广东电网有限责任公司阳江供电局 冯 翊

在电力机组设备当中，各个设置的主要功能是实现对电压的转换；对电力资源的合理分配；对电力流通方向的确定等。通过电力装置与变压器装置的连接，能够实现对各个不同层级之间电压的联系，从而构建一个完整的电网结构。当前，变电站的建设位置主要以偏远的山区为主，这一区域内人群的密集度相对较低，但同时也为小动物的生长提供了良好的环境[1]。蛇、老鼠等小动物经常出现在变电站当中，在一定程度上增加电力系统的运行负担，还会造成电力事故发生概率的提升。尽管当前电力企业针对这一问题，投入了大量的人力和物力，但整治效果依然没有达到预期标准，并且小动物的活动范围也没有得到有效控制。尽管当前捕鼠笼、捕鼠板等装置能够发挥一定效用，但由于存在较大的随机性，因此无法实现为电力系统的安全运行提供保障条件的目标。并且，配电网施工涉及的设备和器件种类众多，工序也较为复杂。在施工过程中会出现很多隐蔽工程，这些隐蔽过程一旦出现质量问题，便会引发大规模返工，造成重大损失，甚至酿成事故。为了防止小动物进入配电室对电力系统与电力工程施工造成影响，本文在此次研究中，将引进红外探测技术，设计一种针对电缆沟小动物的报警监测系统，解决目前电力防护手段比较被动的问题，降低并缓解电力巡查人员在工作中的负担。

1 硬件设计

为了实现对电缆沟中小动物的有效预警，需要将传统的“被动防御”转变为“主动预测”，本文系统由主控制器作为支撑，当电缆沟有入侵事件发生，系统将通过信号传递的方式进行前端预警[2]。系统硬件结构图如图1所示。

图1 电缆沟小动物报警监测系统硬件结构

根据上述图1中内容可知，本文设计的小动物监控报警系统由控制端、主控制器、MCU、接收终端设备、无线通信装置构成。系统主控制器的型号为STM32F103，当采集装置获取到由前端传递的红外探测信号，通信装置将进行信号的传输，并触发系统的预警端口。小动物入侵检测是通过微控制器采集和处理红外感应装置采集到发出的红外线实现的，装置的有效感应范围为8.0cm（±2.0cm）；工作电压为12.0/24.0（V），属于分控双门控，产品经过CE认证，符合本文系统实际应用需求。

2 软件设计

2.1 电缆沟中小动物的智能识别与信息验收

完成系统硬件设备的选择后，下述将进行系统软件功能的开发，在设计系统前，需要采集大量电缆沟及其围护结构图片，构建数据库，对不同的设施标识设计不同的图像识别分析算法，利用算法对现场拍摄的电缆沟图片进行识别，并比较是否存在异常。具体实施方案分为以下三方面，其一，拟采用手持式、低成本的智能图像采集终端，近距离拍摄电缆沟位置与角度，保证图像质量。其二，针对多种候选的机器视觉识别算法，利用前期采集并标记好的电缆沟图像对算法进行训练并比较，选择合适运用于电缆沟小动物识别的算法，进行现场监测部署。其三，将电缆沟作业现场拍摄的图片，进行网络传输，对传输结果进行判断，以此给定验收依据，实现对电缆沟中小动物的智能识别与信息验收。

针对Web端和Android终端，可使用HTML和Java语言进行识别信息编写，根据电缆沟作业工序框架进行结构设计，实现施工过程的全方位把控。

2.2 PIR红外感应与彩信报警流程设计

为了保证采集信号在传输中的准确性和高效率性，在发送报警信号时，采用微控制器每隔一定的时间（大约200.0ms）进行一次信息的采集，由ADC进行采集信息的转换，为了使采集到的信息更加准确，连续采集五次，和设定值进行比较（超过设定值表示响应信号）。如果五个值中有3个不小于设定值，则表示有侵入事件，此时系统的微控制器通过感应装置进行信号的串口传输，以此向模块发送相关AT指令来实现报警[3]。下述给出检测入侵单循环流程（图2），假定在此过程中监测到电缆沟存在小动物入侵现象，系统将进入处理程序，由微控制器发送一系列AT指令，进行小动物报警，否则进入下一次循环，继续检测。

图2 PIR红外感应流程图

当微处理器检测到的信息确定有入侵事件发生时，由微控制器通过UART2串口向无线通讯模块发送一系列指令：进行图像采集，将获取的图像传输到终端显示屏，实现彩信报警；用户通过发送短消息给无线通讯模块，用户主动查看现场情况，通信端在接收信息后，进行图片与信息的解析，并传递给微处理器，重复上面的过程，即可完成主动查看现场的功能[4]。拍照时通过发送AT指令对图像处理模组进行配置，进行配置图像传感器图片大小的设置，在拍照前，根据当前的环境调节亮度、饱和度和对比度，发送AT指令控制拍照和存储。默认情况下，存储在图像模组的SRAM中，由于自带的内存很小，一般会把图片存储到外接的TF卡中。在此基础上，通过发送AT指令设置无线通讯的中心地址，设置所要接收彩信的手机号码或邮箱地址，设置发送彩信的标题，将所拍的照片作为附件发送到所设置的地址。发送彩信流程图如图3所示（以上设置，如果成功则会返回OK，否则根据返回给微控制器的信息进行处理）。

图3 发送彩信报警流程

按照上述流程，进行系统报警信息的传递，以此种方式，实现对电缆沟小动物的有效监视，确保现场作业人员可以迅速有效地驱赶小动物，及时告警，防止事故发生[5]。

3 对比实验

上文从硬件与软件两个方面，完成了对电缆沟小动物报警监测系统的开发与设计，为了证明此系统在实际应用中可以达到既定的效果，采用设计对比实验的方式，进行系统可靠性的检验。实验选择某配电站作为参与单位，选择基于NB-IoT技术的电缆沟小动物报警监测系统作为对照组。完成实验对象的选择后，对系统进行安装，将本文系统中的红外探测器安装在距离地面2.0m左右的位置，实验环境设置为常规环境，模拟本文系统与传统系统的运行环境，对系统运行可行性进行分析，确保系统在常规条件下可稳定运行后，执行对比实验。

实验中，将系统的预警端与显示端进行对接，使用感应器获取本文系统的PIR红外信号与传统系统的物联网信号，当识别到某区域存在信号剧烈波动时，证明此区域可能存在小动物。此次实验中的电缆沟长度为50.0m，模拟小动物在电缆沟15.0m、28.0m、47.0m位置经过，使用两种系统对电缆沟此时的状态信号进行获取。将获取后的PIR红外信号与物联网信号波动情况绘制成图像，如图4所示。

图4 系统有效报警监测范围对比结果

从图4所示的实验结果中可以看出，本文系统的预警信号共经历了三次波动，结合图示可知，本文系统监测到电缆沟13.0m～18.0m、25.0m～30.0m、39.0m～50.0m位置处存在异常，即在对应的三个电缆沟区段中可能存在小动物，与上文提出的小动物在电缆沟15.0m、28.0m、47.0m位置经过匹配。传统系统监测到电缆沟13.0m～18.0m、25.0m～30.0m位置处存在异常，即在对应的两个电缆沟区段中可能存在小动物。但传统系统未能有效监测到39.0m～50.0m位置的异常，证明传统系统的监测预警范围有限。综上所述，得出此次对比实验的结论：相比基于NB-IoT技术的电缆沟小动物报警监测系统，本文设计的基于红外探测技术的电缆沟小动物报警监测系统，在实际应用中的有效报警监测距离较远，可实现50.0m甚至更远距离的小动物监测。

综上，本文从电缆沟中小动物的智能识别与信息验收、PIR红外感应与彩信报警流程两个方面，对基于红外探测技术的电缆沟小动物报警监测系统展开了设计研究，完成设计后，通过实验证明了此系统在实际应用中可以实现对电缆沟中小动物的监测预警，并且相比传统系统，本文系统可实现对50.0m甚至更远距离小动物的监测。在后续的研究中，可将本文系统尝试应用到电缆夹层、电缆竖井内巡查与监视中，避免小动物进入开关柜，对设备的安全运行造成危害。本项目的开发，使管控人员远程、分析研判、监控预警、在线监测、运维管理等工作的实施更加科学，通过对传感器数据的接入分析，能够在有轻微异常的状态下及时发出告警信息，缓解现场巡查人员的工作负担，大范围缩减巡检人力成本。