基于ARM的电力站点通信电源监控系统及监控方法与流程

本发明涉及电力行业物联网技术应用领域，具体涉及一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统及监控方法。

背景技术：

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，被看作继计算机、互联网后的第三次信息产业革命，它在工业生产、日常生活中处处嵌入智能，搭建一个可实现交互与反馈的网络环境，实现物与物之间的信息互通。

基于ARM架构的设备广泛覆盖从服务器到嵌入式设备的各类物联网基础设施及智能物件，能普遍满足未来智能电网和物联网时代的各类应用。未来基于ARM架构的服务器和嵌入式设备会借助低功耗、稳定、廉价、配置灵活的优势，借助物联网时代的碎片化接入特征，向传统的x86架构系统发起冲击。

面对物联网时代的各类应用，国网公司在智能电网、智慧城市、智能家居等领域具有多样化需求，典型应用场景包括对设备环境及运行状态信息进行实时监测和预警诊断、对输电线路上重要电力设施侵害行为进行有效分类和区域定位、对电动汽车及其充电网络进行智能化管理等。国网公司在信息通信系统上有得天独厚的技术优势，同时具有高端信息系统和独立的通信网络，为各类具有前瞻性的信息通信新技术研究及投运提供得天独厚的条件。

电力系统各电压等级变电站、开关站的通信电源故障，会造成SDH、PCM等通信设备失电，调度数据网、视频会议、EPON网管通道、内线及远动通道等重要业务中断的严重后果。目前主要依靠设备网管监控站点SDH及PCM设备运行状态、配合运检人员现场查看的方法判断通信电源的运行状况，故障排查效率不高，人力成本耗费较大。部署一种直接对站点通信电源运行状况进行图像及视频采集的系统，可使工作人员及时掌握到站点现场通信电源的真实运行情况，提升故障排查效率，以便更科学迅速地制定抢修策略。

技术实现要素：

本发明提供一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统及监控方法，提升电力通信设备故障排查效率，加强对监控数据的备份，降低成本、部署灵活、智能性强。

为实现上述目的，本发明公开了一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统，其特点是，该监控系统包含：

受控设备，其采集通信电源的图像信息；

控制模块，其通信连接受控设备，周期性接收图像信息进行识别，当判断图像信息中通信电源运行异常或周期性接收的图像信息发生差异时，将图像信息上传；

通信电源监控终端，其通过网络通信连接控制模块，接收控制模块上传的图像信息进行显示；

存储服务器，其通过网络通信连接控制模块，接收控制模块上传的图像信息。

上述受控设备和控制模块设置于任意朝向受监控的通信电源所在机柜的面上，受控设备的图像采集结构对准通信电源的信息显示屏和/或状态指示灯。

上述受控设备和控制模块设置于受监控的通信电源所在机柜的机柜门内侧，受控设备的图像采集结构对准通信电源的信息显示屏和/或状态指示灯。

上述控制模块采用ARM核心控制器。

上述控制模块与受控设备之间USB数据线或HDMI连接线通信连接。

上述控制模块通过以太网线接入变电站SDH设备以太网业务板，通过电力通信专网通信连接通信电源监控终端和存储服务器。

一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统的监控方法，其特点是，该监控方法包含：

控制模块接收受控设备采集的受监控通信电源的当前图像信息；

当控制模块判断当前图像信息与之前图像信息发生差异，则对图像信息进行图像识别；

当控制模块根据图像识别判断受监控通信电源运行状态发生异常，则向受控设备要求实时视频流上传至通信电源监控终端，并从实时视频流周期性截取静态图像传送至存储服务器存储备份。

上述控制模块判断当前图像信息与之前图像信息发生差异，则从图像信息中截取静态图像上传至存储服务器存储备份。

上述控制模块在接收到t时刻的静态图像数据P_t时，与缓存的t-T时刻图像数据P_t-T进行相似度计算，得到相关系数ρt，若ρt<ρ0，ρ0为预设的相似度阈值，则认定当前图像信息与之前图像信息发生差异。

上述通信电源运行状态的判断方法包含：

控制模块进行图像识别，得到表征交流输入电压、母线直流电压、母线直流电流值的浮点型数据，以及表征监控模块指示灯状态的布尔型数据；

控制模块内预设交流电压正常范围的上门限Vc1、下门限Vc2、直流电压正常范围的上门限Vt1、下门限Vt2、直流电流正常范围的上门限It1、下门限It2，实际交流电压值表示为Voc、直流电压值表示为Vot、实际直流电流值表示为Iot，第i个指示灯的状态表示为Si；

当判断电压值、电流值、指示灯状态满足以下条件：Vc2> Voc > Vc1，Vt2>Vot> Vt1，It2>Iot>It1，Si显示为错误，控制模块判断当前通信电源运行状态异常。

本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统及监控方法和现有技术相比，其优点在于，本发明解决了电力系统各电压等级变电站、开关站通信电源运行状况难以直接进行监控的问题，提高故障排查效率，加强对监控数据的备份，节省人力成本；

本发明基于轻量级ARM架构小型设备对系统进行整体设计，成本低，部署灵活，业务扩展性强。

附图说明

图1为本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统的示意图；

图2为本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统的布置方式的实施例一的示意图；

图3为本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统的布置方式的实施例二的示意图；

图4为本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统的监控方法的实施例一的流程图；

图5为控制模块周期性存储备份静态图像数据的方法流程图；

图6为本发明基于ARM的电力站点通信电源监控系统的监控方法的实施例二的方法流程图；

图7为通信电源运行状况异常时调用实时视频流的方法流程图；

图8为通信电源监控终端主要功能区定义示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，为一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统的实施例，该监控系统包含：受控设备101、控制模块102、通信电源监控终端103和存储服务器104。

受控设备101用于采集通信电源及其机柜所在环境的图像信息，图像信息采用周期性采集的静态图像数据或动态的视频数据。

控制模块102采用ARM核心控制器，其通过USB数据线或HDMI连接线通信连接受控设备101，并且通过以太网线接入变电站SDH设备以太网业务板通过电力通信专网通信连接通信电源监控终端103和存储服务器104。控制模块102用于周期性接收图像信息进行图像识别，当从图像信息中判断通信电源运行异常时向受控设备要求实时视频流上传至通信电源监控终端103，并从图像信息截取静态图像传送至存储服务器104存储备份；或当判断图像信息发生差异时从实时视频流周期性截取静态图像传送至存储服务器104存储备份。

通信电源监控终端103通过电力通信网通信连接控制模块102，接收控制模块102上传的实时视频流进行显示。

存储服务器104通过电力通信网通信连接控制模块102和通信电源监控终端103，接收控制模块102上传的静态图像进行存储备份。

实际运用中，每个含有通信电源的变电站通信机房或开关站通信机房均部署一个控制模块102、若干个通信连接控制模块102的受控设备101（N为不小于1的正整数）。整个监控系统含有一个存储服务器104和一个通信电源监控终端103。

监控系统为每个站点的控制模块102配置一个ip地址，图像和视频流的传输采用http协议。监控系统通信以G.652光纤作为物理传输载体，并为通信电源监控终端103开通专用业务通道。

如图2所示，为基于ARM的电力站点通信电源监控系统的设置方式的实施例一。本实施例中，为监控位于玻璃门机柜和/或网孔门的机柜204（即受监控通信电源所在机柜204）内的通信电源设置了控制模块202及受控设备201。

对于玻璃门机柜和/或网孔门机柜204，控制模块202布置在该受监控通信电源所在机柜204对面的任一机柜上，通过以太网线208接入站内交换机203。布线从控制模块202所在机柜侧边引入地板206下，到达交换机203所在机柜位置后从地板206下引出。

本实施例中，受控设备201使用可调整镜头角度的VLC接口摄像头，通过USB数据线207及延长线与控制模块202相连，布置在所监控通信电源的机柜204正对面机柜的顶部，调整受控设备201的摄像头角度，保证摄像头采集的图像中心对准受监控通信电源的通信电源信息显示屏205和/或状态指示灯中心区域，确保实时监测通信电源。

如图3所示，为基于ARM的电力站点通信电源监控系统的设置方式的实施例二，具体是为监控位于全封闭门机柜304内的通信电源部署控制模块302及受控设备301。

对于全封闭门机柜304，控制模块302布置在全封闭门机柜304内部，通过以太网线308接入站内交换机303的以太网业务版；布线沿304内侧引入地板306下，到达交换机303所在机柜位置后从地板306下引出。

优选地，对于全封闭门机柜304，受控设备301使用小型CSI接口广角鱼眼摄像头，通过短距离HDMI连接线307与控制模块302相连，布置在全封闭门机柜304的全封闭门的内侧，同时与通信电源显示屏305及监控模块指示灯中心位置水平等高，确保实时监测通信电源。

如图4所示，为本发明一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统的监控方法的实施例一，该监控方法具体包含以下步骤：

S1.1、受控设备采集受监控通信电源的当前图像信息，并上传至控制模块。

S1.2、控制模块接收受控设备采集的受监控通信电源的当前图像信息，判断当前图像信息与之前图像信息是否发生差异，若否则跳转到S1.2，若是则跳转到S1.3。

S1.3、控制模块判断当前图像信息与之前图像信息发生的差异是否超过预设相似度阈值，若是则将通信电源的静态图像数据进行存储备份，若否则跳转到S1.2。

如图5所示，为控制模块周期性存储备份静态图像数据的方法流程，其中左边栏为控制模块的流程，中间栏为控制模块的流程，右边栏为存储服务器的流程，具体包含以下方法：

a）控制模块从受控设备处以周期T获取图像信息，图像信息为静态图像数据或动态视频数据。

b）控制模块判断当前图像信息与之前图像信息的差异度。

控制模块缓存当前时刻t接收到的图像Pt及前n（n≥1）个时刻接收的图像序列{P1, P2, …, Pn}，计算图像序列{P[n/2]+1, P[n/2]+2, …, Pn, Pt}的平均值Qt、图像序列{P1, P2, …, P[n/2]}的平均值Qt’、及Qt与Qt’的相关性Rt。

在控制模块内预设相似度阈值R（0≤R≤1），则当Rt满足：0≤Rt≤R时；控制模块判断当前(n-[n/2]+1)个图像与之前([n/2])个图像的差异超过预设相似度阈值，需要向存储服务器进行备份。若不满足则跳转到S1.2。

c）控制模块将当前图像Pt及相关参数发送至存储服务器进行存储备份。随图像发送的参数包括：站点名称、获取图像时间、图像尺寸、图像分辨率、曝光强度等。实际操作中，控制模块由图像信息中截取静态图像数据发送至存储服务器进行存储。

如图6所示，为本发明一种基于ARM的电力站点通信电源监控系统的监控方法的实施例二，该监控方法具体包含以下步骤：

S2.1、受控设备采集受监控通信电源的当前图像信息，并上传至控制模块。当前图像信息为静态图像信息。

S2.2、控制模块接收受控设备采集的受监控通信电源的当前图像信息，判断当前图像信息与之前图像信息是否发生差异，若否则跳转到S2.2，若是则跳转到S2.3。

S2.3、控制模块判断当前图像信息与之前图像信息发生的差异是否超过预设相似度阈值。

如图7所示，为通信电源运行状况异常时调用实时视频流的方法流程，其中有四栏为表示由那个设备进行运作，从左至右分别是受控设备、控制模块、通信电源监控终端和存储服务器。具体包含以下步骤：

d）控制模块在接收到t时刻的当前图像信息P_t时，与缓存的t-T时刻图像数据P_t-T进行相似度计算，得到相关系数ρt。若ρt<ρ0，ρ0为预设的相似度阈值，则认定当前图像信息与之前图像信息发生差异。

S2.4、控制模块根据当前图像信息判断当前受监控通信电源运行是否发生异常，具体包含：

e）对于ρt<ρ0的P_t，对当前图像信息进行图像识别，得到表征交流输入电压、母线直流电压、母线直流电流值的浮点型数据，以及表征监控模块指示灯状态的布尔型数据。

f）在控制模块内预设交流电压正常范围的上门限Vc1、下门限Vc2，直流电压正常范围的上门限Vt1、下门限Vt2，直流电流正常范围的上门限It1、下门限It2，实际交流电压值表示为Voc，直流电压值表示为Vot，实际直流电流值表示为Iot，第i个指示灯的状态表示为Si。

g）控制模块判断电压值、电流值、指示灯状态是否满足以下条件：(Voc>Vc1) || (Voc<Vc2) || (Vot>Vt1) || (Vt<Vt2) || (Iot>It1) || (Iot<It2) || (Si==False)（即Vc2> Voc > Vc1，Vt2>Vot> Vt1，It2>Iot>It1，Si显示为错误），若是，则控制模块判断当前通信电源运行状态异常，跳转到S2.5。若否则跳转到S2.2。

S2.5、控制模块判断此时通信电源运行状态异常，向通信电源监控终端发送告警指示，并要求受控设备开始采集通信电源实时视频流数据。

S2.6、控制模块在接收到受控设备的实时视频流数据后，将实时视频流数据通过http协议发送至通信电源监控终端进行显示。同时以周期T周期性的从视频流中截取静态图像，将静态图像及相关参数发送至存储服务器进行存储备份。

如图8所示，为一种基于ARM的电力系统通信机房图形视频监控系统定义通信电源监控终端的主要功能区，包括告警区、登录区、查看区、搜索区、管理区。

优选地，通信电源监控终端的告警区可显示由控制模块在异常情况下上报的告警信息，包括站点名、告警种类等。登录区可通过设置账户登录行为来区分不同账户的权限。已登录账户可通过切换账户或注销行为来更换权限或退出登录。查看区可以分别查看由存储服务器备份的静态图像及受控设备实时调用的视频流数据。搜索区可通过输入站点名和备份时间段，调用存储服务器备份的图像序列，并在显示区轮播显示；可通过输入站点名，实时调用制定站点的视频流数据，并在显示区实时显示。管理区可分别对特定站点受控设备的采集图像周期、图像分辨率、图像尺寸、视频帧速，以及控制模块的相似度阈值、交流电压上下门限、直流电压上下门限、直流电流上下门限等参数进行显示和管理。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。