基于物聯(lián)網(wǎng)的防小動物移動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用分析

引言

目前,110kV變電站采用無人值班的管理模式,而且無人值班將成為電力企業(yè)未來的主要模式。變電站作為電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),實現(xiàn)無人值班模式后經(jīng)常出現(xiàn)小動物特別是嚙齒類動物騷擾的問題。小動物的頻繁出現(xiàn),會觸發(fā)電纜和電線,造成設(shè)備短路,甚至引發(fā)火災(zāi)。因此,小動物防控一直是變電站的重點工作。小動物防控主要采用捕鼠設(shè)備（籠子、夾子和鼠藥）,但老鼠活動軌跡難以掌握,導(dǎo)致捕鼠效果并不理想。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的小動物移動監(jiān)測系統(tǒng),轉(zhuǎn)變以往的被動捕殺方式,監(jiān)測小動物行動軌跡,并定點設(shè)置捕殺陷阱,提高了對鼠害的管理水平,保證了變電站的安全。

1系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)的監(jiān)測原理如圖1所示。

當(dāng)小動物通過設(shè)置裝置時,會出現(xiàn)饋線的頻率振蕩,以此判斷老鼠的軌跡,其計算表達(dá)式為:

當(dāng)

時,電流整體比較穩(wěn)定,系統(tǒng)反饋信號為0值,代表線路中無小鼠通過:當(dāng)

時,為暫態(tài)電流呈現(xiàn)非周期性振蕩,并趨于穩(wěn)定,系統(tǒng)反饋為1值,代表線路中有小鼠通過。假設(shè)ic為暫態(tài)電容電流,其由暫態(tài)自由振蕩分量ic振蕩和ic穩(wěn)定分量構(gòu)成。設(shè)置初始時間1=0,說明ic穩(wěn)定+ic振蕩=0,經(jīng)過拉氏變換等運算,可得如下公式:

式中,wf為系統(tǒng)中頻率出現(xiàn)的變動幅度:δ為信號衰減次數(shù):ic為信號衰減周期。

由式（1）可知,在電壓為峰值（θ=π/2）時,說明小鼠通過監(jiān)測點,自由振蕩分壓幅值最大:當(dāng)電壓值為零值（θ=0）時,說明無小鼠通過,自由振蕩分壓幅值最小。另外,故障線路越長,暫態(tài)電容電流的自由振蕩分量幅值越低。

1.2系統(tǒng)主要功能

依據(jù)式（1）可知,系統(tǒng)在無小鼠出現(xiàn)時,處于休眠狀態(tài),而出現(xiàn)非周期波動后,則啟動整個系統(tǒng),包括實時監(jiān)控、告警聯(lián)動、抓拍查詢、記錄分析、點對點監(jiān)控和信息分析等,具體內(nèi)容如下:

（1）實時監(jiān)控。當(dāng)小動物入侵系統(tǒng)并觸碰捕鼠線后,各個監(jiān)控點的攝像頭開啟,并記錄周圍信息。管理人員通過攝像頭發(fā)現(xiàn)周圍小動物,并記錄出現(xiàn)小動物的攝像頭編號以及相應(yīng)的信息。

（2）告警聯(lián)動。電纜、相關(guān)設(shè)備均設(shè)置警報裝置,一旦出現(xiàn)電壓和電流變化或溫度、濕度變化,就會啟動聲音警報器,將小動物嚇跑,并向服務(wù)器傳輸相應(yīng)信息,記錄小動物頻繁出現(xiàn)的設(shè)備位置。

（3）抓拍查詢。抓拍功能主要采取紅外線感應(yīng)、ZigBee無線傳輸技術(shù)。當(dāng)

時,紅外功能啟動。當(dāng)紅外感應(yīng)到相應(yīng)移動時,則進(jìn)行圖像抓拍。

（4）記錄分析。各個攝像頭、感應(yīng)裝置均記錄相應(yīng)的信息,并定時傳輸給主服務(wù)器。主服務(wù)器接收到相應(yīng)信息后進(jìn)行匯總和分析,生成系統(tǒng)日志,方便后期查找。

（5）點對點監(jiān)控。系統(tǒng)支持點對點功能,一旦確定小動物的位置,可通過點對點功能進(jìn)行實時觀察,了解小動物的位置、體態(tài)和種類,避免誤殺國家保護(hù)動物。

（6）信息分析。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)信息報警,需要進(jìn)行信息記錄和日志生成,方便后期查找和查詢,保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確。

（7）自動錄像。各個監(jiān)測點均設(shè)置自動錄像功能,一旦系統(tǒng)被激活,將進(jìn)行10s的錄像,并將記錄結(jié)果傳輸?shù)椒?wù)器。

2系統(tǒng)技術(shù)要點

該系統(tǒng)設(shè)計過程中主要涉及以下幾點關(guān)鍵技術(shù),包括移動偵察、移動通信、電力物聯(lián)網(wǎng)、微信交互等。

2.1移動偵測技術(shù)

移動偵測技術(shù)屬于運動偵測,主要是采取自動報警和監(jiān)控錄像等方式,對小動物進(jìn)行圖像捕捉和聲音報警。當(dāng)

時,圖像功能被激活,攝像頭對采集的圖像進(jìn)行比對,發(fā)現(xiàn)移動物體出現(xiàn)后,進(jìn)行運動偵測。本系統(tǒng)將無人偵測攝像頭設(shè)置在電纜場,是因為該層人員無法進(jìn)行有效探試,又是小型動物經(jīng)常出沒的位置。

2.2移動通信技術(shù)

各個攝像頭與報警器均配備ZigBee通信模塊,實現(xiàn)與主服務(wù)器的信息傳輸。在攝像頭偵測到移動物體后,向主服務(wù)器和軟件平臺發(fā)送反饋信息,該攝像頭的信息將主動彈出,以引起管理者的注意。

2.3電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

該系統(tǒng)采用移動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),分為感知、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用三層,感知層采用紅外探測、攝像、聲音傳輸?shù)雀兄O(shè)備,可以為服務(wù)器傳輸更多的信息,幫助管理者得到小動物的行動軌跡。

2.4微信交互技術(shù)

該系統(tǒng)與微信平臺進(jìn)行連接,實現(xiàn)系統(tǒng)與移動客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸,讓管理者可以進(jìn)行實時監(jiān)控和管理,獲得更加全面的小動物移動信息。同時,管理者通過微信等平臺,可以實現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作和遙控。

3實際應(yīng)用情況

針對A變電所經(jīng)常出現(xiàn)的鼠患問題,采取本系統(tǒng)應(yīng)用程序,并接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和微信公眾號,以檢驗小動物行動軌跡預(yù)測的準(zhǔn)確性。

由圖2可知,12:00的誤差最大,預(yù)測出現(xiàn)誤差均值為8.23%,實際控制誤差為6.96%:24:00的誤差最小,預(yù)測出現(xiàn)誤差均值為6.76%,實際控制誤差為6.24%。整體來說,小動物移動監(jiān)測的誤差范圍處于0%～0.3%,無明顯的類型差異。因此,仿真數(shù)值與實際數(shù)值之間基本一致,本文所述系統(tǒng)預(yù)測有效。

4結(jié)語

系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過對小動物行動軌跡的探測,進(jìn)行實際地點的捕殺設(shè)置,旨在提高捕殺效果。同時,系統(tǒng)設(shè)定了閾值,當(dāng)探測器的頻率發(fā)生非周期性振蕩時,則啟動整個移動監(jiān)測系統(tǒng):各監(jiān)測攝像頭設(shè)置紅外感應(yīng),實現(xiàn)即時抓拍:各感應(yīng)層設(shè)置聲音控制、紅外感應(yīng)、攝像頭等感應(yīng)端,可以比較全面地收集信息?？刂迫藛T可以通過攝像頭觀察相應(yīng)位置的物體移動情況,了解移動物體的種類、體重和外形,有效避免了誤殺國家保護(hù)動物。通過對本系統(tǒng)的模擬分析可知,小動物移動監(jiān)測的誤差范圍處于0%～0.3%,無明顯的類型差異。這一結(jié)果說明,本系統(tǒng)的預(yù)測與實際數(shù)值之間基本一致,具有較高的應(yīng)用價值。