CN110719439A - 配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统 - Google Patents

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张东鹏
朱凯
李发道
赵娜
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State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd Fuzhou Power Supply Branch
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Abstract

配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，包括安防雷达，用于捕捉到危险区域的入侵行为运动目标；录像机用于对入侵行为运动目标进行视频摄像；视频解码芯片用于将摄像视频转换成的数字视频信号，并传输到图片信息智能分析及控制模块。处理器模块用于对入侵行为视频图像进行处理，同时通过通信传输模块将处理后的数据传输至后台服务器、宣教驱离报警模块。后台服务器包括视频重构模块、视频数据库；视频重构模块用于通过视频重构算法完成事故现场的视频重构。语音模块用于实现语音驱离报警功能；后端APP客户端用于触电事故的警示及安全用电知识的宣传。该系统能够即时现场宣教驱离，同时具备因触电造成人身伤害或财产损失司法案件中获取经营者免责举证中证据收集的功能。

Description

配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统
技术领域
本发明涉及配电网巡检技术领域，具体涉及一种配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统。
背景技术
随着近年来城市化进程加快及经济社会的发展，因配电系统的中高压设备安装高度有限，一方面给中高压裸导线路的安全运行带来了风险，另一方面也造成触电人身伤亡事件的频发。虽然供电企业设置了安巡员对供电危险区域进行安防检查，但由于配网区域点多面广及人类入侵危险区域行为的随机性，要实现全面杜防，仅仅依靠传统人工巡检的方式几乎难以实现。
虽然部分供电危险区域安装了视频在线监测系统，但传统的电力视频在线监测系统仅能实现简单的录像功能，且需设置专职人员长时间监看录像，导致误报漏报时有发生。因入侵电力危险区域者或电力知识匮乏、或安全防范意识不强、或多因素导致电力安全警示牌不明显（缺失），当发生高压触电事故纠纷时。按以往案例，即使在电力线路架设符合国家标准及警示牌明显情况下，受害者家属及法院也会以供电企业未能提供“免责”证据，及未全面履行安全警示职责为由，判定供电企业承担全部或部分无过错民事责任。
另外，智能视频安防监控系统如若采用高压线路取电方式，则在监控设备进行维护时，又将影响线路的正常供电；而采用独立供电，当监测录像设备长时间不间断工作，就必然要配备容量较大的储能系统。
发明内容
本发明提供一种配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，在配电网危险区域人类入侵行为发生时，该系统能够即时现场宣教驱离，同时具备因触电造成人身伤害或财产损失司法案件中获取经营者免责举证中证据收集的功能。
本发明采取的技术方案为：
配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，包括：
目标探测及视频图像采集模块，包括安防雷达、录像机、视频解码芯片；
安防雷达用于捕捉到危险区域的入侵行为运动目标；
录像机用于对入侵行为运动目标进行视频摄像；
视频解码芯片用于将摄像视频转换成的数字视频信号，并传输到图片信息智能分析及控制模块；
图片信息智能分析及控制模块，包括处理器模块，
处理器模块用于对入侵行为视频图像进行处理，同时通过通信传输模块将处理后的数据传输至后台服务器及显示终端、宣教驱离报警模块；
后台服务器及显示终端，后台服务器包括视频重构模块、视频数据库；
视频重构模块用于通过视频重构算法完成事故现场的视频重构；
显示终端用于事故现场情景视频的回放，同时存储于视频数据库3.2中；
宣教驱离报警模块，包括语音模块、后端APP客户端；
语音模块用于实现语音驱离报警功能；
后端APP客户端用于触电事故的警示及安全用电知识的宣传。
本发明一种配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，技术效果如下：
1：借助“互联网+”技术，在配电网危险区域设置目标探测及视频图像采集模块、图片信息智能分析及控制模块，实现人类入侵行为的智能甄别，对入侵者即时进行电力安全教育和驱离及有的放矢通知巡检人员，有利于报警处理的准确性与及时性的提高。
2：智能甄别供电危险区域人类入侵行为，当入侵行为发生时，一方面能开启电力安全宣教驱离模块及通过“电力管家APP”向供电公司安巡员发出报警信号和入侵者现场视频图片；另一方面即时启动现场录像机，对事件全程进行录制，并把录像数据在系统的前、后台进行备份。
3：该系统采用风光互补式单独供电系统，对固定式风光互补发电模块采取了日跟踪改进措施，可获得储能模块体积相对较小的效果。.
4：该系统采用了非常适合用以跑大数据量算法的高性能嵌入式TMS320C6748芯片为核心的处理器系统，及其以具有成像清晰显著优点的MPEG4技术方案的视频监控系统，故可对供电危险区域因人类入侵行为而引发的司法案件提供有效证据。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
图2为本发明的系统功能框图。
图3为本发明的前端供电模块结构示意图。
图4为本发明的风光互补发电模块布置示意图。
其中：
1-目标探测及视频图像采集模块，
2-图片信息智能分析及控制模块；
3-后台服务器及显示终端；
3.1-后台服务器，3.2-视频重构模块，3.3-视频数据库，3.4-网络服务器；
4-宣教驱离报警模块；
4.1-语音模块，4.2-后端APP客户端；4.3-证据收集系统应用软件；
5-通信传输模块；
6-前端供电模块；
6.1-风光互补发电模块，6.2-电源控制器模块，6.3-储能模块，6.4-整流/输出模块，6.5-输入整流模块，6.6-托盘旋转器，6.7-托盘；
6.21-电源管理器、6.22-发电优化控制器。
7-宣教安防管理应用软件。
具体实施方式
配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，包括硬件系统和宣教安防管理应用软件系统，其结构图如图1、图2所示，包括：
目标探测及视频图像采集模块1，包括安防雷达、录像机、视频解码芯片；
安防雷达用于捕捉到危险区域的入侵行为运动目标；
录像机用于对入侵行为运动目标进行视频摄像；
视频解码芯片用于将摄像视频转换成的数字视频信号，并传输到图片信息智能分析及控制模块2。
图片信息智能分析及控制模块2，包括处理器模块，
处理器模块用于对入侵行为视频图像进行处理，同时通过通信传输模块5将处理后的数据传输至后台服务器及显示终端3、宣教驱离报警模块4。
后台服务器及显示终端3，后台服务器3.1包括视频重构模块3.2、视频数据库3.3；
视频重构模块3.2用于通过视频重构算法完成事故现场的视频重构；
显示终端用于事故现场情景视频的回放，同时存储于视频数据库3.2中。
宣教驱离报警模块4，包括语音模块4.1、后端APP客户端4.2；
语音模块4.1用于实现语音驱离报警功能；
后端APP客户端4.2用于触电事故的警示及安全用电知识的宣传。
目标探测及视频图像采集模块1由型号为DB24M200P的毫米波安防雷达、ZC301P型录像机、以及视频解码芯片SAA7115共同构成。当安防雷达捕捉到危险区域存有运动目标，则启动录像机进行视频摄像。录像视频经视频解码芯片SAA7115转换成的数字视频信号，经处理器的视频采集端口（Video Port），输送至TMS320DM6748处理器模块的FIFO缓存单元，经直接存储器访问TMS320DM6748处理器模块的EDMA3数据传输模块，输送到TMS320DM6748处理器模块的外部高性能大带宽的数据存储器DDR SDRAM中。数据存储器DDR SDRAM型号：DDR2-667。
TMS320DM6748处理器模块运行有视频采集驱动程序，视频采集驱动程序是在TI公司提供的集成开发环境CCS下完成，即使用FVID_exchange（）函数获得视频图像，向网络通道发送消息采用SCOM_put Msg（）函数，用 SCOM_get Msg（）函数接收返回消息。
图片信息智能分析及控制模块2以TMS320DM6748处理器模块为核心，根据预先设定算法与程序完成人类入侵行为及模式识别、入侵行为视频图像特征图片的识别与提取、录像机启停的控制。当监控危险区域发生入侵行为时，经视频解码芯片SAA7115输送至TMS320DM6748处理器模块的入侵行为视频图像，一方面在TMS320DM6748处理器模块输送的运动检测和目标个数统计算法进行处理，获取相关数据。另一方面，通过MPEG 4压缩的数据，经通信传输模块5传送到后台服务器、后端APP客户端，在监测到监控区域有人类入侵行为时，将入侵图像发送到安巡员后端APP客户端上，提醒安巡员注意；同时，系统将自动保存告警消息及上传位置视频图片给上位机，供工作人员确认现场状况。且上传报警与宣教驱离报警模块4采用联动的设计方案，现场通过声频系统，播放电力安全警告录音，对入侵者进行电力安全宣教和劝阻。
因基于MPEG（Moving Pictures Experts Group）4技术的影音文件具有压缩率高，通常1小时影像可压缩至350M左右）及成像清晰的显著优点，故在TMS320DM6748处理器模块中采用MPEG4技术标准的方案。
后台服务器及显示终端3中，视频重构模块3.2包含危险区域背景自学习算法、光线补偿算法、入侵目标轨迹跟踪算法、视频过渡图片重构算法，这些规则算法集合成视频重构算法；后台服务器3.1依据处理器模块发送过来的数据信息，在视频重构算法下完成现场的视频重构。由显示终端设备实现事故现场情景视频的回放，同时存储于备份数据库中。本发明系统采用SAA7121编码芯片，通过I2C总线对芯片内部寄存器设置就可以实现不同的输出。
该系统还包括网络服务器3.4，通过经封装的MFCWin Sock类中Windows Socke的WSAAsync Select 模型与CAsync Socket类创建流类型套接字混合的编程方式，先创建窗口句柄，调用socket（）函数创建前端套接字，该函数的地址参数设置为AF_INET，用来表示本次设计使用TCP/IP协议套接字，版本类型参数设置为SOCK_STREAM，代表指定产生流式套接字，在前端主程序创建了套接字之后，调用connect（）连接到后台服务器3.1的10000端口，最后使用connect（）返回连接套接字，与后台服务器3.1进行通信。
如图2所示，网络服务器3.4通过ADO（ActiveX数据对象）数据库访问接口与视频数据库3.3 交互通信。因ADO（ActiveX Data Objects）为关系数据及图形（或文本）数据存储(Data Store)提供了统一的访问接口，故应用程序(数据的使用者)可用同样方法访问各类数据，而无需考虑存储地点、格式或类型等具体内容；此外，还提供了一种与语言无关的面向对象的编程接口，使用起来非常方便。当然，为提高在线使用效率，也可以使用ADO.NET接口。
宣教驱离报警模块4中，所述语音模块采用内部集成了数字音频处理功能的音频编解码器ADAU1761，采用音频编解码器ADAU1761实现语音宣教驱离报警功能，音频编解码器ADAU1761的工作时钟Clk_Gen IP核和内部寄存器IIC IP核由处理器模块的AXI_Lite接口控制，内部实例化２个DMA方式传输TMS320DM6748处理器模块，用于对音频数据的缓存，其中一个实现音频输入数据缓存，另一个实现音频输出数据缓存，输入/出音频数据符合I2S时序。且音频数据通过DMA方式传输直接与数据存储器DDR SDRAM进行交互。即，当前端处理器模块甄别到人类入侵行为时，即向音频编解码器ADAU1761发送启动信号，播放“您已进入电网高压危险区域，即使不与电力设备直接接触，也有触电身亡危险，请立即离开”等内容的电力安全警示语句。入侵目标在供电危险区域逗留期间，每隔10分钟进行循环播放；而检测到目标物体离开危险区域时，则处理器模块发出停止声频信号，以免扰民。同时，该时间段视频录像上传，由后台安防管理员进行取舍。
通信传输模块5采用4G模块无线通信模块，实现以太网、云服务器、4G网之间通信。
前端供电模块6，如图3、4所示。用于为目标探测及视频图像采集模块1、图片信息智能分析及控制模块2提供电源。
该前端供电模块6包括风光互补发电模块6.1，电源控制器模块6.2，储能模块6.3，整流/输出模块6.4、转台模块；
风光互补发电模块6.1连接输入整流模块6.5，输入整流模块6.5连接储能模块6.3，将电能储存于储能模块6.3中；
所述电源控制器模块6.2包括电源管理器6.21、发电优化控制器6.22；电源管理器6.21连接整流/输出模块6.4、储能模块6.3，发电优化控制器6.22连接转台模块；
所述转台模块包括托盘旋转器6.6、以及安装在托盘旋转器6.6上的托盘6.7。
电源控制器模块6.2中的电源管理器6.21，主要完成储能模块6.3电能情况的检测与管理、整流输入及输出环节的控制、短路/过荷等各类保护及电压输出稳定的控制等。考虑到当采用风光互补的发电模式，采用市面上常见容量的储能装置，也能满足全天侯前端装置的供电需求，故对太阳能的转化无需追求完美。
本发明系统将光伏板及风机都固定安装于托盘6.7之上，风机采用垂直轴式、安装高于光伏板的上沿，其布置方式如图4所示。因垂直轴式风机捕捉风能的能力对风向的要求不高，托盘旋转器6.6可带动托盘6.7作00到3600的旋转。旋转信号及旋转角度的信息，来自于型号为RY-KZQ-S-DC风光互补发电优化控制器。
发电优化控制器6.22是利用了安装在托盘6.7左、右两侧的光敏电阻，即２个光敏探头的内光电效应原理。因在2个光敏探头的上方放置了遮光板，光敏探头接收到不同入射角度的光线，故其接收到的光强不同，其内部电路将产生电压差值，进而通过托盘旋转器6.6带动托盘6.7转动，自动寻找电压平衡点。每日晚上，当检测到的光强小于设定的阀值，即无光强信号时，则电池板自动回到初始位置；当阴雨天或阳光不强时，一般而言，空间环境的风能将较为充沛，利用风能发电亦能满足前端装置的供电需求。
储能模块6.3采用ICP053353储能模块。
整流/输出模块6.4采用PL-1501模块。
输入整流模块6.5采用DSN6000AUD 升压降压转换器模块。
托盘旋转器6.6由L298N直流电机驱动器（THB6404芯片）、耦合齿轮组和步进电机构成。
电源管理器6.21为以LTC2974芯片为核心的电源管理控制电路。
宣教安防管理应用软件7，由“电力管家APP”4.2和证据收集系统应用软件4.3共同组成。因微信具有较强的群众基础，有利于服务对象的无缝对接；同时APP小程序是基于Web端的轻应用，保证了用户无需担心手机内存不足的问题。故宣教安防应用软件采用“电力管家APP”作为载体，实现向广大群众安全用电知识的宣传及触电事故的警示。在实施方案中，一方面“电力管家APP”向供电公司安巡员发出带有地址信息提示信号的技术措施，是按照与前端宣教驱离报警模块4联动方式，以及APP模块中设置“闹钟提示单元”。即，当宣教驱离报警模块4被启动或停止时，入侵行为现场情景信号通过通信系统向手机“电力管家APP”安巡员发送声音报警信号，提示安全人员——当前供电危险区域存有人类入侵行为。同样，当入侵目标物体离开危险区域也发出已离开的信号及现场情景图片。另一方面，在手机“电力管家APP”模块中还设置有“用电安全讲座、触电事故警示、电力法规”等若干专栏。
证据收集系统应用软件4.3，采用集成了Apache的Cordova跨平台移动开发工具和ASP.NET5新框架的Visual Studio 2015的开发工具。开发工具的选择，主要是基于Windows为常用操作系统，及其“证据收集系统应用软件”可在服务器或普通 PC 机上运行。在证据收集系统应用软件4.3实现过程中，主要控件有:命令按钮（Command Button）、图片控件（Image Picture）、定时控件(Timer)等。利用定时器Timer控件把监测参数动态刷新，显示在主界面上。软件主界面以安防监控区域画面为主，界面上、下底部分别设置各类功能按钮和用户管理、安防监控节点切换及视频数据管理功能按钮。视频播放功能，主要是通过调用Windows Media Player播放器ActiveX控制的msdxm.ocx相关文件。录像机数据调用 SendMessage_Any 及 Send Message_Long 函数来实现；获取图片路径是调用执行ImageChange类，当完成一张图片操作，进度格数自动增 1，文件格式编码获取类Image CodecInfo用以建立编码数组。即，将所有编码器信息赋值给数组，使用for循环寻找传递进的文件格式编码。当软件在录音/播放状态时，如遇服务器忽然停电或断电，则软件自动保存现场数据并停止图像播放/录制，在正常供电后，自动连接到服务器断电时状态恢复断电时的播放或录制，实现无需人工干预就可完整的保存视频数据。

Claims (10)

1.配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于包括：
目标探测及视频图像采集模块（1），包括安防雷达、录像机、视频解码芯片；
安防雷达用于捕捉到危险区域的入侵行为运动目标；
录像机用于对入侵行为运动目标进行视频摄像；
视频解码芯片用于将摄像视频转换成的数字视频信号，并传输到图片信息智能分析及控制模块（2）；
图片信息智能分析及控制模块（2），包括处理器模块，
处理器模块用于对入侵行为视频图像进行处理，同时通过通信传输模块（5）将处理后的数据传输至后台服务器及显示终端（3）、宣教驱离报警模块（4）；
后台服务器及显示终端（3），后台服务器（3.1）包括视频重构模块（3.2）、视频数据库（3.3）；
视频重构模块（3.2）用于通过视频重构算法完成事故现场的视频重构；
显示终端用于事故现场情景视频的回放，同时存储于视频数据库（3.3）中；
宣教驱离报警模块（4），包括语音模块（4.1）、后端APP客户端（4.2）；
语音模块（4.1）用于实现语音驱离报警功能；
后端APP客户端（4.2）用于触电事故的警示及安全用电知识的宣传。
2.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述数字视频信号经TMS320DM6748处理器模块的视频采集端口Video Port，输送至TMS320DM6748处理器模块的FIFO缓存单元，经直接存储器访问TMS320DM6748处理器模块的EDMA3数据传输模块，输送到TMS320DM6748处理器模块的外部高性能大带宽的数据存储器DDR SDRAM中。
3.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述TMS320DM6748处理器模块包含视频采集驱动程序，视频采集驱动程序是在TI公司提供的集成开发环境CCS下完成，即使用FVID_exchange（）函数获得视频图像，向网络通道发送消息采用SCOM_put Msg（）函数，用 SCOM_get Msg（）函数接收返回消息。
4.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述图片信息智能分析及控制模块（2）中，当监控危险区域发生入侵行为时，经视频解码芯片输送到处理器模块的入侵行为视频图像，一方面在处理器中送至运动检测和目标个数统计算法进行处理，获取相关数据；另一方面，通过MPEG 4压缩的数据，经通信传输模块（5）传送到后台服务器（3.1）、后端APP客户端，在监测到监控区域有人类入侵行为时，将入侵图像发送到安巡员后端APP客户端上，提醒安巡员注意；同时，系统将自动保存告警消息及上传位置视频图片给上位机，供工作人员确认现场状况。
5.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述视频重构模块（3.2）包含危险区域背景自学习算法、光线补偿算法、入侵目标轨迹跟踪算法、视频过渡图片重构算法，这些规则算法集合成视频重构算法；后台服务器（3.1）依据处理器模块发送过来的数据信息，在视频重构算法下完成现场的视频重构。
6.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
该系统还包括网络服务器（3.4），通过经封装的MFCWin Sock类中Windows Socke的WSAAsync Select 模型与CAsync Socket类创建流类型套接字混合的编程方式，先创建窗口句柄，调用socket（）函数创建前端套接字，该函数的地址参数设置为AF_INET，用来表示本次设计使用TCP/IP协议套接字，版本类型参数设置为SOCK_STREAM，代表指定产生流式套接字，在前端主程序创建了套接字之后，调用connect（）连接到后台服务器（3.1）的10000端口，最后使用connect（）返回连接套接字，与后台服务器（3.1）进行通信。
7.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述语音模块（4.1）采用内部集成了数字音频处理功能的音频编解码器ADAU1761，采用音频编解码器ADAU1761实现语音宣教驱离报警功能，音频编解码器ADAU1761的工作时钟Clk_Gen IP核和内部寄存器IIC IP核由处理器模块的AXI_Lite接口控制，内部实例化２个DMA方式传输处理器模块，用于对音频数据的缓存，其中一个实现音频输入数据缓存，另一个实现音频输出数据缓存，输入/出音频数据符合I2S时序，且音频数据通过DMA方式传输直接与外部数据存储器DDR SDRAM进行交互。
8.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
所述后端APP客户端（4.2）包括电力管家APP，一方面向供电公司安巡员发出带有地址信息的提示信号，与宣教驱离报警模块（4）联动，电力管家APP中设置闹钟提示单元，当宣教驱离报警模块（4）被启动或停止时，入侵行为现场情景信号通过通信传输模块（5）向电力管家APP发送声音报警信号，提示安全人员当前供电危险区域存有人类入侵行为；当入侵目标物体离开危险区域也向电力管家APP发出已离开的信号及现场情景图片，电力管家APP中还设置有用电安全讲座、触电事故警示、电力法规专栏。
9.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：
该系统还包括证据收集系统应用软件，采用集成了Apache的Cordova跨平台移动开发工具和ASP.NET5新框架的Visual Studio 2015的开发工具，证据收集系统应用软件能够服务器或普通 PC 机上运行。
10.根据权利要求1所述配电网危险区域智能宣教驱离及取证系统，其特征在于：该系统还包括前端供电模块（6），用于为目标探测及视频图像采集模块（1）、图片信息智能分析及控制模块（2）提供电源；
该前端供电模块（6）包括风光互补发电模块（6.1），电源控制器模块（6.2），储能模块（6.3），整流/输出模块（6.4）、转台模块；
风光互补发电模块（6.1）连接输入整流模块（6.5），输入整流模块（6.5）连接储能模块（6.3），将电能储存于储能模块（6.3）中；
所述电源控制器模块（6.2）包括电源管理器（6.21）、发电优化控制器（6.22）；电源管理器（6.21）连接整流/输出模块（6.4）、储能模块（6.3），发电优化控制器（6.22）连接转台模块；
所述转台模块包括托盘旋转器（6.6）、以及安装在托盘旋转器（6.6）上的托盘（6.7）。
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