【DOC】基于移動(dòng)通訊的防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于移動(dòng)通訊的防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)王新玲菏澤供電公司，菏澤市中華東路 274000Design of Video Monitoring System for Electricity Stolen Prevention Based on Mobile TelecomXinlin WangPower Supply Company of Heze Cith, East Zhonghua Road of Heze City, Zip 274000ABSTRACT: In this article the auther supplys a new video monitoring system for

2、 electricity stolen prevention against the current ecectricity stolen in the power supply management. This system consists of monitoring ceter, video monitoring end user and mobile telecom channel, and realizes the evidence obtain for the electricity stolen and distance monitoring for the measuring

3、instruments by using the vibrating sensor and alert for image changes. This system has been utilized in the electricity stolen prevention management of Power Supply Company of Heze and received good effectsKEY WORD: Electricity Stolen Prevention,；Image Sampling；Monitoring System摘要：針對目前供電管理中的竊電現(xiàn)象，提出并

4、研制了一種新型的防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)。它由監(jiān)控中心、圖像監(jiān)控終端及移動(dòng)通訊信道組成，利用振動(dòng)傳感器和圖像變化啟動(dòng)圖像報(bào)警，能夠?qū)崿F(xiàn)竊電取證及中心對計(jì)量裝置的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該項(xiàng)目已應(yīng)用于菏澤供電公司的防竊電管理中，取得較好的效果。關(guān)鍵詞：防竊電；圖像采集；監(jiān)控系統(tǒng)0 引言隨著我國多元經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場管理不規(guī)范、發(fā)展不平衡，個(gè)別不法用戶受利益驅(qū)動(dòng)，不擇手段地竊取電能。盡管供電企業(yè)采取了多種措施，加大了打擊竊電的力度，但竊電行為仍屢禁不止。僅菏澤供電公司每年查處的竊電量，以及由于表計(jì)丟失、損壞等原因追補(bǔ)的電量就達(dá)200萬度以上。近幾年，供電部門雖然采取了一些新的技術(shù)手段，如對高壓客戶逐步安裝了電能量信

5、息采集終端等，但由于竊電分子的竊電手法越來越隱蔽，僅從監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中難以判斷。既使已能看出用戶有竊電嫌疑，等趕到現(xiàn)場也很難找到有力的證據(jù)。個(gè)別用戶氣焰囂張，多次故意破壞計(jì)量表計(jì)，致使燒表、丟表事件時(shí)有發(fā)生，但也因缺乏有效的證據(jù)，無法對其竊電行為作出定論與處理。隨著傳輸技術(shù)的高速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)普及到我們生活的每個(gè)角落，而數(shù)字成像技術(shù)的發(fā)展，使得圖像的攝取和處理也比以往任何時(shí)候更快速清晰，為遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控提供了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)。在這種情況下，菏澤供電公司提出了建設(shè)防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)想。1 系統(tǒng)總體思路 1.1 整體構(gòu)想及目標(biāo)綜合利用當(dāng)今先進(jìn)的EDGE移動(dòng)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)

6、及GIS技術(shù)，研發(fā)一種防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)包括一種安裝于現(xiàn)場的終端裝置和一套中心監(jiān)控軟件。系統(tǒng)采用振動(dòng)傳感器及運(yùn)動(dòng)檢測技術(shù)檢測作為啟動(dòng)圖像抓拍的依據(jù)，采用多路紅外攝像、SD卡貯存技術(shù)、JPEG圖像壓縮技術(shù)，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)主動(dòng)采集圖像并通過EDGE移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將圖像上傳主站，從而實(shí)現(xiàn)對計(jì)量裝置的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控及竊電取證。1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則根據(jù)現(xiàn)實(shí)及發(fā)展的需要，在建設(shè)過程中我們提出并遵循了以下四個(gè)原則。1) 終端設(shè)計(jì)應(yīng)在不改動(dòng)現(xiàn)有表箱的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并盡可能地小巧，以方便在不同表箱內(nèi)安裝。2) 終端設(shè)計(jì)應(yīng)考慮擴(kuò)展性和實(shí)用性，對SD卡、SIM卡等應(yīng)方便取出、更換。3) 軟件設(shè)計(jì)要符合未來計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)

7、展方向，具有良好的擴(kuò)展性和延續(xù)性。4) 與現(xiàn)有營銷技術(shù)支持系統(tǒng)、需求側(cè)系統(tǒng)有效集成，實(shí)現(xiàn)檔案的同步及圖像報(bào)警的同時(shí)進(jìn)行電能量數(shù)據(jù)的二次分析。2 系統(tǒng)技術(shù)方案整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)方案分三部分：一是組網(wǎng)方式設(shè)計(jì)，二是終端硬件設(shè)計(jì)，三是防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)平臺軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。2.1 系統(tǒng)組網(wǎng)方式設(shè)計(jì)該系統(tǒng)總體上由監(jiān)控中心（平臺監(jiān)控管理系統(tǒng)）、EDGE信道、圖像監(jiān)控終端三部分組成。其整體結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方式如下圖：監(jiān)控中心由一臺服務(wù)器，一臺前置機(jī)、一臺應(yīng)用服務(wù)器、一個(gè)短信設(shè)備組成。通訊方面，通過2M數(shù)據(jù)專線在菏澤供電公司路由器與移動(dòng)公司路由器之間建立起專用的數(shù)據(jù)通道，形成了企業(yè)內(nèi)部EDGE網(wǎng)（VPN），使信息的安全

8、性得到保證。每個(gè)防竊電圖像監(jiān)控終端中安裝一塊手機(jī)卡，卡中設(shè)置有固定的IP地址，保證了每個(gè)采集終端的唯一性。2.2 終端硬件設(shè)計(jì)2.2.1終端硬件設(shè)計(jì)為達(dá)到硬件配置的靈活性，整個(gè)終硬采用模塊化設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)。主要由通信模塊、圖像采集及壓縮模塊、核心處理模塊、電源模塊組成。1) 通信模塊。通信為模塊即插即用型，根據(jù)插入的不同模塊可支持GPRS/EDGE/CDMA無線數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)圖像及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。在通過實(shí)測后我們選用了西門子公司的工業(yè)級MC75iEDGE模塊. 西門子MC75i模塊是一款整合EDGE技術(shù)的GSM模塊，這種模塊能處理高數(shù)據(jù)密集型多媒體設(shè)施，如：下載或分流高數(shù)據(jù)密集型多媒體文件、電子

9、郵件附件交換和高速網(wǎng)絡(luò)接入等，傳輸速度快而且穩(wěn)定。由于它有四頻段功能，所以它能在美國、歐洲、亞洲等現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)使用，保證交流暢通無阻。2) 圖像采集及壓縮模塊。圖像采集及壓縮模塊實(shí)現(xiàn)對模擬攝像頭信號的采集和壓縮。我們在圖像采集和壓縮的設(shè)計(jì)方面考慮使用多通道，接續(xù)多攝想頭的方式，考慮終端盡量小巧，攝像頭采用車載中常用的紅外式攝像頭，這樣既使是夜晚，也能保證采到圖像。圖像采集壓縮板采用成都眾山科技研發(fā)的型號：ZS313。該圖像采集壓縮板已有成熟應(yīng)用，它具有4通道模擬視頻輸入、圖像運(yùn)動(dòng)檢測、圖像字幕疊加、多種監(jiān)控圖像分辨率、多種圖像質(zhì)量等功能。3) 核心處理模塊。它是終端功能的核心部分，負(fù)責(zé)監(jiān)測

10、監(jiān)控傳感器產(chǎn)生的本地觸發(fā)信號或中心的圖像觸發(fā)信號，接收圖像壓縮模塊的圖像數(shù)據(jù)并以文件的方式寫入本地SD卡，然后和監(jiān)控服務(wù)器通信。核心控制單元同時(shí)還對電源、通信模塊、圖像采集壓縮模塊等工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。本終端采用雙CPU方案，一個(gè)CPU負(fù)責(zé)EDGE無線數(shù)據(jù)傳輸，一個(gè)CPU負(fù)責(zé)圖像采集、報(bào)警管理、圖像存儲管理等工作。設(shè)計(jì)中我們采用了三菱公司的16位低功耗高性能處理器M30620。它屬于M16C單片機(jī)家族,M16C單片機(jī)融合了機(jī)遇寄存器型和基于存儲器型兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)類似于RISC的高速處理性能。M16C單片機(jī)具有超低功耗,極強(qiáng)的抗干擾能力和很高的C語言編程效率等特點(diǎn),片內(nèi)集成了10位A

11、/D轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、異步通信通道、定時(shí)器等豐富的周邊功能模塊電路，適合于非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由于設(shè)計(jì)到大量的圖像信息要存儲，終端除內(nèi)置8兆位存儲空間外，主控板我們還采用了SD卡大容量存儲器。SD卡的優(yōu)勢在于高速性、工作環(huán)境、隨機(jī)訪問和低耗電，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各類數(shù)碼產(chǎn)品上。監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)了FAT32標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng),圖像的存儲和傳輸格式采用JPG文件形式存儲在SD卡上。4) 電源模塊。電源模塊包含對100V，220V電源的二次轉(zhuǎn)換變壓器，備用電池的充放電管路，提供攝像機(jī)的DC12V電源，還提供通信模塊，核心處理模塊，圖像壓縮模塊的電源供給。設(shè)計(jì)中一次電源（220V，100V輸入轉(zhuǎn)換部分）我們選

12、用市面上流行的模塊電源，備用電池采用鋰電池，容量大、體積小，并采用限壓限流方式充電，電路簡單可靠，能支持終端運(yùn)行約3個(gè)小時(shí)的時(shí)間。防竊電圖像監(jiān)控終端內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖如下：圖2 防竊電圖像監(jiān)控終端內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖2.2.2 終端硬件功能設(shè)計(jì)1) 支持4路視頻攝像機(jī)接入，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控，內(nèi)置視頻通道切換功能；內(nèi)置JPEG圖像壓縮和遠(yuǎn)程傳輸功能；2) 支持4CIF/VGA/CIF/QCIF格式圖像；3-5秒/幀圖片；支持PP/IP/TCP/UDP/DNS等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持中心為固定IP或動(dòng)態(tài)域名；3) 報(bào)警觸發(fā)方式支持振動(dòng)傳感器觸發(fā)、運(yùn)動(dòng)檢測技術(shù)判斷圖像變化觸發(fā)，觸發(fā)方式可設(shè)置為采用一種方式，也可設(shè)置為組

13、合方式，且當(dāng)觸發(fā)報(bào)警后，每2秒(可設(shè)置)拍攝一次；4）采用紅外攝像頭，保證黑夜也能拍攝到有效的圖像；5）支持多種圖像抓拍啟動(dòng)方式，包括報(bào)警觸發(fā)，中心觸發(fā)；6）支持字幕疊加，可將視頻采集時(shí)間、用戶名稱等信息疊加到圖片上；7）終端具有貯存功能，內(nèi)置8兆位存儲空間，同時(shí)支持大容量外置存儲卡存儲,存儲卡格式支持SD、MicroSD、MiniSD，存儲卡可隨時(shí)更換；8）支持監(jiān)控中心遠(yuǎn)程調(diào)整圖像采集的亮度，對比度和色度；9) 監(jiān)控終端自帶電池，最少能支持終端運(yùn)行3個(gè)小時(shí)的時(shí)間；10) 終端具有自動(dòng)尋址功能，在斷電再加電后能自動(dòng)尋找主站，并能自動(dòng)登陸主站；11) 終端能隨時(shí)響應(yīng)主站的請求；12) 能上報(bào)自身

14、工作狀態(tài)給主站。2.3 監(jiān)控中心管理軟件功能設(shè)計(jì)2.3.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)為滿足無線通信的實(shí)時(shí)性要求,又簡化客戶端維護(hù)工作,監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用C/S+B/S混合應(yīng)用架構(gòu)，Delphi6開發(fā)，使用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫。2.3.2 軟件功能設(shè)計(jì)軟件功能主要有設(shè)備管理，電子地圖，告警管理，系統(tǒng)日志，短信通知，系統(tǒng)設(shè)置等幾大功能模塊組成。1）設(shè)備管理主要包含對終端檔案(設(shè)備編號、安裝戶號、戶名、電表號、安裝卡號、手機(jī)號安裝時(shí)間等等)的新建、修改、刪除、查詢，可實(shí)現(xiàn)與營銷系統(tǒng)接口，輸入戶號后，用戶的其它信息自動(dòng)調(diào)入，以達(dá)到與營銷系統(tǒng)的同步。另外在顯示方式上能按變電站和所屬線路分類下拉顯示。2）報(bào)警管理

15、主要包括實(shí)時(shí)報(bào)警顯示、處理報(bào)警、查詢歷史報(bào)警等。其中處理報(bào)警指報(bào)警信息確認(rèn)，即輸入確認(rèn)狀態(tài)、確認(rèn)結(jié)論（正常、竊電）、確認(rèn)情況（詳細(xì)情況，備注型）、確認(rèn)人等?？赏ㄟ^各種條件查詢報(bào)警記錄，可對報(bào)警進(jìn)行可對報(bào)警信息進(jìn)行注刪、撤消、刪除，支持批量操作。3） 數(shù)據(jù)中心主要是對終端的遠(yuǎn)程管理。包括按通道抓拍現(xiàn)場圖片。顯示底層的終端工作信息，終端在線檢測，遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，遠(yuǎn)程SD卡文件存取、瀏覽等。4）系統(tǒng)日志包括通信記錄及系統(tǒng)日志記錄。對于短信通信記錄，用戶可以根據(jù)日期和接收號碼進(jìn)行查詢，并且可以進(jìn)行記錄的刪除，導(dǎo)出等操作。系統(tǒng)日志主要記錄系統(tǒng)中的一些重要信息，包括系統(tǒng)的登陸、退出、設(shè)備上下線情況以及設(shè)備的

16、定時(shí)探測結(jié)果等。5）系統(tǒng)管理主要包括權(quán)限管理、短信接收人員設(shè)置、數(shù)據(jù)庫參數(shù)設(shè)置等。能根據(jù)人員所在部門不同，授予修改、刪除、查看等不同權(quán)限。6）電子地圖可實(shí)現(xiàn)設(shè)備地理位置的圖形化顯示?？蛇M(jìn)行設(shè)備定位及定位查詢，可方便地放大、縮小、移動(dòng)地圖。另外在告警的時(shí)候，電子地圖會(huì)自動(dòng)進(jìn)行提示，方便告警的處理確認(rèn)等工作。7）web客戶端管理系統(tǒng)的WEB客戶端管理軟件，基于B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，功能上除電子地圖和遠(yuǎn)程終端配置管理的功能外，局域網(wǎng)上的用戶可通過IE瀏覽器查詢報(bào)警信息、填寫處理記錄、查看設(shè)備信息、抓拍現(xiàn)場圖像等。2.3.3 與相關(guān)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)為保證接口數(shù)據(jù)安全及實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)與原有需求側(cè)系統(tǒng)間采用WebSe

17、rvice接口方式獲取電表數(shù)據(jù),進(jìn)行二次告警分析。與原有營銷系統(tǒng)庫采用中間表方式獲取用戶基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并與營銷系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)一致。2.3.4 主要工作流程設(shè)計(jì)（一）防竊電圖像監(jiān)控終端工作流程設(shè)計(jì)防竊電圖像監(jiān)控終端工作流程如下圖：開始傳輸報(bào)警信息到監(jiān)控中心是EDGE數(shù)據(jù)傳輸終端與監(jiān)控中心建立連接檢查工作參數(shù)初始化啟動(dòng)圖像采集壓縮模塊有人觸動(dòng)表箱或斷電嗎？否圖像采集壓縮模塊2秒抓拍1次圖像傳輸前幾次抓拍圖像圖3：防竊電圖像監(jiān)控終端工作流程圖仍有人觸動(dòng)表箱嗎？是結(jié)束存儲圖像數(shù)據(jù)到SD卡存儲器否（二） 監(jiān)控服務(wù)器工作流程設(shè)計(jì)監(jiān)控服務(wù)器初始化及無線圖像裝置登陸處理流程如下圖：開始初始化數(shù)據(jù)庫接口初始化已有需求

18、側(cè)數(shù)據(jù)接口初始化電子地圖監(jiān)聽TCP端口有無線圖像裝置請求登陸嗎？檢查請求登陸的無線圖像裝置的合法性無線圖像裝置是合法的嗎？允許登陸，保持通信連接是是否否圖4：監(jiān)控服務(wù)器初始化及無線圖像裝置登陸工作流程圖3 系統(tǒng)特點(diǎn)3.1 技術(shù)先進(jìn)利用先進(jìn)的EDGE移動(dòng)通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、圖像壓縮技術(shù)及GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對計(jì)量裝置的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控；采用了振動(dòng)傳感器及圖像內(nèi)容變化作為啟動(dòng)圖像抓拍的依據(jù)，對開箱和不開箱竊電均能有效監(jiān)控。且可結(jié)合現(xiàn)場報(bào)警前后電表的數(shù)據(jù)變化情況組合分析，作出二次報(bào)警提示，使報(bào)警更加準(zhǔn)確；最大支持4路模擬視頻信號的A/D采樣，支持圖像通道的自動(dòng)切換，多角度的抓拍避免了死角。3

19、.2 實(shí)用性強(qiáng)系統(tǒng)功耗低，可以常年不間斷運(yùn)行；終端可以通過監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理和設(shè)置，無須到現(xiàn)場人工維護(hù)和操作，大大方便了系統(tǒng)的安裝和維護(hù)；采用紅外攝像頭，保證黑夜也能拍攝到有效的圖像；字幕疊加功能，將視頻采集時(shí)間等信息疊加在圖片上，使事件記錄的清楚明白；短信通知功能，使管理人員能及時(shí)了解報(bào)警的發(fā)生；可以在監(jiān)控中實(shí)時(shí)抓拍現(xiàn)場圖像信息，判斷現(xiàn)場情況；電子地圖功能使圖像報(bào)警和地理位置聯(lián)系起來，方便了使用人員監(jiān)控；支持WEB管理，客戶端實(shí)現(xiàn)免安裝，方便了維護(hù)。3.3 安全性高采用專網(wǎng)方式，保證了信息安全；終端支持大容量外置存儲卡存儲,圖像采用先本地存儲，后傳送的方式，即使由于網(wǎng)絡(luò)信號不好，也不會(huì)造成

20、圖像丟失。終端上線后可通過遠(yuǎn)程讀取的方式將圖像重新取回中心；監(jiān)控終端自帶電池，在停電的情況下也能支持終端運(yùn)行3個(gè)小時(shí)以上；系統(tǒng)有詳盡的日志記錄，保證系統(tǒng)異常有據(jù)可查。3.4 靈活性好終端無線通訊模塊為即插即用型，根據(jù)插入的不同模塊，目前可支持GPRS/EDGE/CDMA無線數(shù)據(jù)通信，實(shí)時(shí)性好, 且組網(wǎng)方便、投資少、易維護(hù)、擴(kuò)展性好；終端在85-265V電壓范圍內(nèi)均可接入，接入靈活；外置攝像頭可根據(jù)現(xiàn)場情況隨意安放并調(diào)整角度，最大限度地滿足監(jiān)控要求。4 應(yīng)用情況及效益分析4.1 系統(tǒng)應(yīng)用情況 防竊電圖像監(jiān)控系統(tǒng)2008年5月開始開發(fā)研制，2008年9月投入試運(yùn)行，首次投運(yùn)1臺終端，第二批投運(yùn)7臺，到2009年2月下旬陸續(xù)安裝到14臺終端。經(jīng)過不斷改造、完善，尤其是第二批終端投運(yùn)后，總體運(yùn)行情況良好，經(jīng)測試，在技術(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)上達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其終端功能完備,性能穩(wěn)定，后臺軟件的操作簡便、界面友好，實(shí)現(xiàn)了竊電及時(shí)報(bào)警以及記錄竊電證據(jù)的效果，滿足了打擊竊電行為、維護(hù)電力企業(yè)利益的需要，顯示出系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。4.2 帶來的效益1）經(jīng)濟(jì)效益。該系統(tǒng)的應(yīng)用方便了用電監(jiān)察工作，為打擊竊電、取得證據(jù)提供了依據(jù)，同時(shí)降低了用電監(jiān)察成本，提高了用電監(jiān)察效率。有了圖像證據(jù)，也減少了竊電處理的難度，加快了處理