填写处理记录、查看设备信息、抓拍现场图像等。2.3.3 与相关系统接口设计为保证接口数据安全及实时性，系统与原有需求侧系统间采用WebService接口方式获取电表数据,进行二次告警分析。与原有营销系统库采用中间表方式获取用户基础数据，并与营销系统保持动态一致。2.3.4 主要工作流程设计（一）防窃电图像

17、监控终端工作流程设计防窃电图像监控终端工作流程如下图：开始传输报警信息到监控中心是EDGE数据传输终端与监控中心建立连接检查工作参数初始化启动图像采集压缩模块有人触动表箱或断电吗？否图像采集压缩模块2秒抓拍1次图像传输前几次抓拍图像图3：防窃电图像监控终端工作流程图仍有人触动表箱吗？是结束存储图像数据到SD卡存储器否（二） 监控服务器工作流程设计监控服务器初始化及无线图像装置登陆处理流程如下图：开始初始化数据库接口初始化已有需求侧数据接口初始化电子地图监听TCP端口有无线图像装置请求登陆吗？检查请求登陆的无线图像装置的合法性无线图像装置是合法的吗？允许登陆，保持通信连接是是否否图4：监控服务器

18、初始化及无线图像装置登陆工作流程图3 系统特点3.1 技术先进利用先进的EDGE移动通讯技术、计算机技术、传感器技术、图像压缩技术及GIS技术，实现了对计量装置的远程图像监控；采用了振动传感器及图像内容变化作为启动图像抓拍的依据，对开箱和不开箱窃电均能有效监控。且可结合现场报警前后电表的数据变化情况组合分析，作出二次报警提示，使报警更加准确；最大支持4路模拟视频信号的A/D采样，支持图像通道的自动切换，多角度的抓拍避免了死角。3.2 实用性强系统功耗低，可以常年不间断运行；终端可以通过监控中心网络远程管理和设置，无须到现场人工维护和操作，大大方便了系统的安装和维护；采用红外摄像头，保证黑夜也能

19、拍摄到有效的图像；字幕叠加功能，将视频采集时间等信息叠加在图片上，使事件记录的清楚明白；短信通知功能，使管理人员能及时了解报警的发生；可以在监控中实时抓拍现场图像信息，判断现场情况；电子地图功能使图像报警和地理位置联系起来，方便了使用人员监控；支持WEB管理，客户端实现免安装，方便了维护。3.3 安全性高采用专网方式，保证了信息安全；终端支持大容量外置存储卡存储,图像采用先本地存储，后传送的方式，即使由于网络信号不好，也不会造成图像丢失。终端上线后可通过远程读取的方式将图像重新取回中心；监控终端自带电池，在停电的情况下也能支持终端运行3个小时以上；系统有详尽的日志记录，保证系统异常有据可查。3

20、.4 灵活性好终端无线通讯模块为即插即用型，根据插入的不同模块，目前可支持GPRS/EDGE/CDMA无线数据通信，实时性好, 且组网方便、投资少、易维护、扩展性好；终端在85-265V电压范围内均可接入，接入灵活；外置摄像头可根据现场情况随意安放并调整角度，最大限度地满足监控要求。4 应用情况及效益分析4.1 系统应用情况 防窃电图像监控系统2008年5月开始开发研制，2008年9月投入试运行，首次投运1台终端，第二批投运7台，到2009年2月下旬陆续安装到14台终端。经过不断改造、完善，尤其是第二批终端投运后，总体运行情况良好，经测试，在技术性能和技术指标上达到了预定的设计目标，其终端功能

21、完备,性能稳定，后台软件的操作简便、界面友好，实现了窃电及时报警以及记录窃电证据的效果，满足了打击窃电行为、维护电力企业利益的需要，显示出系统的实用价值。4.2 带来的效益1）经济效益。该系统的应用方便了用电监察工作，为打击窃电、取得证据提供了依据，同时降低了用电监察成本，提高了用电监察效率。有了图像证据，也减少了窃电处理的难度，加快了处理速度。另外由于有了现场的图像监控，用户不敢再去偷电，也减少了供电部门的电费损失。截止2009年6月，共利用系统发现窃电用户2户，为供电公司挽回了8.59万度电量，约6万元电费损失。2）社会效益。窃电行为不仅使供电企业损失了大量电费收入，同时干扰了正常的供用电

22、秩序，导致电能损失，增加了其他合法用户的负担，并可能引发安全事故，甚至造成人员伤亡，影响电网的安全运行和社会稳定。系统的投运不仅打击了窃电，维护了企业利益，同时威慑了窃电分子，规范了电力销售市场，有效地防止了违法经营，维护了社会正常的供用电秩序。 5 结束语当前，无线图像监控在防窃电领域还属于较新的课题，本系统在菏泽供电公司的应用具有典型的示范作用。因监控终端投资较少、经济效益突出等特点，具有良好的推广价值和市场应用前景。论 文 参 考：1 Chesk 基于CDMA的无线图像监控终端设计，合智情报工作网 合智论文 2007 年11月2 张正平、夏斌、刘桥 基于单片机的GPRS无线数据采集与传输系统的设计，四川理工学院学报(自然科学版)，2007， (05) 3 赵亮、黎峰 GPRS无线网络在远程数据采集中的应用，计算机工程与设计， 2005， (09) 4 韩斌杰GPRS原理及其网络优化 机械工业出版社5 李玉凯 基于GPRS的防窃电实时监控系统设计 微计算机信息，2006， (12S)6 郭智 陈锐 刘贻柱 何初文 梁周 张朝佳 防治窃电技术，中国电力企业管理反窃电增刊作者简介：王新玲（1970），女，辽宁铁岭人，大专学历，高级工程师，工作以来一直从事电力营销信息化建设工作。