紅外熱像儀智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的研究

摘要：隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)的發(fā)展，電力設(shè)備自動(dòng)化控制和現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守已成為必然趨勢(shì)。因此，對(duì)無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面、完美的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)化監(jiān)控顯得尤為重要。文章利用紅外熱像儀結(jié)合可見(jiàn)光設(shè)備搭建整個(gè)紅外智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)及如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：紅外熱像儀；數(shù)字監(jiān)控；智能數(shù)字視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TN215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）16-0024-03

紅外熱像診斷技術(shù)的應(yīng)用，解決了電網(wǎng)中的大量戶外及裸露設(shè)備熱性故障問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。由于該技術(shù)是對(duì)設(shè)備表面輻射的紅外光進(jìn)行非接觸、遠(yuǎn)距離熱成像檢測(cè)，不受電場(chǎng)干擾，因此具有直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高、快速、安全、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，已成為電力設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的重要手段。

本文運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)結(jié)合電網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化需求，就搭建紅外智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、搭建及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討。

1 紅外熱成像及原理概述

紅外熱成像運(yùn)用光電技術(shù)檢測(cè)物體熱輻射的紅外線特定波段信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供人類視覺(jué)分辨的圖像和圖形，并可以進(jìn)一步計(jì)算出溫度值。紅外熱成像技術(shù)使人類超越了視覺(jué)障礙，由此人們可以看到物體表面的溫度分布狀況。

物體表面溫度如果超過(guò)絕對(duì)零度即會(huì)輻射出電磁波，隨著溫度變化，電磁波的輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)分布特性也隨之改變，波長(zhǎng)介于0.75～1μm間的電磁波稱為“紅外線”，而人類視覺(jué)可見(jiàn)的“可見(jiàn)光”介于0.4～0.75μm。紅外線在地表傳送時(shí)，會(huì)受到大氣組成物質(zhì)（特別是H2O、CO2、CH4、N2O、O3等）的吸收，強(qiáng)度明顯下降，僅在短波3μ～5μm及長(zhǎng)波8～12μm的兩個(gè)波段有較好的穿透率（Transmission），通稱大氣窗口（Atmospheric window），大部分的紅外熱像儀就是針對(duì)這兩個(gè)波段進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算并顯示物體的表面溫度分布。此外，由于紅外線對(duì)極大部分的固體及液體物質(zhì)的穿透能力極差，因此紅外熱成像檢測(cè)是以測(cè)量物體表面的紅外線輻射能量為主。

2 智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)概述

智能電網(wǎng)，就是電網(wǎng)的智能化，它是建立在集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)、先進(jìn)的控制方法以及先進(jìn)的決策支持系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，其主要特征包括自愈、激勵(lì)和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動(dòng)電力市場(chǎng)以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

智能電網(wǎng)通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間給出需要維修設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。系統(tǒng)的控制裝置可以被調(diào)整到降低損耗和消除阻塞的狀態(tài)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制裝置的這些調(diào)整，選擇最小成本的能源輸送系統(tǒng)，提高運(yùn)行的效率。最佳的容量、最佳的狀態(tài)和最佳的運(yùn)行將大大降低電網(wǎng)運(yùn)行的費(fèi)用。

2 基于紅外熱像儀智能數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：

（1）電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可視化：通過(guò)采集設(shè)備狀態(tài)信息，并結(jié)合紅外線成像技術(shù)等實(shí)現(xiàn)“遙視”，監(jiān)控變電站主要設(shè)備，形成對(duì)變電站各種電力設(shè)備的數(shù)據(jù)和圖像一體化的在線監(jiān)測(cè)，還可有效地防止竊電。

（2）故障預(yù)警智能化：根據(jù)“遙視、遙信、遙測(cè)”獲得的信號(hào)以及各種通信手段獲得的信息，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術(shù)進(jìn)行事故預(yù)警，出現(xiàn)故障時(shí)能夠準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行故障診斷和定位。

（3）自愈恢復(fù)、負(fù)荷轉(zhuǎn)移與故障排除：通過(guò)對(duì)電力設(shè)備的局部放電、局部過(guò)熱等事故跡象的圖像識(shí)別和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，可將潛在故障點(diǎn)隔離或迅速轉(zhuǎn)移負(fù)荷，避免或延緩事故發(fā)生，在少用或不用人為干預(yù)的情況下使電力系統(tǒng)堅(jiān)持正常供電或迅速恢復(fù)供電，保證供電的連續(xù)性和可靠性。

系統(tǒng)功能模塊：（1）變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)（紅外能量，可見(jiàn)光視頻）的采集模塊；（2）能量、視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸模塊；（3）能量數(shù)據(jù)解析分析模塊；（4）智能監(jiān)測(cè)及分析模塊；（5）告警處理模塊；（6）歷史數(shù)據(jù)查詢模塊。

3.2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)架構(gòu)圖。

（2）架構(gòu)圖說(shuō)明。

IRServer：前端紅外監(jiān)控?zé)嵯駜x，負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，壓縮數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)。

IRService：服務(wù)器：負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為溫度及圖像，圖像顯示，圖像質(zhì)量處理。

IRStation：工作站：負(fù)責(zé)智能監(jiān)測(cè)任務(wù)的制定，運(yùn)行，告警及報(bào)告的生成，歷史數(shù)據(jù)的檢索。

（3）系統(tǒng)原理。攝像頭（IRServer）采集到紅外能量數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、語(yǔ)音數(shù)據(jù)，通過(guò)internet網(wǎng)傳送到服務(wù)器（IRService），在服務(wù)器對(duì)能量數(shù)據(jù)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、計(jì)算，解析出圖像，再通過(guò)internet傳輸?shù)焦ぷ髡荆↖RStation），通過(guò)工作站制定的任務(wù)，自動(dòng)完成智能監(jiān)測(cè)，告警等工作。

（4）系統(tǒng)組成。紅外熱像儀，高清攝像機(jī)、Internet傳輸設(shè)備、變電站管理中心計(jì)算機(jī)，海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。

3.3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上對(duì)電力設(shè)備的檢測(cè)，還停留在第二代視頻信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸上；在變電站采集到視頻信號(hào)后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)，然后在工作站顯示。

該系統(tǒng)由監(jiān)控?cái)z像頭（IRServer）采集到紅外能量數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)，在監(jiān)控器端（IRServer）用先進(jìn)的數(shù)據(jù)（紅外能量值）壓縮和傳送技術(shù)通過(guò)Internet傳送出去，監(jiān)控計(jì)算機(jī)端（IRService）接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)充分地利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)和圖像處理能力，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，實(shí)時(shí)分析出每幀完整的數(shù)據(jù)，計(jì)算出每幀每個(gè)像素點(diǎn)的溫度，再通過(guò)圖像處理技術(shù)，把能量轉(zhuǎn)換為清晰的視頻，在工作站顯示出來(lái)。工作站（IRStation）通過(guò)專業(yè)人員，對(duì)變電站所有需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，需監(jiān)測(cè)的設(shè)備進(jìn)行預(yù)設(shè)監(jiān)測(cè)任務(wù)，報(bào)警閥值，告警處理方式后，工作站計(jì)算機(jī)會(huì)定時(shí)按照預(yù)設(shè)任務(wù)進(jìn)行巡檢。

根據(jù)電氣設(shè)備故障或缺陷檢測(cè)需求和《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，該系統(tǒng)將報(bào)警分為一般、嚴(yán)重、危急3個(gè)等級(jí)，根據(jù)報(bào)警的情況生成相應(yīng)的報(bào)警報(bào)告。系統(tǒng)提供絕對(duì)溫度報(bào)警、相對(duì)溫差報(bào)警、趨勢(shì)溫度報(bào)警3種報(bào)警的方式。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備缺陷告警時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》判斷缺陷等級(jí)，自動(dòng)生成報(bào)警報(bào)、記錄缺陷圖像和數(shù)據(jù)、發(fā)送報(bào)警短信或郵件。專業(yè)人員還可以通過(guò)該系統(tǒng)分析歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備。

該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化紅外監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)處理和通訊基本功能，簡(jiǎn)化安裝布線（“一線通”），通過(guò)一根網(wǎng)線，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行五遙操作，為減少軟件維護(hù)和升級(jí)成本（只須對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測(cè)溫精度和可靠性、準(zhǔn)確把握設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)（挖掘可二次分析的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）等提供了有效的技術(shù)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就新一代電網(wǎng)智能數(shù)字管理系統(tǒng)從系統(tǒng)功能的分析，到系統(tǒng)框架搭建及各功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討研究。

由于供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，全國(guó)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑、大型公共設(shè)施等用戶的急劇增加，對(duì)供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可使電力部門(mén)有針對(duì)性地、合理地進(jìn)行電網(wǎng)投資和改造；通過(guò)對(duì)狀態(tài)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和故障預(yù)警，及時(shí)采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態(tài)；而通過(guò)智能的故障診斷和定位技術(shù)，則可在故障發(fā)生時(shí)將故障隔離或?qū)⒂脩粞杆俚厍袚Q到可靠的電源上，在少用或不用人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)迅速恢復(fù)供電。

參考文獻(xiàn)

[1] 李寶安，李行善.自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）軟件的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].測(cè)控技術(shù)，2003，（1）.

[2] 林梅金，羅飛，李如雄.GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2006，（3）.

[3] 張乃.SAR圖像數(shù)據(jù)壓縮研究[D].電子科技大學(xué)，2002.

[4] 顧洪軍，張佐，吳秋峰.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性分析及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001，（6）.

[5] 姜維.淺析數(shù)字圖像處理技術(shù)及其應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2012，（3）.

[6] 鄭紀(jì)業(yè).基于H.264的校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東科技大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統(tǒng)軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監(jiān)控及智能自動(dòng)化監(jiān)控在電力行業(yè)及其他行業(yè)中的應(yīng)用。

根據(jù)電氣設(shè)備故障或缺陷檢測(cè)需求和《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，該系統(tǒng)將報(bào)警分為一般、嚴(yán)重、危急3個(gè)等級(jí)，根據(jù)報(bào)警的情況生成相應(yīng)的報(bào)警報(bào)告。系統(tǒng)提供絕對(duì)溫度報(bào)警、相對(duì)溫差報(bào)警、趨勢(shì)溫度報(bào)警3種報(bào)警的方式。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備缺陷告警時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》判斷缺陷等級(jí)，自動(dòng)生成報(bào)警報(bào)、記錄缺陷圖像和數(shù)據(jù)、發(fā)送報(bào)警短信或郵件。專業(yè)人員還可以通過(guò)該系統(tǒng)分析歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備。

該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化紅外監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)處理和通訊基本功能，簡(jiǎn)化安裝布線（“一線通”），通過(guò)一根網(wǎng)線，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行五遙操作，為減少軟件維護(hù)和升級(jí)成本（只須對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測(cè)溫精度和可靠性、準(zhǔn)確把握設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)（挖掘可二次分析的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）等提供了有效的技術(shù)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就新一代電網(wǎng)智能數(shù)字管理系統(tǒng)從系統(tǒng)功能的分析，到系統(tǒng)框架搭建及各功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討研究。

由于供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，全國(guó)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑、大型公共設(shè)施等用戶的急劇增加，對(duì)供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可使電力部門(mén)有針對(duì)性地、合理地進(jìn)行電網(wǎng)投資和改造；通過(guò)對(duì)狀態(tài)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和故障預(yù)警，及時(shí)采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態(tài)；而通過(guò)智能的故障診斷和定位技術(shù)，則可在故障發(fā)生時(shí)將故障隔離或?qū)⒂脩粞杆俚厍袚Q到可靠的電源上，在少用或不用人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)迅速恢復(fù)供電。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張乃.SAR圖像數(shù)據(jù)壓縮研究[D].電子科技大學(xué)，2002.

[4] 顧洪軍，張佐，吳秋峰.網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)特性分析及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001，（6）.

[5] 姜維.淺析數(shù)字圖像處理技術(shù)及其應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2012，（3）.

[6] 鄭紀(jì)業(yè).基于H.264的校園視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東科技大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統(tǒng)軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監(jiān)控及智能自動(dòng)化監(jiān)控在電力行業(yè)及其他行業(yè)中的應(yīng)用。

根據(jù)電氣設(shè)備故障或缺陷檢測(cè)需求和《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，該系統(tǒng)將報(bào)警分為一般、嚴(yán)重、危急3個(gè)等級(jí)，根據(jù)報(bào)警的情況生成相應(yīng)的報(bào)警報(bào)告。系統(tǒng)提供絕對(duì)溫度報(bào)警、相對(duì)溫差報(bào)警、趨勢(shì)溫度報(bào)警3種報(bào)警的方式。當(dāng)檢測(cè)到設(shè)備缺陷告警時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》判斷缺陷等級(jí)，自動(dòng)生成報(bào)警報(bào)、記錄缺陷圖像和數(shù)據(jù)、發(fā)送報(bào)警短信或郵件。專業(yè)人員還可以通過(guò)該系統(tǒng)分析歷史檢測(cè)數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題的設(shè)備。

該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化紅外監(jiān)測(cè)器的數(shù)據(jù)處理和通訊基本功能，簡(jiǎn)化安裝布線（“一線通”），通過(guò)一根網(wǎng)線，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行五遙操作，為減少軟件維護(hù)和升級(jí)成本（只須對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件）、提升圖像處理和分析能力、確保測(cè)溫精度和可靠性、準(zhǔn)確把握設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)（挖掘可二次分析的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）等提供了有效的技術(shù)保障。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就新一代電網(wǎng)智能數(shù)字管理系統(tǒng)從系統(tǒng)功能的分析，到系統(tǒng)框架搭建及各功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討研究。

由于供配電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及可靠性對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用，全國(guó)各地重點(diǎn)工程項(xiàng)目、標(biāo)志性建筑、大型公共設(shè)施等用戶的急劇增加，對(duì)供配電系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性、易用性、兼容性及縮小故障影響范圍提出了更高的要求。

本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可使電力部門(mén)有針對(duì)性地、合理地進(jìn)行電網(wǎng)投資和改造；通過(guò)對(duì)狀態(tài)趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和故障預(yù)警，及時(shí)采取控制措施將故障消滅在萌芽狀態(tài)；而通過(guò)智能的故障診斷和定位技術(shù)，則可在故障發(fā)生時(shí)將故障隔離或?qū)⒂脩粞杆俚厍袚Q到可靠的電源上，在少用或不用人為干預(yù)的情況下使系統(tǒng)迅速恢復(fù)供電。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：吳玉鵬（1982—），男，湖北孝感人，廣州颯特紅外系統(tǒng)軟件有限公司軟件工程師，研究方向：紅外在線監(jiān)控及智能自動(dòng)化監(jiān)控在電力行業(yè)及其他行業(yè)中的應(yīng)用。