基于流媒體的電力智能手持拍照桿技術研究

林志文

（福建網能科技開發有限責任公司，福建 福州350002）

不斷進步的科學技術促進了社會經濟的快速發展，同時使社會生產生活對電力的需求不斷增加，通過電力手持拍照桿系統完成作業現場二次抄表、表計拍照核查等合理的措施來通過提高抄表工作的及時性與準確性，使其有效促進電力企業未來的發展。我國電力系統目前正經歷著數字化向智能化方向逐步轉變和發展的過程，在智能電網中物聯網技術的應用研究不斷深入，物聯網屬于多學科交叉技術（包括計算機、通信系統、控制技術等）具備全面的高度感知性優勢，同時流媒體具備音視頻編碼壓縮、數據傳輸、存儲等顯著特點，在低壓抄表核查涉及相關設備上表現出廣闊的應用前景，目前應用流媒體、物聯網技術的智能定點表計采集、核查排障環節成為深入研究和實踐的重點。

1 低壓抄表核查關鍵問題

在農村地區及城市郊區，一些電力設備嚴重老化，且設備雜亂，缺乏管理，極易造成載波衰減過大，部分用戶的電線在集中器控制下難以滿足數據傳輸的需求，在大范圍的傳輸過程中造成載波信號大量衰減，從而造成低壓自動化抄表的準確率低[1]。在電網客戶側現場環境中，電能表箱、互感器等設備通常安裝在高處，對于遠程自動抄表情況需到現場實施抄表、檢查、巡檢工作，以往作業人員通常需要借助輔助登高等設施開展抄表以及檢查工作，基層作業環境的復雜性、“電老虎”的冷血無情時刻威脅著基層作業人員的人身安全。

本文主要研究了基于流媒體的電力智能手持拍照桿技術，并考慮物聯網技術構建云- 網- 邊- 端架構體系，同時考慮到電網規模的不斷擴大，通過智慧運維平臺的構建是提高電網智能化水平的有效途徑，充分發揮物聯網互聯互通的優勢，實現智能電能表、互感器等設備運行狀態的監測，提高低壓抄表工作的準確率進行分析與探討，對數據信息采集的準確性進行嚴格控制，為遠程控制的實現打下基礎。

2 物聯網、流媒體技術在低壓抄表核查的應用

基于流媒體的電力智能手持拍照桿依據物聯網體系可劃分為：(1)感知層，電力手持拍照桿（以下簡稱：拍照桿）主要包括攝像頭、閃光燈、防撞燈、伸縮桿、高壓預警等模塊組成。滿足現場電能表的補抄、現場抄表核對以及現場故障拍照上傳功能，通過拍照桿采集高清攝像頭圖片以及視頻流；(2)網絡層，網絡采用無線網/4G/5G 移動通信，負責傳輸網絡數據信息的網絡層，是確保有效傳遞信息關鍵；(3)平臺層，實現將感知層各個設備拍照桿上傳海量視頻，傳遞至視頻服務器以及管理平臺上；其中視頻服務模塊包括連接管理、協議處理以及指令轉發功能，負責記錄錄像保存時長，實現圖像、視頻數據歸集、存儲，同時提供視頻流媒體共享服務；(4) 應用層，通過移動作業終端（以下簡稱：PDA）、大屏智能可視化進行視頻操作展示，專業人員進行故障初步判斷，作出相應防范部署，必要時指導現場人員進一步操作；閃光燈、防撞燈等設置功能。通過移動主要負責確保作業人員同計算機間交互的實現，確保操作合理及功能的實現。通過拍照桿應用使高處作業徹底擺脫了爬桿登梯的原始方法，真正做到了高效、安全、便攜，提升電力營銷計量主動服務能力和計量精益化管理水平。

本文完成了基于流媒體技術、物聯網技術的電力智能手持拍照桿系統的構建，通過二次抄表、拍照巡查操作，顯著提升現場表計信息采集以及初步故障排障功能，運用其強大的交互和感知能力為智能化現場作業提供有效支撐，在提升現場作業定點采集以及核查效率的同時確保了對通信網絡的控制和管理能力。

3 基于流媒體電力智能手持拍照桿系統設計

3.1 低壓抄表核查體系技術架構

基于物聯網、流媒體技術電力智能手持拍照桿架構體系在物聯網架構的基礎上完成構建，具體如圖1 所示，主要依據物聯網“云- 網- 邊- 端”體系構成業務應用、平臺支撐、網絡、邊緣&設備架構，不同層對應不同的功能需求，有效滿足了傳輸數據及有效控制的需求。（1）業務應用主要由移動作業終端、大屏智能可視化組成，主要負責為低壓抄表、拍照巡查過程狀態通過物聯管理平臺（綜合運用視頻服務器、管理信息中心等實現）提供監測與管理功能。（2）平臺支撐主要負責為實現圖像、視頻數據歸集、存儲，同時提供視頻流媒體共享服務，網絡間通信時通信協議實現數據處理能力（包括傳送、接收、識別等）。（3）網絡層的功能在于連接感知層及應用層間的通信過程（通過多協議接口），滿足遠程通信傳送等需求[2]。（4）邊緣&設備的通過拍照桿對電能表、互感器等設備信息種類較多且來源復雜等二次抄表、故障初查、視頻拍照采集，開成數據報文、視頻流，視頻壓縮、RTP/PTCP 等傳輸協議等邊緣計算能力，通過藍牙/無線/4G/5G通信方式進行傳輸。

3.2 拍照桿硬件設計

圖1 架構圖

拍照桿包括高清攝像模塊、高壓預警模塊、視頻服務器模塊、PDA 模塊、防撞燈控制模塊、閃光燈控制模塊、紅外通信模塊、藍牙通信模塊、電池充電等模塊組成，現場作業時配帶1 套拍照桿、1 個PDA。如圖2 所示移動作業終端APP 軟件操作界面開/關燈操作達到的閃光燈開關操作，控制攝像頭360 度旋轉，拍照桿可拉伸，支持220V、10KV、35KV 三擋位檢測高壓預警功能，支持藍牙紅外抄表等功能。

圖2 圖片、視頻采集展示

拍照桿作業人員在PDA 發起現場對電能表或者互感器拍照或者視頻采集請求，根據傳輸協議約定，將電能表、互感器設備編號以及8 位數據位、1 位停止位、偶校驗等進行報文拼裝，采用H.264 等技術實現對視頻進行壓縮計算，通過無線/4G 通信方式傳輸到物聯管理中心視頻采集服務上，并通過握手、建立連接、分配視頻通道、上傳圖片視頻、關閉連接操作步驟，體現邊緣計算能力。

3.3 流媒體技術

流媒體服務器承擔流媒體數據存放、數據分發的工作，這也是該系統核心和關鍵部分。從拍照桿獲取照片、視頻數據后匯總并存儲[3]，滿足傳遞各種音視頻流服務。圖像、視頻流在傳輸經過編碼器進行有效地壓縮成碼流，以減少對網絡資源的占用率。系統視頻編碼器支持MPEG-4、H.263、H.264 等、編碼器有MP3、MPEG AAC 等，圖像編碼器支持JPEG 和JPEG2000 等。拍照桿設備的能力和網絡連接速度會傳給服務器的碼流自適應模塊來調整碼流，在實時應用中這些信息還可能傳給編碼器；用戶端的丟包率、數據包收到的時間信息和用戶緩沖區狀態等信息也會傳遞給服務器來估計當前的網絡狀況，從而控制碼流的自適應和數據的發送策略。

3.4 核心模塊的具體功能設計

3.4.1 終端海量視頻并發接入以及大數據分析技術

統一各拍照桿底層無線的通信技術標準和接入模式，構建統一數據模型，規范數據標準化接入制定標準化協議庫。通過拍照桿海量視頻接入管理，開放共享及數據治理，完成高性能智能分析等物聯管理中心，提升在線決策能力，實現業務數據共享與協調處理，同時網絡信息安全實現到端物聯網安全體系、物聯終端安全、移動互聯安全，數據安全。

3.4.2 流媒體采集上傳

采集高清攝像頭圖片以及視頻流，采用H.264 技術實現對視頻進行壓縮處理，RTSP/ONVIF 接入協議，通過無線/4G 通信方式傳輸到視頻服務模塊上。將多媒體文件中的視頻碼流轉換為一個特定碼率和圖像尺寸的碼流；或者把同一段視頻內容編碼生成多個具有不同碼率和圖像尺寸的碼流，然后自適應選擇一個最合適的碼流傳輸給用戶。

3.4.3 流媒體共享服務

物聯管理中心流媒體服務接收指令，與移動作業終端模塊通過握手、分塊、建立連接、解碼視頻操作步驟，分配視頻通道，根據指令信息尋找視頻文件，開啟視頻共享服務，在網絡異常進行智能丟幀判斷，并建立自動重連，同時通道返回至移動作業終端。生成的碼流還需要進一步打包成為特定網絡傳輸協議的數據包用于網絡傳輸，傳輸的數據包加前向糾錯編碼（FEC）來保護，經過這些處理后多媒體數據就可以通過網絡傳輸給用戶，目前常用的傳輸協議有RTP/RTCP、HTTP 和MMS。用戶收到傳輸的數據后，如果存在丟包或者是比特出錯，錯誤恢復處理會根據附加的糾錯數據來恢復傳輸錯誤，最后這些視頻數據就播放給用戶。

結束語

隨著電力系統規模的不斷擴大及電網智能化建設的深入，對性能的要求也在不斷提高，抄表工作順利的進行是電力企業發展的基礎，可采取合理的措施來提高抄表工作的及時性與準確性，使其有效促進電力企業未來的發展。本文主要基于物聯網、流媒體電力智能拍照桿進行了研究和構建，充分運用物聯網、流媒體技術的優勢，提升低壓補抄表、抄表核對準確率，優化故障排查檢修等重點環節的管理，為電網低壓采集核查運行質量的進一步提高提供參考。