CN112864947A

CN112864947A - 一种可视化监拍系统及方法

Info

Publication number: CN112864947A
Application number: CN202110229758.2A
Authority: CN
Inventors: 刘强; 冯飞; 冯鑫; 李巨宁; 傅晓; 姜涛; 张年文; 焦之明; 巩方波; 纪洪伟
Original assignee: Intelligent Electrical Branch of Shandong Luneng Software Technology Co Ltd
Current assignee: Intelligent Electrical Branch of Shandong Luneng Software Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-03-02
Also published as: CN112864947B

Abstract

本发明公开了一种可视化监拍系统及方法，包括：可视化监拍装置、供电模块和微控制器；可视化监拍装置按照设定的规则采集输电线路图像或视频信息，并能够对采集到的图像或视频信息进行前端处理；供电模块与可视化监拍装置和微控制器分别连接；所述微控制器根据供电模块的当前电量，选择不同的供电策略为可视化监拍装置供电。本发明提出单目摄像头雾霾天气隐患物体距离测算方法，使用暗通道先验技术与人工智能识别技术相结合、对雾霾天气采集的图像进行处理、转换和提取，测算出目标物的距离，解决了雾霾天测算隐患物距离的问题，实现了雾霾天自动识别隐患源并测算隐患源距离。

Description

一种可视化监拍系统及方法

技术领域

本发明属于输电线路监控技术领域，尤其涉及一种可视化监拍系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前的电力系统输电线路通常呈线状分布，存在距离长以及杆塔分散的开放式运行环境等空间分布特性，在对输电线路进行检测会存在较复杂的问题，例如输电线路跨度较大造成检测难度增加，以及输电线路周围环境复杂导致对检测的干扰较大。如何安全有效地对特高压输电线路进行监控管理，确保电网的安全运行，显得十分重要。

现有技术通过在每一个输电线路区段布设监控设备来实现对于输电线路的可视化监控；发明人发现，目前的可视化监控设备主要存在如下技术问题：

(1)可视化监控设备安装于输电线路的杆塔之上，可能会遇到不同的气象环境，例如南方梅雨季节长时间的阴雨天气、四川盆地的多雾天气、东北冬季的雨雪天气以及低日照时长等，系统在不良天气下的巡检质量越来越受用户关注，尤其是低可见度的天气情况对于系统的识别精度和准确率造成了严重影响。

(2)可视化监控系统要实现目标物的距离测算需要使用双目摄像头，但基于成本考虑，不会大面积覆盖安装双目摄像头，大多数地方使用单目摄像头，因此仅使用单目摄像头难以进行距离测算，无法保证测算的准确性。

(3)可视化监拍系统升级过程中，由于没有反馈机制，后台无法准确得知可视化装置是否成功升级；特别是在无操作界面的情况下，用户无法直接观察到升级结果，导致无法正确判断可视化装置是否升级成功；从而影响可视化系统的稳定可靠运行。

(4)由于可视化监控设备的体积有限，如何在有限的供电容量下尽量提高电池的工作时长以及使用寿命成为本领域内广泛关注的问题。现有可视化监拍系统的供电多采用蓄电池供电或蓄电池与超级电容混合供电。蓄电池电压比较稳定，如6.4V磷酸铁锂电池的工作电压在5.5V～7.2V，而超级电容的工作电压范围较宽，可达0～10.8V，现有的蓄电池与超级电容混合供电中，蓄电池与超级电容通过二极管并联，根据电压高低为后级负载供电方式，当超级电容放电电压达到或低于蓄电池电压时，系统即从蓄电池取电，这样超级电容剩余电量无法释放，没有充分利用超级电容的容量。

(5)现有的对于可视化监拍系统供电策略的研究往往集中于电源电量与供电负载的均衡控制，基于气象数据对可视化监拍系统的供电策略进行控制的研究比较少见。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种可视化监拍系统及方法，能够实现低照度天气下自动识别隐患源并测算隐患源距离；充分考虑气象数据对于电源供电策略的影响，通过对功能模块的供电进行分级管理，保障了监拍装置核心功能的长时间运行。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种可视化监拍系统，包括：可视化监拍装置、供电模块和微控制器；

所述可视化监拍装置按照设定的规则采集输电线路图像或视频信息，并能够对采集到的图像或视频信息进行前端处理；

所述供电模块与可视化监拍装置和微控制器分别连接；所述微控制器根据供电模块的当前电量，选择不同的供电策略为可视化监拍装置供电。

其中，所述的前端处理包括：通过图像识别技术，在图片或者视频上标记出异常信息并报警，比如：烟火、树障和/或施工车辆等。

具体地，可视化监拍装置对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行处理，以测量出距离隐患物体的距离，并在所述距离超过安全阈值时实现报警。

作为进一步地方案，还包括：气象数据采集模块，所述气象数据采集模块与微控制器连接，所述气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据，并传送至微控制器；微控制器根据供电模块的当前电量，结合未来数小时或者数天的天气预测数据，选择不同的供电策略为可视化监拍装置供电。

作为进一步地方案，还包括：语音识别模块，所述语音识别模块采集输电线路周围的声音信号并均传送至主微控制器；微控制器根据接收到的声音信号识别出异常声音信号及位置，联动周围可视化监拍装置对相应位置拍摄图像或者视频。

作为进一步地方案，微控制器内预存处不同的供电策略，具体包括：

性能模型策略：以采集数据为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及可视化监拍装置中待供电的各功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；

时间模型策略：以延长监拍系统的工作时间为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及可视化监拍装置中待供电的各功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；

一般模型策略：当供电模块的电量高于设定阈值时，选用性能模型策略；当供电模块的电量低于设定阈值时，自动切换为时间模型策略；

储能模型策略：当供电模块的温度低于设定阈值时，开启加热装置增加供电模块的温度；当供电模块的温度高于设定阈值时，减少供电模块的充电电流。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种架空线路可视化监拍系统，包括：在架空线路上，每隔设定距离，布设上述的可视化监拍系统。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种隧道电缆可视化监拍系统，包括：在隧道电缆上，每隔设定距离，布设上述的可视化监拍系统。

在另一些实施方式中，本发明采用如下技术方案：

一种可视化监拍方法，包括：

微控制器根据当前气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略；

可视化监拍装置对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行前端处理，以测量出距离隐患物体的距离，并在所述距离超过安全阈值时实现报警。

本发明以下有益效果：

(1)本发明创新性提出了多气象环境下的隐患源自动可视化监拍技术，研制了电力设备可视化监拍系统，采集电力设备图像或视频信息并在前端进行数据处理，使用暗通道先验技术与人工智能识别技术相结合、对特殊天气采集的图像进行处理、转换和提取，测算出目标物的距离，实现了自动识别隐患源并测算隐患源距离，提高了可视化监拍系统在特殊天气下的识别精度和识别效率。

同时，本发明在特殊天气下进行可视化监拍时，可以判断隐患源距离，而且仅仅基于单目图像即可实现，硬件成本低，效果好；可以适用于雾大、雾小的各种情况，适用性好。

(2)本发明创新性提出了链路层多协议远程可靠升级技术，设计了帧结构修改方案以及多协议帧数据自动校验补发方法，定义易于分割和解析的报文结构，方便在信息交互过程中了解报文的目的和功能；具有校验字段，能保证每条报文的正确性，解决了无法准确确认装置是否升级成功的问题，实现了升级过程安全、稳定，避免丢包的情况发生，提高数据传输的可靠性。

可视化装置需要升级的时候，由后台发起指令，装置确认后，后台向装置发送升级包数据，并在数据包发送不完整时，及时补包；后台根据装置的反馈信息能够及时得知升级结果；即使在装置没有操作界面的情况下，工作人员也能够通过后台确认装置升级是否成功。

(3)本发明创新性提出了环境自适应即时联动技术，根据声音信号来控制监拍装置的监拍方位及监拍开始时刻，解决了系统功耗会高只靠图像采集不能实时获取输电线路现场的突发情况的问题，实现了可视化监拍装置的即时监拍，提高了监控效率。

(4)本发明提出了电源负载功耗分级管理技术，研制了可视化监拍供电气象控制系统，研制了可视化监拍供电气象控制系统，对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，结合剩余电量进行充电策略管理，解决了监拍系统功耗大的问题，实现了监拍系统的工作稳定性，提高了监拍系统核心功能的工作时长。

(5)本发明提出了储能系统深度放电切换技术，解决了蓄电池与超级电容通过二极管并联使用，超级电容电压低于蓄电池电压时不再输出能量，超级电容容量利用率低的问题，提高了超级电容的可供电电量，延长超级电容供电时间，与此同时，减少了蓄电池使用时间，提高了蓄电池的使用寿命。

(6)本发明提出电流自适应充电均衡技术，太阳能电池板与至少两个并联连接的充电管理芯片相连，所有充电管理芯片均与充电电池相连，充电管理芯片与控制板相连，通过控制板来控制充电管理芯片的启停状态，而且根据第一电压检测电路检测充电电池的实时电量，进而确定充电管理芯片的开启个数以及每一个充电管理芯片的充电电流输出，提高了可视化监拍系统的充电功率，增加了可视化监拍装置的待机时长。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例中可视化监拍系统一体化结构示意图；

图2为本发明一个或多个实施例中可视化监拍系统分体化结构示意图；

图3为本发明一个或多个实施例中可视化监拍系统内部结构示意图；

图4为本发明一个或多个实施例中电源选通电路图；

图5为本发明一个或多个实施例中雾霾天气下外破源位置识别过程示意图；

图6为本发明一个或多个实施例中距离点值表示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种架空线路可视化监拍系统，包括：可视化监拍装置、供电模块和微控制器；可视化监拍装置按照设定的规则(比如，间隔多长时间采集一次信息)采集架空线路图像或视频信息，并能够对采集到的图像或视频信息进行前端处理；供电模块与可视化监拍装置和微控制器分别连接；微控制器根据供电模块的当前电量，选择不同的供电策略为可视化监拍装置的各功能模块供电。

作为可选的实施方式，可视化监拍装置根据实现的功能划分了若干功能模块，包括：图像采集处理模块、后台4G通信模块、声光报警模块、传感器无线通信模块等。供电模块的输出端与可视化监拍装置的多个功能模块分别连接。

本实施例中，前端处理包括：通过图像识别技术，在图片或者视频上标记出异常信息并报警，比如：烟火、树障和/或施工车辆等。

微控制器内部设有图像识别单元，图像识别单元能够根据采集到的图像或者视频信息进行烟火识别、树障识别和/或施工车辆的行进轨迹识别；当识别到烟火、或者输电线路上有树障、或者施工车辆的行进轨迹可能会损害到线路时，及时发出报警信号。

具体地，可视化监拍装置可以对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行处理，以测量出距离隐患物体(比如外破源)的距离，并在所述距离超过安全阈值时实现报警。

图5给出了雾霾天气下外破源位置识别过程示意图，具体包括如下步骤：

步骤(1)：利用单目或者双目摄像头，在雾霾天气下进行拍照，得到原始图像；

步骤(2)：将原图像，使用暗通道先验去雾算法进行去雾，得到暗通道图(过程中产生)、原始透视率图和去雾图像；

具体地，暗通道的定义为：

即取某窗口内RGB值的最小值，作为对应暗通道像素值；窗口是指长宽都为S的矩形；简单来说，暗通道值就是窗口中所有像素部位RGB最小值。

其中，J^dark(x)是指暗通道像素值，值范围是[0,255]，c指通道，可能是R、G或B通道，J^c(y)指图像某一通道像素值，值范围[0,255]。Ω(x)指图中一个中心位于x点的一个窗口，这个窗口中心位于x点，长和宽都是定值(一般为奇数)；y∈Ω(x)指，y点位于窗口内；min(y∈Ω(x))是指，取这个窗口内，某点y处像素值最小值；c∈(r,g,b)指红、绿、蓝中任意一个通道；min(c∈(r,g,b))是指从红、绿、蓝任意通道中取最小值。

暗通道先验是指：除去天空部分的无雾图像的暗通道图中，总会存在暗通道值很接近于0的情况；而有雾图像就很少存在这种情况。

被广泛使用的生成有雾图像公式为：

I(x)＝J(x)t(x)+A(1-t(x)) (1)

其中，I(x)是有雾图，J(x)是原图，t(x)是透视率，A是全局大气光值。

由这个公式可以推出，J(x)＝I(x)-A(1-t(x))/t(x)，但其中t(x)和A未知，所以接下来要推出这两者的值。

1)求透视率图t(x)：

首先假设A已知，且局部Ω(x)的透视率是个定值。

式(1)可变为：

I^C(y)指无雾图某通道(R、G或B)像素值；

指无雾图像中某窗口，某通道像素值最小值，

指某窗口透视率的估值；

指有雾图像中某窗口，某通道像素值最小值，A^c指某通道的全局大气光值。

两边同除以A^c得：

对于上式，同时取3个通道的最小值，得：

根据暗通道先验算法，无雾图的暗通道最小值趋近于0，即：

可推算出，近似的透射率：

实际中，不会出现绝对无雾的情况，所以加入经验值ω，上式变成：

2)预估全局大气光值A

取暗通道图中前0.1％高亮点，找到这些点对应原图中的亮点，取原图中最亮点值作为A值。

步骤(3)：基于所述去雾图像，计算透射率，确定透视率图，利用预设的引导图对透视率图进行滤波，得到优化后的透视率图；

对透视率图优化：上文中算出的透视率图，十分地粗糙，在物体边缘处有很多矩形，十分影响去雾效果；利用导向滤波技术，使用任意R/G/B图作为引导图对透视率图进行滤波，可得到边缘保持性很好的透视率图，称为优化的透视率图；

导向滤波公式推导：

导向滤波的一个重要假设是输出图像q和引导图像I在滤波窗口w_k上存在局部线性关系，关系用下式表示，以描述每个像素点从I到q的映射：

经推导，转换系数可表示为：

其中：

上式中，w_k是一个半径为r的窗口，k：i∈w_k，|ω|指窗口中的像素点个数，窗口w_k对应的转换系数a_k和b_k为：

I_i指引导图像窗口中的点，p_i指输入图像窗口中的点，μ_k指引导图像窗口点值的均值，ε为正则化参数，

为引导图像在窗口点值的方差，

为输入图中窗口w_k像素均值，这样推出的去雾图公式为：

其中，J(x)是原图，I(x)是有雾图，t(x)是优化后的透视率，t0是人工设定的透视率上限经验值，A是全局大气光值。

利用A值、t(x)值以及公式(2)，对有雾图做处理，可得到优化后的透射率图和去雾图。

步骤(4)：对去雾图像进行图像识别，确定隐患物的坐标值；

具体地，采用的是已在Tensorflow上训练好的YOLOv3模型，此模型可以识别出特定类型的外破隐患源；将去雾图输入到模型中进行分析，模型会输出若干组[类型，置信度，x1，y1，x2，y2]结果，其中(x1,y1)和(x2,y2)是外破源的左上角和右下角坐标，将一组(x1,y1)(x2,y2)记作C，这样就得到外破源的坐标数组C1、C2…CN。

步骤(5)：在优化后的透视率图上，根据外破源坐标值，进行位置关联，得到距离点图；

在优化的透视率图上，根据外破源坐标C1、C2…CN，截取(类似于截图操作)出透视率二维矩阵T1、T2…TN；

透视率矩阵T1、T2…TN，对于每个T，以8x8方格取均值(减小运算量)，形成新的透视率均值矩阵T_avg，用T_avg中的每个透视率值算出距离，形成距离点值表DM；对每个透视率矩阵都做类似处理，可以得到数个距离点值表，如图6所示。

步骤(6)：判断距离点图中是否有低于设定阈值的距离点，如果有则进行报警。

遍历每个距离点值表DM中的元素值，判断其中是否有距离点低于设定的阈值，有则报警，无则退出。

作为可选的实施方式，架空线路可视化监拍系统还包括：气象数据采集模块，气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据。微控制器根据供电模块的当前电量，结合未来数小时或者数天的天气预测数据，选择不同的供电策略为可视化监拍装置供电。

作为可选的实施方式，架空线路可视化监拍系统还包括：语音识别模块，语音识别模块采集输电线路周围的声音信号并均传送至微控制器；微控制器根据接收到的声音信号识别出异常声音信号及位置，联动周围可视化监拍装置对相应位置拍摄图像或者视频。

架空线路可视化监拍系统的供电模块可以采用太阳能、风能或者架空线路取电等方式。本实施例中以太阳能供电为例进行说明。

供电模块的结构包括：储能装置和太阳能电池板。其中，储能装置与可视化监拍装置可以采用一体式结构设计，参照图1，可视化监拍装置位于太阳能电池板下方，并通过支架连接；也可以采用分体式结构设计，参照图2，将储能装置设于太阳能电池板下方，一方面，便于对电池容量进行灵活扩展，满足长时间的续航需求，另一方面，有效利用了监拍装置与太阳能电池板之间的空闲空间，在不影响监拍系统整体大小的情况下实现了电池容量的可扩充。将储能装置设于太阳能电池板下方后，太阳能电池板与监拍装置之间的相对位置没有发生变化，即监拍系统的整体大小不变。

参照图3，供电模块包括：电源、超级电容、电池和备用电源选通电路，备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池进行供电。其中，所述电源的输出端连接两个充电电路：充电电路1和充电电路2，充电电路1和充电电路2的输出端分别连接超级电容和电池；超级电容和电池的输出端均连接至备用电源选通电路。备用电源选通电路的输出端经由DC/DC转换器与监拍装置的多个功能模块分别连接。

供电模块还包括第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块，第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块的一端分别与太阳能电池板、超级电容和电池连接，用于监测太阳能电池板、超级电容和电池的当前电压，另一端均连接至微控制器。

微控制器基于监测的电压和蓄电池电量，若所述电压达到第一预设电压，则控制充电电路1工作，为超级电容充电和为后级电路供电；若当前蓄电池电量未满，则控制充电电路2同时工作，为蓄电池充电。作为一个示例，当太阳能电池作为输入电源时，因太阳能板的伏安特性，其具有最大功率电压值，第一预设电压设为太阳能板的最大功率电压，当电源输入电压达到第一预设电压时，充电电路工作。

第一充电电路和第二充电电路均包括至少两个并联连接的充电管理芯片，即，太阳能电池板分别通过至少两个并联的充电管理芯片与超级电容和电池相连。充电管理芯片均与微控制器相连，微控制器用于控制充电管理芯片的启停状态。另外，每一个充电管理芯片的充电电流也可以从0-2A调节，通过控制充电管理芯片的开启个数，以及每一个充电管理芯片的输出电流大小，实现对充电电流的控制。

微控制器通过第二电压检测电路实时监测超级电容的电压，通过第三电压检测电路实时监测超级电容的电压，基于超级电容的电压控制第一充电电路上充电管理芯片启动的数量；基于电池的电压控制第二充电电路上充电管理芯片启动的数量。

其中，第一电压检测电路、第二电压检测电路和第三电压检测电路可采用ADC芯片和分压电阻来实现，也可采用电压互感器来实现。

作为一种实施方式，充电管理芯片还与温度传感器相连，温度传感器用于实时采集充电管理芯片的工作温度并传送至微控制器。在大功率充电的时候，防止电路板局部温度过高，本实施例利用温度传感器用于实时采集充电管理芯片的工作温度并传送至微控制器，由微控制器再控制充电管理芯片的启停，保障了基于太阳能供电的可视化监拍装置的电源系统的稳定运行。

备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池进行供电。供电方式切换的依据是电容电压跟两个预设电压点的对应关系以及电容电压的变化趋势。备用电源选择电路在超级电容电压高于第二预设电压(可低于蓄电池电压)时优先使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为蓄电池供电；该电路将超级电容电压和蓄电池电压升压至设定值，为后级DC/DC提供稳定的输入电压。

具体地，若当前为超级电容供电，且，如果当前为电池为负载供电，且，则超级电容电压逐渐升高，当超级电容电压高于7V时，切换为超级电容为负载供电。

超级电容电压高于第二预设电压时，采用超级电容供电，若超级电容电压为下降趋势(即充电电路1处于未工作状态)，当超级电容电压下降至小于第三预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压下降至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压开始升高(即充电电路1开始工作)，则供电方式不发生切换；

超级电容电压小于第三预设电压时，采用电池供电，若超级电容电压为上升趋势(即充电电路1处于工作状态)，当超级电容电压上升至高于第二预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压上升至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压不再升高(即充电电路1不工作了)，则供电方式不发生切换。

本实施例中，第二和第三预设电压分别设置为7V和2V。

备用电源选通电路如图4所示，包括：

超级电容的输出端分两路，一路连接迟滞比较器的正输入端，另一路连接至P沟道MOS管D1的漏极(D极)；D1的源极(S极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接P沟道MOS管D2的源极(S极)；D1的门极(G极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接D2的门极(G极)；迟滞比较器的输出端一路连接N沟道MOS管D3的门极(G极)，另一路连接N沟道MOS管D6的门极；N沟道MOS管D3的漏极(D极)通过电阻R2连接至D1和D2门极的连通线路上；N沟道MOS管D6的漏极(D极)一路经由电阻R5连接至P沟道MOS管D4的漏极，另一路连接至N沟道MOS管D7的门极(G极)；锂电池的输出端连接至P沟道MOS管D4的漏极(D极)；P沟道MOS管D4的源极(S极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接P沟道MOS管D5的源极(S极)；D4的门极(G极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接D5的门极(G极)；N沟道MOS管D7的漏极(D极)通过电阻R4连接至D4和D5门极的连通线路上；P沟道MOS管D2和P沟道MOS管D5的漏极(D极)均连接至DC/DC转换器。

工作原理如下：比较器UB与电阻R6、R7构成迟滞比较器，参考电压4.5V，配置R6与R7的阻值使迟滞门限为±2.5V，即升压门限7V，降压门限2V。迟滞比较器的正输入连接于超级电容供电通路，当超级电容电压由低升高达到7V时，比较器UB的输出为高电平，使得N沟道MOS管D3、D6导通，对于超级电容供电通路，由于D3的导通拉低了P沟道MOS管D1和D2的门极，使得D1与D2导通；而对于锂电池供电通路，D6的导通导致N沟道MOS管D7的门极被拉到低电平，D7不导通，P沟道MOS管D4的体二极管及电阻R3使得P沟道MOS管D5的门极被拉到高电平，D5不导通，如此一来，仅由超级电容为后级DC/DC供电；当超级电容电压由高到低达到2V时，比较器UB的输出为低电平D3、D6不导通，对于超级电容供电通道，由于P沟道MOS管D1的体二极管与电阻R1使得P沟道MOS管D2的门极被拉到高电平，D2不导通，而对于锂电池供电通路，D6不导通，使得D7的门极被拉到高电平而导通，这样D4与D5导通，如此一来，仅由锂电池为后级DC/DC供电。这样实现了超级电容可以充分放电到2V才切换为锂电池为负载供电，当超级电容被充电且电压足够高时可切换回来为后级负载供电。

DC/DC将前级的稳定电压转换为后级负载或各功能模块需要的工作电压。

微控制器对各功能模块的供电进行分级管理，分别为电量和功能模块划分等级。

功能模块等级的划分根据功能模块的重要性与功耗，重要低功耗的功能模块等级最高，非重要高功耗的等级最低。本实施例中，将功能模块划分为4级，优先级先后顺序为4级(重要低功耗模块，如后台4G通信模块等)>3级(重要高功耗模块，如图像采集处理模块)>2级(非重要低功耗模块，如传感器无线通信模块)>1级(非重要高功耗模块，如声光报警模块)；本领域技术人员可以理解，功能模块的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理调整。

电量的等级划分根据剩余电量高低情况。本实施例中，划分为4级：高电量(如≥75％)、次高电量(如50％-75％)、次低电量(如25％-50％)和低电量(如<25％)；本领域技术人员可以理解，电量等级的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理增减。

微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。

微控制器内存储的供电策略包括：

性能模型策略：以采集数据为主，依据功能模块等级和电量的等级调整各功能模块的工作状态，例如：减小拍照的时间间隔，以获取更多监拍信息，并将拍的照片和录的声音存储并立马上传后台，并开启本地图像识别算法，开启声光报警装置等等。

时间模型策略：以延长监拍系统的工作时间为主，依据功能模块等级和电量的等级调整各功能模块的工作状态，例如：通过减少装置或模块的工作来延长使用时间、关闭本地图像识别算法，增加拍照的时间间隔，将不同时间拍的照片单次上传等等。

一般模型策略：是性能时间均衡方案，当供电模块的电量高于设定阈值时，选用性能模型策略；当供电模块的电量低于设定阈值时，自动切换为时间模型策略。

储能模型策略：以延长储能装置的使用寿命为出发点，针对储能装置的特性(主要是温度)，在温度过低时，开启加热模块，提高储能装置的温度以保护其性能和寿命；在温度过高时，减少充电电流；在温度过高或过低且无法有效的调节时，关闭储能装置的充放电。

本实施例中，供电模块当前电量等级与功能模块等级的对应关系如表1所示。

表1当前电量等级与功能模块等级的对应关系

当前电量等级	功能模块等级
		高电量	1-4级
次高电量	2-4级
		次低电量	3-4级
低电量	4级

结合表1，微控制器获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电。即，高电量(如≥75％)时，为1-4级功能模块供电；次高电量(如50％-75％)时，为2-4级功能模块供电；次低电量(如25％-50％)时，为3-4级功能模块供电；低电量(如<25％)时，则仅为4级功能模块供电。

本实施例中，根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；储能模型策略的选取跟温度有关系，比如，可以选择温度低于0摄氏度或者高于45摄氏度时采用储能模型。

本实施例中，结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。

比如，可以根据表2中给出的未来十五天的天气数据与供电模块的电量关系，确定选择何种供电策略。

表2供电策略对应关系

本实施例中，微控制器为低功耗型，通过BMS监测蓄电池电量，通过超级电容电压检测其电量。

微控制器可与客户端(个人PC、智能手机等)建立连接，通过客户端修改供电策略，以及电量和功能模块的分级策略。

本发明实施例通过对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，结合剩余电量以及气象数据进行充电策略管理，有效保障了监拍系统核心功能的工作时长。

作为可选的实施方式，，可视化监拍装置需要升级的时候，由微控制器向装置发送升级包数据；可视化监拍装置如果升级不成功，可能会导致系统不能正常运行，因此，可视化监拍装置和微控制器的通信稳定性对于系统的正常工作十分重要。

因此，本实施例还给出了可视化监拍装置可靠升级的方法，从通信报文结构、升级交互流程和升级包文件三个方面对数据传输方法进行改进。

(1)本实施方式重新定义了通信报文的结构，具体为：

报头

长度

类型

序号

内容

校验

报尾

其中，报头和报尾：各占2字节，方便报文解析顺分割报文；如果定义1字节的报头报尾，容易出现相同数据；如定义多于2字节的报头报尾，则会降低报文分割效率。

长度：占2字节，用以标识出此报文的长度，方便报文解析器进行报文分割。

类型：占2字节，标识出本报文的用途。

序号：占2字节，自增，用以标识出报文的串号，方便对报文去重。

内容：报文内携带的数据。

校验：对整报文作校验，确定报文的完整性。

本实施方式定义的报文结构，有报头、长度和报尾，易于分割和解析；有类型和序号，方便双方在交互过程中轻松了解报文的目的和功能；另外还具有校验字段，能保证每条报文的正确性。

(2)升级交互流程

参照图1，可视化监拍系统升级过程中，可视化装置端和后台端进行通信的过程如下：

首先由后台向装置发起升级请求，升级请求中包含升级文件ID、升级文件大小和报文总包数等信息。升级文件ID用于标识不同的升级任务，避免出现多升级任务混淆的情况；升级文件大小，用来告知装置升级包所需要占用的磁盘空间，方便装置作好升级准备。

装置收到升级请求报文后，可根据当前自身状态(如磁盘空间、网络流量、电量等)选择作出合适的响应，TP(True-Positive)或FP(Fasle-Positive)；以TP响应，说明装置当前具备升级条件，请后台开始发前升级数据报文；以FP响应，则说明装置当前不具备升级条件。

后台收到TP响应后，开始向装置发送升级数据报文，每条报文中都包含升级文件ID、总包数和当前包号。包含升级文件ID信息，方便装置区分当前所接收的文件；包含当前包号，方便装置端按顺序组合升级文件。

装置不断接收升级数据报文，根据每个报文的总包数和当前包号，将报文中的数据保存至本地磁盘，组合成升级文件。

装置接收完最后一包后，根据升级数据包接收情况，将未接收到的包号，通过补包请求报文，发送至后台。补包请求报文中包含升级文件ID、未接收到包的个数和包号等信息。

凭借这些信息，后台可以再次向装置发送指定文件的特定区段数据。在使用无连接协议，或装置所处地区网络通信不良时，经常会出现数据包丢失的情况，这时补包功能优点就凸显出来。如果装置成功地接收了所有数据包，则发送补包数为零的补包报文，作为接收成功的回复。

补包流程可以多次进行以确保数据的完整性，如图2所示：

后台收到装置发送的补包报文，如果补包数不为0，则再次发送相应包号的数据给装置，继续等待装置的应答；如果收到补包数为0的补包报文，则说明装置已经成功接收到所有的升级数据包。

后台将“升级包文件”进行切片，把每一片的数据，放在升级数据报中，发送至装置。

装置收到升级数据报文后，按报文中的帧序号，把每一片拼接起来，形成升级包文件。

对升级包文件进行解压，并对包内数据进行验证，最后完成升级。

本实施例中，为保证可靠性，规定了如下条件：

1)考虑到无连接的情形，所有报文在没有收到响应时，需要重复发送，至多5次，间隔数秒。

2)协议允许同一时间进行多个升级任务，但在实际应用中，同一时间只进行一项升级任务为宜。

3)升级数据报文的包大小根据现场情况合理选择，在距离基站远或信号差的区域，将包大小限制在1500字节以下为宜。

4)补包流程，重试次数不宜过多，以10次以内为宜。数次补包后，如果收到的数据包仍然不完整，则判定为升级失败，当前升级流程终止；可以由后台再次发起下一次升级流程。

(3)升级包文件

升级包文件是ZIP压缩文件，其内容包含升级所需要的二进制文件(一个或数个)和一个TXT文件。

以ZIP压缩文件打包，既缩减了所传输的文件大小，降低传输负担，同时也是对升级包完整性的第一次验证，如果无法正常解压，则说明文件损坏。

TXT文件内容为每个二进制文件的名称以及某对应的校验码。如解压后的文件，由装置计算出二进制文件的校验码与TXT中所记录的不同，则说明升级文件损坏或异常，不能用于升级。

通过以上三个方面的优化，可以保证通信的普适性、可靠性，也可以保证升级文件的完整性，同时后台能及时得知升级的结果。

本发明定义的报文结构易于分割和解析；方便在信息交互过程中了解报文的目的和功能；另外还具有校验字段，能保证每条报文的正确性。

本发明数据传输方法升级过程安全、稳定，避免丢包的情况发生，同时能够准确确认装置是否升级成功。

本发明数据传输方法对于有连接的通信方式和无连接的通信方式都适用。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种隧道电缆可视化监拍系统，包括：可视化监拍装置、供电模块和微控制器；可视化监拍装置按照设定的规则(比如，间隔多长时间采集一次信息)采集隧道电缆内图像或视频信息，并能够对采集到的图像或视频信息进行前端处理；具体的数据处理过程采用实施例一中公开的方法实现。

供电模块与可视化监拍装置和微控制器分别连接；微控制器根据供电模块的当前电量，选择不同的供电策略为可视化监拍装置的各功能模块供电。

可视化监拍装置可以采用实施例一中公开的可视化监拍装置结构，不再赘述。

需要说明的是，隧道电缆可视化监拍系统的供电模块可以采用架空线路取电的方式获取电能。

供电模块的内部结构组成与实施例一中的供电模块结构相同，均包括：电源、超级电容、电池和备用电源选通电路；其中电源为感应取电装置，模块内各部分之间的连接关系以及工作原理与实施例一中的供电模块相同，不再赘述。

微控制器对各功能模块的供电进行分级管理，分别为电量和功能模块划分等级。电量和功能模块的等级划分与实施例一中相同，不再赘述。

微控制器根据供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。

微控制器获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电。具体实现方式与实施例一中公开的方法相同，不再赘述。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种输电线路可视化监拍系统，在输电线路上设置实施例一中的可视化监拍系统，实现对于输电线路的可视化监拍与预警。

实施例四

在一个或多个实施方式中，公开了可视化监拍方法，包括：

微控制器根据当前气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略；具体包括：

根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；

结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。

具体的供电策略划分以及选取原则在实施例一中已经详细说明，在此不再赘述。

可视化监拍装置对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行前端处理，以测量出距离隐患物体的距离，并在所述距离超过安全阈值时实现报警。具体地数据处理方法在实施例一中已经详细说明，在此不再赘述。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种可视化监拍系统，其特征在于，包括：可视化监拍装置、供电模块和微控制器；

2.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述可视化监拍装置对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行处理，以测量出距离隐患物体的距离，并在所述距离超过安全阈值时实现报警。

3.如权利要求2所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述可视化监拍装置对于雾霾天气下获取到的图像或者视频信息进行处理的过程包括：

获取雾霾天气下采集的图像信息；

使用暗通道先验去雾算法进行去雾，得到去雾图像；

基于所述去雾图像，计算透射率，确定透视率图，利用预设的引导图对透视率图进行滤波，得到优化后的透视率图；

对去雾图像进行图像识别，确定隐患物的坐标值；

在优化后的透视率图上，根据外破源坐标值，进行位置关联，得到距离点图；

判断距离点图中是否有低于设定阈值的距离点，如果有则进行报警。

4.如权利要求2所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，获取雾霾天气下采集的图像信息的方法为：采用单目摄像头或者双目摄像头，在雾霾天气对设定位置进行拍照，得到原始图像信息。

5.如权利要求2所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，对去雾图像进行图像识别，确定隐患物的坐标值，具体过程包括：

将去雾图输入到训练好的神经网络模型中，识别预定类型的隐患物，得到若干组[类型，置信度，x1，y1，x2，y2]结果，其中(x1,y1)和(x2,y2)分别是隐患物的左上角和右下角的坐标，将一组(x1,y1)和(x2,y2)记作隐患物的坐标数组。

6.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，还包括：气象数据采集模块，所述气象数据采集模块与微控制器连接，所述气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据，并传送至微控制器；微控制器根据供电模块的当前电量，结合未来数小时或者数天的天气预测数据，选择不同的供电策略为可视化监拍装置供电。

7.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，还包括：语音识别模块，所述语音识别模块采集输电线路周围的声音信号并均传送至微控制器；微控制器根据接收到的声音信号识别出异常声音信号及位置，联动周围可视化监拍装置对相应位置拍摄图像或者视频。

8.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述微控制器包括：图像识别单元，所述图像识别单元能够根据采集到的图像或者视频信息进行烟火识别、树障识别、外破源识别和/或施工车辆的识别。

9.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述供电模块包括：电源、超级电容和电池；所述电源、超级电容和电池分别通过第一电压监测模块、第二电压监测模块和第三电压监测模块连接至微控制器；所述微控制器，用于获取电源的电压和蓄电池电量，若电源的电压达到第一预设电压，则为超级电容充电；若当前蓄电池电量未满，则同时为蓄电池充电。

10.如权利要求9所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，电源与超级电容之间，以及电源与电池之间，均包括至少两个并联连接的充电管理芯片，且充电管理芯片均连接至微控制器；所述微控制器根据太阳能电池板输入电源电压和超级电容/电池的容量，控制与超级电容/电池连接的充电管理芯片连通数量。

11.如权利要求9所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述电源包括：太阳能电池板、风力发电装置或者感应取电装置中的一种或多种的组合。

12.如权利要求9所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述供电模块还包括：备用电源选通电路，电源分别通过两个充电电路连接超级电容和电池的输入端，超级电容和电池的输出端均连接至备用电源选通电路；所述备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池为后级电路进行供电。

13.如权利要求12所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述备用电源选通电路在超级电容电压高于第二预设电压时,使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为电池供电。

14.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，微控制器内预存处不同的供电策略，具体包括：

15.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，所述微处理器能够与客户端建立通信连接，基于所述客户端，能够对可视化监拍装置中待供电的各功能模块的等级划分信息以及供电策略进行修改。

16.如权利要求1所述的一种可视化监拍系统，其特征在于，可视化监拍装置接收微控制器发送的升级数据报文，每条报文中至少包含升级文件ID、总包数和当前包号信息；

判断数据包是否完全接收，如果完全，则向后台反馈数据发送成功；否则，向后台发送补包请求；所述补包请求至少包括：升级文件ID、未接收到数据包的个数和包号信息。

17.一种架空线路可视化监拍系统，其特征在于，包括：在架空线路上，每隔设定距离，布设权利要求1-16任一项所述的可视化监拍系统。

18.一种隧道电缆可视化监拍系统，其特征在于，包括：在隧道电缆上，每隔设定距离，布设权利要求1-16任一项所述的可视化监拍系统。

19.一种可视化监拍方法，其特征在于，包括：

20.如权利要求19所述的一种可视化监拍方法，其特征在于，根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。