小波變換在小區變監控系統圖像輸出上的應用

2014-06-25 10:09:36顏昕

電力安全技術 2014年3期

顏昕

（國網南京供電公司，江蘇南京 210000）

隨著國民經濟的飛速發展，城市的工業和民用負荷增長很快，對供電企業安全可靠供電的要求也越來越高。但由于小區變電站分布廣、數量大，供電企業往往難以及時發現其運行中出現的問題，致使因其設備故障或事故導致用戶停電的情況時有發生。由于計算機和通訊技術的發展，加之人們對自動化理論認知的深化，一種基于無線公網的遠程監控系統解決了小區變電站難以有效管理這一長期以來困擾供電企業的難題，并已經在實際應用中取得了良好的效果。

1 小區變遠程監控系統的作用

小區變遠程監控系統在小區變電站可實現以下監控作用。

(1)將安保和消防等功能融為一體。針對當前小區變無人值守的狀況，通過增加防盜報警、火災報警、SF6氣體泄漏報警、缺氧報警等功能，及時將小區變的異常情況告知運行維護人員，以及時消除事故隱患，提高運行管理水平。

(2)實現小區變電站運行狀態的監測及保護。保護方式有以下幾種：過電流保護、差動保護、電流速斷保護、零序電流保護、過負荷保護。

(3)解決了電力系統對小區變難以集中管理的難題。通過對多個小區變無線組網，用1臺終端即可監測網內所有的小區變，實現對所轄小區變集中遙信、遙測和遙控。

2 小區變監控系統組成

小區變綜合監控系統由門禁功能、防盜報警功能、火災報警功能、SF6氣體泄漏檢測報警功能、無線遠程遙測功能、圖像顯示等功能組成。小區變綜合監控系統如圖1所示，系統采用ARM+DSP架構。ARM運行Linux系統，接收SF6變送器、防盜探測器、門禁讀卡器、DSP串口數據等信號，并驅動相應的空調、大門、通風機、開關柜和GPRS無線射頻模塊等設備。DSP用于控制監控系統，采集現場圖像并通過算法壓縮圖像經串口發送至ARM。

圖1 監控系統工作原理

圖1中最小系統負責采集現場各項檢測信號，并將采集到的現場檢測信號進行數模轉換、分析運算，完成相應外設驅動功能。GPRS傳輸模塊負責將經過處理的數據或實時的報警信號通過無線公網上傳至集控中心上位機。集控中心上位機主要由監控計算機(上位機)和監控管理軟件組成，1臺管理終端單元可對數十個小區變電所進行集中監控，可對各種監控數據進行分類管理，并可實現相應的遙測、遙信和遙控功能。

3 小波壓縮算法

小區變綜合監控系統需要將變電站現場實時數據通過GPRS傳輸至集控中心上位機，監控系統在遇到突發情況，如防盜報警、事故異常等情況時，將及時啟動監控視頻探頭抓拍現場情況。由于圖片數據量一般較大，而目前的GPRS帶寬和資費問題，有必要將圖片數據進行壓縮處理。由于圖片的二維編碼信息中包含較大的冗余細節成分，所以考慮采用小波包分析算法對圖像數據進行壓縮。在同樣的通信容量下，如果將圖像數據壓縮后再傳輸，就可以傳輸更多的圖像。

圖像壓縮的要求是：壓縮后的圖像要有合適的信噪比，在壓縮、傳輸、恢復過程中要求圖像的失真小。

基于多分辨分析的小波變換可以對信號進行有效的時頻分解，小波分析能夠為信號提供一種更精細的分析方法。它將頻帶進行多層次劃分，對多分辨率分析沒有細分的高頻部分進一步分解，并能夠根據被分析信號的特征，自適應地選擇相應頻帶，使之與信號頻譜相匹配，從而提高了時-頻分辨率。因此小波變換具有更廣泛的應用價值。小波分析可以表示為圖2的小波樹狀結構。

圖2 小波分解結構

在圖2中，A表示低頻，D表示高頻，末尾的序號數表示小波分解的層樹。其分解關系為：S=AAA3+DAA3+ADA3+DDA3+AAD3+DAD3+ADD3+DDD3。由于圖像經過小波分解后，可得到不同分辨率的子成分，而不同分辨率的子成分對應的頻率是不相同的。對一個圖像來說，表現一個圖像最主要的部分是低頻部分，所以一個最簡單的壓縮方法是利用小波分解，去掉圖像的高頻部分而只保留低頻部分。

以圖3所示的小區變監控圖片為例，采用sym3小波進行2層小波樹分解，可得到圖4所示的分解結構。