CN108111805A - 一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，属于监控领域。采用4G网络将远程视频和图像采集与电网监控紧密的结合起来；数据传输过程中采用隧道技术接入APN专网；用TCP/IP作为通信承载协议，搭建数据采集终端、客户控制端和服务器端；客户端用户通过安卓系统智能手机或者平板电脑，就可通过无线方式连接Internet访问数据采集终端和服务器端。将电力线路鸟巢无线监控系统安装在高压电线塔、杆上，如果鸟类的活动行为对高压输电线路有危害性，则摄像头抓拍图像，通过无线方式传至客户端，即用户携带的基于Android平台的平板电脑和智能手机，便于用户及时制定线路鸟害防治措施。从而实现电力线路上的鸟巢监控和治理高效作业。可广泛用于电力线路的监测领域。

Description

一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统

技术领域

本发明属于监控领域，尤其涉及一种用于电力线路鸟巢监控的无线监控系统。

背景技术

电力不仅仅是一种能源，更是一个国家的经济命脉。

电力系统的安全关乎着国计民生，更关乎着国家的经济安全。但是由于电力系统遍布全国，不乏很多电力设施在荒郊野外，电力故障很频繁地发生。

在诱导故障发生的因素之中，鸟害是一个非常重要的组成部分，但是鸟害问题很难解决，一直是困扰着电力部门的一个棘手问题。比如说鸟类经常为了筑巢，会衔一些枯枝烂叶进行飞行，这当中就不可避免的会碰到电力设施，由此产生的电力故障频繁发生。这些树枝很有可能使电线接地面，或者是在大风、雨雪天气中造成短路现象。因此，基于这种现状，对电力线路鸟巢进行监控要求也逐渐重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统。其采用无线通信技术，设计并实现基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，使用户通过平板电脑、智能手机就可通过Intranet就能观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施。其不仅充分的应用了互联网的各个资源和物联网的先进技术，还因为采用了太阳能供电，无需布线，人工参与少，操作简便、开发成本低，可极大的提高电力线路巡视和管理的自动化水平，值得进一步推广应用。

本发明的技术方案是：提供一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是：

所述的电力线路鸟巢无线监控系统采用4G网络将远程视频和图像采集与智慧电网紧密的结合起来；

线数据传输采用WCDMA 4G技术和太阳能供电系统，数据传输过程中采用隧道技术接入APN专网，以有效降低路由跳数，以确保用户可以实时得到需求信息；

用TCP/IP作为通信承载协议，搭建数据采集终端、客户控制端和服务器端；客户端用户通过安卓系统智能手机或者平板电脑，就可通过无线方式连接Internet访问数据采集终端和服务器端；

将电力线路鸟巢无线监控系统安装在高压电线塔、杆上，如果鸟类的活动行为对高压输电线路有危害性，则摄像头抓拍图像，通过无线方式传至客户端，即用户携带的基于Android平台的平板电脑和智能手机，便于用户及时制定线路鸟害防治措施。从而实现电力线路上的鸟巢监控和治理高效作业；

所述的电力线路鸟巢无线监控系统，通过摄像设备对高压电线塔、杆或者其他附属设备进行监控，并通过智能分析，自行判断监控范围内鸟害发生威胁，实时将信息通过互联网传送给值班员或者线路巡视员，便于其及时人工处理鸟害威胁，将事故消灭在萌芽状态，可有效有效地减少因鸟类筑巢、叼物导致的短路、接地事故。

具体的，所述的电力线路鸟巢无线监控系统，通过移动互联技术将4G摄像头与远程客户端App有机的结合起来，使用户通过手机及平板电脑就可通过Intranet就能观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施。

具体的，所述的电力线路鸟巢无线监控系统，采用嵌入式微控制器控制4G模块、摄像头、usb、电源模块及音频、视频输入模块；嵌入式微控制器作为双DDR架构高性能通信处理器，将视频、音频、图像及控制信号数字化，以IP包的形式通过Intranet在服务器端和客户端传输，从而实现电力线路及其附属设备鸟害监控的数字化、系统的网络化以及管理的智能化。

进一步的，所述的电力线路鸟巢无线监控系统，采用太阳能供电。并采用zigbee技术提供通信接口，使数据模块与给太阳能板的蓄电池相连，以方便用户可以通过远端控制和近端控制对系统进行维护；采用ZigBee协议栈来完成系统和太阳能电池供电系统自我控制，使系统小型化、智能化，可以实时完成多任务操作，如图像识别、压缩和Web服务等功能，使设备更加适用于无人值守的电力设备应用环境。

进一步的，在所述的电力线路鸟巢无线监控系统中，4G摄像头的控制软件采用C语言编写tcp_write()函数，发送数据到通信缓冲区，调用LwIP协议栈的tcp_write()函数长传数据，实现服务器端、客户端和数据采集端通信服务端的tcp_enqueue()、tcp_output()和tcp_receive()函数通讯。

更进一步的，在所述的电力线路鸟巢无线监控系统中，服务器端软件与数据采集终端进行通信部分采用C#的Socket方式编写，通过调用Windows的Socket相关API实现其对平板电脑和智能手机通信功能；用户登录系统就能够对客户端及数据采集模块进行参数设置、状态查询及运行控制；系统数据缓存使用ASP.Net系统缓存Cache类调用Add()方法，用户仅需要将常用的表对象添加到Cache对象集合中，当用户向服务器发送请求时启动4G传输功能，通过系统回调函数重新查询数据库来更新对应表对象信息，降低数据流量；以有效的节省流量。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.整个电力线路鸟巢无线监控系统基于4G网络和Android平台来构件，使用户通过平板电脑、智能手机就可通过Intranet观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施；

2.充分的应用了互联网的各个资源和物联网的先进技术，还采用了太阳能供电，无需布线，人工参与少，操作简便、开发成本低，可极大的提高电力线路巡视和管理的自动化水平；

3.通过摄像设备对电力线路塔、杆或者其他附属设备进行监控，并通过智能分析，自行判断监控范围内鸟害发生威胁，实时将信息通过互联网传送给值班员或者线路巡视员，便于其及时人工处理鸟害威胁，将事故消灭在萌芽状态，可有效有效地减少因鸟类筑巢、叼物导致的短路、接地事故。

附图说明

图1是本发明的系统总体框图示意图；

图2是本发明4G摄像头及供电模块结构图；

图3是本发明服务器与客户端流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本申请的技术方案，提出了一套运用在4G无线网络，在电力线路上安装使用的鸟巢远程监控系统，这个系统并不需要供电，使用清洁太阳能源，达到了电路检修数据实时传输的目标。

基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统的基本架构和总体设计：

A、监控系统的基本架构：

近年来，随着计算机通信技术和互联网+概念的不断深化，音视频和图像的远程采集技术已经在安防监控和智能控制方面得到了越来越多的应用，极大的满足了了各种实际需求

该输电线路鸟巢无线监控系统开发的主要目标是便于用户通过移动通信设备，迅速、有效的发现鸟巢对输电线路直接或者间接的威胁。从而及时采取有效措施，降低电力线路损毁或者停电事故。监控系统通过摄像设备对电力线(杆、塔)或者其他附属设备进行监控，并通过智能分析，自行判断监控范围内鸟害发生威胁，实时将信息通过互联网传送给值班员或者线路巡视员，便于其及时人工处理鸟害威胁，将事故消灭在萌芽状态，可有效地减少因鸟类筑巢、叼物导致的短路、接地事故。

采用4G网络将远程视频和图像采集与智慧电网紧密的结合起来，可以有效的提高输电网的管理效率，减少人工线路巡视增加的人力物力成本。尤其是近几年随着微信平台技术的日益成熟，采用APP端的推送技术使远程监控系统的开发更加简便。

基于电力线路鸟害治理的需求，本技术方案开发的电力线路鸟巢远程监控系统采用TCP/IP作为通信承载协议，搭建数据采集终端、客户控制端和服务器端。客户端用户通过安卓系统智能手机或者平板电脑，就可通过无线方式连接Internet访问数据采集终端和服务器端。将系统安装在高压电线杆(塔)上，如果鸟类的活动行为对高压输电线路有危害性，则摄像头抓拍图像，通过无线方式传至客户端，即用户携带的基于Android平台的平板电脑和智能手机，便于用户及时制定线路鸟害防治措施。从而实现电力线路上的鸟巢监控和治理高效作业。

B、系统的总体设计：

基于4G的电力线路鸟巢远程视频监控系统包括硬件设计方面和软件设计两个方面，其总体设计思维导图如图1所示。通过移动互联技术将4g摄像头与远程客户端App有机的结合起来，使用户通过手机及平板电脑就可通过Intranet就能观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施。

C、系统的软、硬件设计：

C1、4g模拟网络摄像头：

为了保证监控系统数字信息传输速度和传输质量，无线鸟巢监控系统采用无线数据传输采用WCDMA 4G技术和太阳能供电系统，数据传输过程中采用隧道技术接入APN专网，以有效降低路由跳数。确保用户可以实时得到需求信息。其硬件结构如图2所示。

系统采用嵌入式微控制器(华为海思芯片Hi3520D)控制4g模块、摄像头、usb、电源模块及音频、视频输入模块。Hi3520作为双DDR架构的高性能通信处理器，不仅支持多协议解码，还具有600MHz的信息处理能力，可将视频、音频、图像及控制信号数字化，以IP包的形式通过Intranet在服务器端和客户端传输，从而实现电力线路及其附属设备鸟害监控的数字化、系统的网络化以及管理的智能化。

C2、系统供电模块设计：

由于电力线路处于野外环境，不具备远程搭建低压线路的客观条件。因此，本系统采用太阳能供电。并采用zigbee技术提供通信接口，使数据模块与给太阳能板的蓄电池相连，以方便用户可以通过远端控制和近端控制对系统进行维护。Zig Bee是一种通过传感器节点相互之间的协调合作达到自我通信的短距离、低速率无线传输技术。ZigBee内部结构简单，耗能低，短时延，对处理芯片的功能依赖极低，对处理芯片提出过高的要求。8位微控制器、4KB ROM及64KB RAM内存就能满足其在应用层、网络层、物理层、高层应用协议标准以及数据链路层的应用要求。因此，为了实现远程对太阳能供电系统的设置和控制，本研究采用ZigBee协议栈来完成系统和太阳能电池供电系统自我控制。使系统小型化、智能化，可以实时完成多任务操作，如图像识别、压缩和Web服务等功能，使设备更加适用于无人值守的电力设备应用环境。

D、系统软件设计：

本系统的在软件设计方面主要由三部分组成：服务器端的设计，客户端的设计以及利用4G摄像头设计。

D1、4G摄像头模块的软件设计

4G摄像头模块的软件设计分为应用端设计和驱动设计两个部分。其中，驱动层程序设计包括HI3520D的SDK安装，此处不再赘述。本文仅就其通讯进行介绍。华为海思芯片Hi3520D内置有标准以太网络接口，仅需要通过移植LwIP协议栈就能实现服务器端、客户端和数据采集端通信。LwIP作为TCP/IP协议栈的一个实现方法，其优点主要在于可以通过最小化的工作代码，降低内存的调用周期，使资源有限的小型平台发挥最大化的效用功能。本系统4G摄像头的控制软体采用采用C语言编写tcp_write()函数，发送数据到通信缓冲区，调用LwIP协议栈的tcp_write()函数长传数据，实现服务器端、客户端和数据采集端通信服务端的tcp_enqueue()、tcp_output()和tcp_receive()函数通讯。

D2、服务器与客户端的软件设计：

服务器设计：

服务器端软件与数据采集终端进行通信部分采用C#的Socket方式编写，通过调用Windows的Socket相关API实现其对平板电脑和智能手机通信功能。用户登录系统就可以对客户端及数据采集模块进行参数设置、状态查询及运行控制。考虑到多数据采集终端和客户端，为降低系统数据库访问负荷，提高系统运行速度，本系统服务器端软件主要采用Socket连接池管理技术。使数据采集终端个数可能在几十个左右，并能及时关闭连接异常的端口，实时收回相关资源，确保系统的稳定性。系统数据缓存使用ASP.Net系统缓存Cache类调用Add()方法，用户仅需要将常用的表对象(如鸟巢信息表，电力线塔信息)添加到Cache对象集合中，通过系统回调函数重新查询数据库来更新对应表对象信息，降低数据流量。如当用户向服务器发送请求时启动4G传输功能，可以有效的节省流量，其具体流程如图3中所示。

客户端设计：

客户控制端是服务器端许可的平板电脑或者智能手机，通过对应的账号、密码获取相关授权功能。其中，平板客户控制端通过浏览器访问服务器提供的服务，这部分实现是通过服务器端软件实现的；智能手机通过应用APP实现其监控功能。安装Java开发环境和Android SDK后，再在Eclipse中安装Android开发插件即可开发Android的相关应用程序。基于Android平台的客户控制端软件主要包括用户界面、数据通信和嵌入式数据库三部分。用户界面还包含程序逻辑控制部分，它通过定时访问数据通信模块获取电力线路上鸟类的环境数据和下发远程控制命令，获取的鸟害环境数据存入智能手机嵌入式SQLite数据库中，用户界面模块再通过访问该数据库显示不同地理环境位置的鸟害相关信息。客户控制端的数据通信模块核心代码如下。

在Android Manifest.xml文件中需添加如下代码:

＜receiver android

:

name＝".Alarm Mess"＞

＜intent－filter＞

＜action android:

name＝"android.provider.Telepho-ny.

SMS_RECEIVED"＞

＜/action＞

＜/intent－filter

//

解析数据

Node List rowsets＝root.get Elements By Tag Name("rowsets")；

for(int i＝0；i<rowsets.get Length()；i++)

{

Element my Row＝(Element)rowsets.item(i)；

Hash Map<String，String>db Row＝new Hash Map<

String，String>()；

…

//解析结果存储到List中

db Rows.add(db Row)；

}

….

}

客户控制端向服务器端发送控制命令由通信模块的send Data By Post Method()完成，通过调用HTTP的Post方法完成参数的上传。其中如查看电力线塔上的鸟巢的图像信息通过异步线程下载服务器端Web Server的JPG、MP4文件，首先存储在本地SD卡上，然后用户可以通过UI显示获取图像或者视频信息。

由于本发明采用无线通信技术，设计并实现了一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，使用户通过平板电脑、智能手机就可通过Intranet就能观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施。系统测试和实际应用表明，本系统实现了各个模块的基本功能，运行稳定性高，达到了预期的开发目标，不仅充分的应用了互联网的各个资源和物联网的先进技术，还因为采用了太阳能供电，无需布线，人工参与少，操作简便、开发成本低，可极大的提高电力线路巡视和管理的自动化水平。

本发明可广泛用于高压电力输电线路的监测领域。

Claims (6)

1.一种基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是：

所述的电力线路鸟巢无线监控系统采用4G网络将远程视频和图像采集与智慧电网紧密的结合起来；

线数据传输采用WCDMA 4G技术和太阳能供电系统，数据传输过程中采用隧道技术接入APN专网，以有效降低路由跳数，以确保用户可以实时得到需求信息；

用TCP/IP作为通信承载协议，搭建数据采集终端、客户控制端和服务器端；客户端用户通过安卓系统智能手机或者平板电脑，就可通过无线方式连接Internet访问数据采集终端和服务器端；

将电力线路鸟巢无线监控系统安装在高压电线塔、杆上，如果鸟类的活动行为对高压输电线路有危害性，则摄像头抓拍图像，通过无线方式传至客户端，即用户携带的基于Android平台的平板电脑和智能手机，便于用户及时制定线路鸟害防治措施。从而实现电力线路上的鸟巢监控和治理高效作业；

所述的电力线路鸟巢无线监控系统，通过摄像设备对高压电线塔、杆或者其他附属设备进行监控，并通过智能分析，自行判断监控范围内鸟害发生威胁，实时将信息通过互联网传送给值班员或者线路巡视员，便于其及时人工处理鸟害威胁，将事故消灭在萌芽状态，可有效地减少因鸟类筑巢、叼物导致的短路、接地事故。

2.按照权利要求1所述的基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是所述的电力线路鸟巢无线监控系统，通过移动互联技术将4G摄像头与远程客户端App有机的结合起来，使用户通过手机及平板电脑就可通过Intranet就能观测到电力线路上鸟巢的状况，便于及时制定线路鸟害防治措施。

3.按照权利要求1所述的基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是所述的电力线路鸟巢无线监控系统，采用嵌入式微控制器控制4G模块、摄像头、usb、电源模块及音频、视频输入模块；嵌入式微控制器作为双DDR架构高性能通信处理器，将视频、音频、图像及控制信号数字化，以IP包的形式通过Intranet在服务器端和客户端传输，从而实现电力线路及其附属设备鸟害监控的数字化、系统的网络化以及管理的智能化。

4.按照权利要求1所述的基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是所述的电力线路鸟巢无线监控系统，采用太阳能供电。并采用zigbee技术提供通信接口，使数据模块与给太阳能板的蓄电池相连，以方便用户可以通过远端控制和近端控制对系统进行维护；采用ZigBee协议栈来完成系统和太阳能电池供电系统自我控制，使系统小型化、智能化，可以实时完成多任务操作，如图像识别、压缩和Web服务等功能，使设备更加适用于无人值守的电力设备应用环境。

5.按照权利要求1所述的基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是在所述的电力线路鸟巢无线监控系统中，4G摄像头的控制软件采用C语言编写tcp_write()函数，发送数据到通信缓冲区，调用LwIP协议栈的tcp_write()函数长传数据，实现服务器端、客户端和数据采集端通信服务端的tcp_enqueue()、tcp_output()和tcp_receive()函数通讯。

6.按照权利要求1所述的基于Android平台的电力线路鸟巢无线监控系统，其特征是在所述的电力线路鸟巢无线监控系统中，服务器端软件与数据采集终端进行通信部分采用C#的Socket方式编写，通过调用Windows的Socket相关API实现其对平板电脑和智能手机通信功能；用户登录系统就能够对客户端及数据采集模块进行参数设置、状态查询及运行控制；系统数据缓存使用ASP.Net系统缓存Cache类调用Add()方法，用户仅需要将常用的表对象添加到Cache对象集合中，当用户向服务器发送请求时启动4G传输功能，通过系统回调函数重新查询数据库来更新对应表对象信息，降低数据流量；以有效的节省流量。