基于物联网的防小动物移动监测技术应用分析

引言

目前,110kV变电站采用无人值班的管理模式,而且无人值班将成为电力企业未来的主要模式。变电站作为电网的重要环节,实现无人值班模式后经常出现小动物特别是啮齿类动物骚扰的问题。小动物的频繁出现,会触发电缆和电线,造成设备短路,甚至引发火灾。因此,小动物防控一直是变电站的重点工作。小动物防控主要采用捕鼠设备（笼子、夹子和鼠药）,但老鼠活动轨迹难以掌握,导致捕鼠效果并不理想。本文提出了基于物联网的小动物移动监测系统,转变以往的被动捕杀方式,监测小动物行动轨迹,并定点设置捕杀陷阱,提高了对鼠害的管理水平,保证了变电站的安全。

1系统设计方案

1.1系统原理

本系统的监测原理如图1所示。

当小动物通过设置装置时,会出现馈线的频率振荡,以此判断老鼠的轨迹,其计算表达式为:

当

时,电流整体比较稳定,系统反馈信号为0值,代表线路中无小鼠通过:当

时,为暂态电流呈现非周期性振荡,并趋于稳定,系统反馈为1值,代表线路中有小鼠通过。假设ic为暂态电容电流,其由暂态自由振荡分量ic振荡和ic稳定分量构成。设置初始时间1=0,说明ic稳定+ic振荡=0,经过拉氏变换等运算,可得如下公式:

式中,wf为系统中频率出现的变动幅度:δ为信号衰减次数:ic为信号衰减周期。

由式（1）可知,在电压为峰值（θ=π/2）时,说明小鼠通过监测点,自由振荡分压幅值最大:当电压值为零值（θ=0）时,说明无小鼠通过,自由振荡分压幅值最小。另外,故障线路越长,暂态电容电流的自由振荡分量幅值越低。

1.2系统主要功能

依据式（1）可知,系统在无小鼠出现时,处于休眠状态,而出现非周期波动后,则启动整个系统,包括实时监控、告警联动、抓拍查询、记录分析、点对点监控和信息分析等,具体内容如下:

（1）实时监控。当小动物入侵系统并触碰捕鼠线后,各个监控点的摄像头开启,并记录周围信息。管理人员通过摄像头发现周围小动物,并记录出现小动物的摄像头编号以及相应的信息。

（2）告警联动。电缆、相关设备均设置警报装置,一旦出现电压和电流变化或温度、湿度变化,就会启动声音警报器,将小动物吓跑,并向服务器传输相应信息,记录小动物频繁出现的设备位置。

（3）抓拍查询。抓拍功能主要采取红外线感应、ZigBee无线传输技术。当

时,红外功能启动。当红外感应到相应移动时,则进行图像抓拍。

（4）记录分析。各个摄像头、感应装置均记录相应的信息,并定时传输给主服务器。主服务器接收到相应信息后进行汇总和分析,生成系统日志,方便后期查找。

（5）点对点监控。系统支持点对点功能,一旦确定小动物的位置,可通过点对点功能进行实时观察,了解小动物的位置、体态和种类,避免误杀国家保护动物。

（6）信息分析。一旦系统出现信息报警,需要进行信息记录和日志生成,方便后期查找和查询,保证监测结果的准确。

（7）自动录像。各个监测点均设置自动录像功能,一旦系统被激活,将进行10s的录像,并将记录结果传输到服务器。

2系统技术要点

该系统设计过程中主要涉及以下几点关键技术,包括移动侦察、移动通信、电力物联网、微信交互等。

2.1移动侦测技术

移动侦测技术属于运动侦测,主要是采取自动报警和监控录像等方式,对小动物进行图像捕捉和声音报警。当

时,图像功能被激活,摄像头对采集的图像进行比对,发现移动物体出现后,进行运动侦测。本系统将无人侦测摄像头设置在电缆场,是因为该层人员无法进行有效探试,又是小型动物经常出没的位置。

2.2移动通信技术

各个摄像头与报警器均配备ZigBee通信模块,实现与主服务器的信息传输。在摄像头侦测到移动物体后,向主服务器和软件平台发送反馈信息,该摄像头的信息将主动弹出,以引起管理者的注意。

2.3电力物联网技术

该系统采用移动物联网技术,分为感知、网络和应用三层,感知层采用红外探测、摄像、声音传输等感知设备,可以为服务器传输更多的信息,帮助管理者得到小动物的行动轨迹。

2.4微信交互技术

该系统与微信平台进行连接,实现系统与移动客户端之间的数据传输,让管理者可以进行实时监控和管理,获得更加全面的小动物移动信息。同时,管理者通过微信等平台,可以实现系统的远程操作和遥控。

3实际应用情况

针对A变电所经常出现的鼠患问题,采取本系统应用程序,并接入网络服务器和微信公众号,以检验小动物行动轨迹预测的准确性。

由图2可知,12:00的误差最大,预测出现误差均值为8.23%,实际控制误差为6.96%:24:00的误差最小,预测出现误差均值为6.76%,实际控制误差为6.24%。整体来说,小动物移动监测的误差范围处于0%～0.3%,无明显的类型差异。因此,仿真数值与实际数值之间基本一致,本文所述系统预测有效。

4结语

系统主要基于物联网技术,通过对小动物行动轨迹的探测,进行实际地点的捕杀设置,旨在提高捕杀效果。同时,系统设定了阈值,当探测器的频率发生非周期性振荡时,则启动整个移动监测系统:各监测摄像头设置红外感应,实现即时抓拍:各感应层设置声音控制、红外感应、摄像头等感应端,可以比较全面地收集信息。控制人员可以通过摄像头观察相应位置的物体移动情况,了解移动物体的种类、体重和外形,有效避免了误杀国家保护动物。通过对本系统的模拟分析可知,小动物移动监测的误差范围处于0%～0.3%,无明显的类型差异。这一结果说明,本系统的预测与实际数值之间基本一致,具有较高的应用价值。