海岛远程视频监控及入侵报警介绍.pdf

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1、海岛远程视频监控及入侵报警系统 1.海岛远程视频监控及入侵报警方案介绍 海岛远程视频监控及入侵报警系统方案针对内河岛、海岛、群岛、无人岛屿及其周边海域生态环境监控需求，主要使用超视距、高变倍、高清、透雾、红外热成像、激光夜视、红外测距、昼夜、智能分析识别、自动跟踪、自动报警的高空瞭望多传感器三视窗一体化监控设备，运用云台控制、全天候智能化热感应栅栏成像监控、GIS 地理信息系统及入侵检测预警系统，建立海防监控、渔政管理和海洋灾害天气应急指挥为一体的视频监控系统。实现对上所述环境等的智能监控和海陆间全天候卫星通信，实时掌握海岛渔业船舶动态，在台风灾害天气科学组织搜救，减少渔民伤亡和财产损失，提高

2、渔船突发事件应急处置能力等，对我国近岸及其它开发活动海域的全覆盖、高精度实时全动态监视监测。随着安全信息化发展，传统的监控设备由于监控范围小、解晰度低等问题已经不能满足海岛大面积安全管理的应用需求。近年来由于高解晰度 CCD 成像器件的发展和大变倍镜头的应用，可以实现几倍或几十倍于传统监控设备的观察范围并逐渐得到了用户认可，并逐步开始应用于不同需求行业，如边海防、高速公路铁路、油田防盗、渔政管理等。本公司借鉴国外先进技术，研制的远距离监控系统具有全天候、跟踪速度快、覆盖面广、作用距离远、图像稳定清晰的特点，能为海岛、海面区安全防范提供装备技术上的强力支持。海岛远程视频监控及入侵报警系统是利用现

3、代化的信息技术手段对海岛及周围海域实时安全情况进行监视管理和取证的重要途径，系统建设工作具有四方面重要意义：一是海岛安全监控系统建设将对海岛的安全管理起到积极的辅助作用；二是海岛安全监控系统的使用能够有效减轻海岛安全管理的劳动强度，实现全天候安全值班；三是海岛监控工程的实施将推进我国现代海岛建设，进一步提升海岛管理设施现代化水平；四是海岛监控工程项目实施成功，将起到良好的示范作用，引导各海岛业行政主管部门加强装备力度。海岛远程视频监控及入侵报警系统是采用高空瞭望多传感器三视窗一体化监控设备和先进成熟技术的集成方案，它集成了高性能成像系统和云台控制系统。该系统的前端采集设备安装在海岛，采用光缆或

4、其它通讯线路进行传输，显示录像设备安装在海岛远程监控中心。系统组合采用高解晰度摄像子系统进行观察、搜索监视、跟踪目标，能高效的发现、识别和确认目标。紫光积阳作为激光夜视远距离监控专家，将为您提供专业的解决方案和全套服务。我们不断努力，只为您更满意！2.本方案特点 本方案采用了先进的机械传动技术和计算机图像处理及控制技术，能有效地降低强风对前端设备造成的损伤获得稳定的图像。该系统可以根据用户的要求，灵活选配多种规格的光学镜头、CCD 摄像机、主动激光照明器。系统具有如下特点：采用高端图像传感器和智能图像处理，显著提高产品性能；组合使用多种主被动光学传感器，无论是在晴朗的白天或雾天，都能有效发现、

5、捕获目标；摄像系统采用先进的纳米波透雾技术，在雾天可透雾成像；采用先进的云台内部齿轮箱传动机构，提升抗震性能，图像稳定清晰；采用标准化、模块化设计技术，扩展性好，维修方便；采用“三防”、密封设计技术，利于恶劣环境长期使用；全中文监控控制界面，操作直观方便。3.本方案主要功能 海岛远程视频监控及入侵报警系统的主要功能如下：通过在海岛、周边海域沿海岸线安装的监控设备，实时监控海岛、周边海域安全状况；在监控指挥中心采用视频综合管理软件，实现对全程各监控点多画面实时监控、录像、远程遥控、报警处理和权限分配；有突发事件可以及时调看现场画面并进行实时录像，记录事件发生时间、地点、及时报警联动执法部门进行处

6、理，事后可对事件发生视频资料进行查询分析；1）成像功能 可见光成像系统的彩色模式非常适合天气晴朗、能见度良好的状况下的观察监视识别，黑白模式则具有优良的透雾性能和较高的视频分辨率；2）三维遥控全方位监视，并可实现大倍数变焦 海岛远程监控实例图 该系统操作十分方便。通过软件鼠标点击或三维操纵键盘可以对监控范围内目标进行搜索、观察和监视，对需要重点监视的目标可放大特写、抓拍图片等操作。3）具有良好的长期工作稳定功能 前端采集设备采用一体化安装结构，具有风阻小，抗震、抗风能力强的优点；采用内部齿轮箱传动机构配合减震装置能够有效地降低强风、震动对设备工作的影响，从而保持光电摄像系统的稳定，得到清晰、稳

7、定的图像，而且保证目标图像始终在电视屏幕上而不丢失。4）具有电动变倍、聚焦等光学参数调整功能 可手动控制镜头的变倍、聚焦等操作，实现对目标细致观察和抓拍的需要，配合变速云台实现对不同速度活动目标快速跟踪和放大。5）采用三防处理，密封防水结构，有利于室外环境长期使用。6）具有多画面监控、权限分配、抓图、实时硬盘录像等功能。附录资料：不需要的可以自行删除 永磁同步电机基础知识(一)PMSM 的数学模型 交流电机是一个非线性、强耦合的多变量系统。永磁同步电机的三相绕组分布在定子上，永磁体安装在转子上。在永磁同步电机运行过程中，定子与转子始终处于相对运动状态，永磁体与绕组，绕组与绕组之间相互影响，电磁

8、关系十分复杂，再加上磁路饱和等非线性因素，要建立永磁同步电机精确的数学模型是很困难的。为了简化永磁同步电机的数学模型，我们通常做如下假设：1)忽略电机的磁路饱和，认为磁路是线性的；前端设备现场安装图 2)不考虑涡流和磁滞损耗；3)当定子绕组加上三相对称正弦电流时，气隙中只产生正弦分布的磁势，忽略气隙中的高次谐波；4)驱动开关管和续流二极管为理想元件；5)忽略齿槽、换向过程和电枢反应等影响。永磁同步电机的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和机械运动方程组成，在两相旋转坐标系下的数学模型如下：(l)电机在两相旋转坐标系中的电压方程如下式所示:dds ddcqqqs qqcddiuR iLdtd

9、iuR iLdt 其中，Rs 为定子电阻；ud、uq 分别为 d、q 轴上的两相电压；id、iq分别为 d、q 轴上对应的两相电流；Ld、Lq 分别为直轴电感和交轴电感；c 为电角速度；d、q 分别为直轴磁链和交轴磁链。若要获得三相静止坐标系下的电压方程，则需做两相同步旋转坐标系到三相静止坐标系的变换，如下式所示。cossin222cos()sin()33322cos()sin()33adbqcuuuuu(2)d/q 轴磁链方程：dd dfqq qL iL i 其中，f 为永磁体产生的磁链，为常数，0fre，而crp是机械角速度，p 为同步电机的极对数，c 为电角速度，e0 为空载反电动势，其

10、值为每项绕组反电动势的3倍。(3)转矩方程：32ed qq dTpii 把它带入上式可得:3()233()22ef qdqd qf qdqd qTpiLL i ipip LL i i 对于上式，前一项是定子电流和永磁体产生的转矩，称为永磁转矩；后一项是转 子突极效应引起的转矩，称为磁阻转矩，若 Ld=Lq，则不存在磁阻转矩，此时，转矩方程为：32ef qt qTpik i 这里，tk为转矩常数，32tfkp。(4)机械运动方程：memLdTJBTdt 其中，m是电机转速，LT是负载转矩，J是总转动惯量(包括电机惯量和负载惯量)，B是摩擦系数。(二)直线电机原理 永磁直线同步电机是旋转电机在结构

11、上的一种演变，相当于把旋转电机的定子和动子沿轴向剖开，然后将电机展开成直线，由定子演变而来的一侧称为初级，转子演变而来的一侧称为次级。由此得到了直线电机的定子和动子，图 1 为其转变过程。直线电机不仅在结构上是旋转电机的演变，在工作原理上也与旋转电机类似。在旋转的三相绕组中通入三相正弦交流电后，在旋转电机的气隙中产生旋转气隙磁场，旋转磁场的转速（又叫同步转速）为：60(/min)sfnrp （1-1）其中，f交流电源频率，p电机的极对数。如果用v表示气隙磁场的线速度，则有：22(/)60spvnfmm s （1-2）其中，为极距。当旋转电机展开成直线电机形式以后，如果不考虑铁芯两端开断引起的纵

12、向边端效应，此气隙磁场沿直线运动方向呈正弦分布，当三相交流电随时间变化时，气隙磁场由原来的圆周方向运动变为沿直线方向运动，次级产生的磁场和初级的磁场相互作用从而产生电磁推力。在直线电机当中我们把运动的部分称为动子，对应于旋转电机的转子。这个原理和旋转电机相似，二者的差异是：直线电机的磁场是平移的，而不是旋转的，因此称为行波磁场。这时直线电机的同步速度为 v=2f,旋转电机改变电流方向后，电机的旋转方向发生改变，同样的方法可以使得直线电机做往复运动。NSNSNSNS转矩T推力F定子（初级）转子（次级）图 1 永磁直线同步电机的演变过程 vvs初级次级行波磁场AZBXCYSN 图 2 直线电机的基

13、本工作原理 对永磁同步直线电机，初级由硅钢片沿横向叠压而成，次级也是由硅钢片叠压而成，并且在次级上安装有永磁体。根据初级，次级长度不同，可以分为短初级-长次级结构和长初级-短次级的结构。对于运动部分可以是电机的初级，也可以是电机的次级，要根据实际的情况来确定。基本结构如图 3 所示，永磁同步直线电机的速度等于电机的同步速度：2svvf （1-3）AC-BA-CB-NSd轴q轴 图 3 PMLSM 的基本结构 (三)矢量控制（磁场定向控制技术）矢量控制技术是（磁场定向控制技术）是应用于永磁同步伺服电机的电流（力矩）控制，使得其可以类似于直流电机中的电流（力矩）控制。矢量控制技术是通过坐标变换实现

14、的。坐标变换需要坐标系，变化整个过程给出三个坐标系：1)静止坐标系（a，b，c）：定子三相绕组的轴线分别在此坐标系的 a，b，c 三轴上；2)静止坐标系（，）：在（a，b，c）平面上的静止坐标系，且轴与 a 轴重合，轴绕轴逆时针旋转 90 度；3)旋转坐标系（d,q）:以电源角频率旋转的坐标系。矢量控制技术对电流的控制实际上是对合成定子电流矢量si的控制，但是对合成定子电流矢量si的控制的控制存在以下三个方面的问题：1)si是时变量，如何转换为时不变量？2)如何保证定子磁势和转子磁势之间始终保持垂直？3)si是虚拟量，力矩 T 的控制最终还是要落实到三相电流的控制上，如何实现这个转换？si从静

15、止坐标系（a，b，c）看是以电源角频率旋转的，而从旋转坐标系（d,q）上看是静止的，也就是从时变量转化为时不变量，交流量转化为直流量。所以，通过 Clarke 和 Park 坐标变换（即 3/2 变换），实现了对励磁电流 id 和转矩电流 iq 的解耦。在旋转坐标系（d,q）中，si已经成为了一个标量。令si在 q 轴上（即让 id=0），使转子的磁极在 d 轴上。这样，在旋转坐标系（d,q）中，我们就可以象直流电机一样，通过控制电流来改变电机的转矩。且解决了以上三个问题中的前两个。但是，id、iq 不是真实的物理量，电机的力矩控制最终还是由定子绕组电流 ia、ib、ic（或者定子绕组电压 u

16、a、ub、uc）实现，这就需要进行 Clarke 和 Park 坐标逆变换。且解决了以上三个问题中的第三个。力矩回路控制的实现：PI速度、位置检测3相逆变器pmsmusPIPark逆变换UqPIUdSVPWMPark逆变换Clark变换nrefnfiqrefidref=0iqidiaibUUii 1)图中电流传感器测量出定子绕组电流 ia,ib 作为 clarke 变换的输入，ic 可由三相电流对称关系 ia+ib+ic=0 求出。2)clarke变换的输出i,i，与由编码器测出的转角作为park变换的输入，其输出 id 与 iq 作为电流反馈量与指令电流 idref及 iqref 比较，产生

17、的误差在力矩回路中经 PI 运算后输出电压值 ud,uq。3)再经逆 park 逆变换将这 ud,uq 变换成坐标系中的电压 u,u。4)SVPWM 算法将 u,u转换成逆变器中六个功放管的开关控制信号以产生三相定子绕组电流。(四)电流环控制 交流伺服系统反馈分为电流反馈、速度反馈和位置反馈三个部分。其中电流环的控制是为了保证定子电流对矢量控制指令的准确快速跟踪。电流环是内环，SVPWM 控制算法的实现主要集中在电流环上，电流环性能指标的好坏，特别是动态特性，将全面影响速度、位置环。PI 调节器不同于 P 调节器的特点:1)P 调节器的输出量总是正比于其输入量;2)而 PI 调节器输出量的稳态

18、值与输入无关,而是由它后面环节的需要决定的。后面需要 PI 调节器提供多么大的输出值,它就能提供多少,直到饱和为止。电流环常采用 PI 控制器，目的是把 P 控制器不为 0 的静态偏差变为 0。电流环控制器的作用有以下几个方面：3)内环；在外环调速的过程中，它的作用是使电流紧跟其给定电流值（即外环调节器的输出）；4)对电网电压波动起及时抗干扰作用；5)在转速动态过程中（起动、升降速）中，保证获得电机允许的最大电流-即加速了动态过程；6)过载或者赌转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。电流环的控制指标主要是以跟随性能为主的。在稳态上，要求无静差；在动态上，不允许电枢电流在突加控制作用

19、时有太大的超调，以保证电流电流在动态过程中不超过允许值。双闭环电机调速过程中所希望达到的目标：1)起动过程中:只有电流负反馈,没有转速负反馈。2)达到稳态后:转速负反馈起主导作用;电流负反馈仅为电流随动子系统。双闭环电机具体工作过程：根据检测模块得到的速度值和电流值实现电机转速控制。当测量的实际转速低于设定转速时，速度调节器的积分作用使速度环输出增加，即电流给定上升，并通过电流环调节使 PWM 占空比增加，电动机电流增加，从而使电机获得加速转矩，电机转速上升；当测量的实际转速高于设定转速时，转速调节器速度环的输出减小，电流给定下降，并通过电流环调节使 PWM 占空比减小，电机电流下降，从而使电

20、机因电磁转矩的减小而减速。当转速调节器处于饱和状态时，速度环输出达到限幅值，电流环即以最大限制电流实现电机加速，使电机以最大加速度加速。电流环的主要影响因素有：电流调节器参数、反电动势、电流调节器零点漂移。电流调节器的参数中，比例参数 Kp 越大，动态响应速度越快，同时超调也大，因此，在调节过程中应该根据动态性能指标来选择 Kp；而积分系数 Ti 越大，电流响应稳态精度就越高。(五)弱磁控制 所谓弱磁控制和强磁控制是指通过对电动机或发电机的励磁电流进行的控制。“弱磁”就是励磁电流小于额定励磁电流；“强磁”则是比额定励磁电流大的励磁电流。强磁控制又称为强励控制，主要用在发电机短路保护或欠电压保护

21、方面。当发电机端电压接近于 0 或下降太多，此时需要通过强行励磁，可使发电机的端电压升高，输出电流增大，触发保护装置动作跳闸，实现保护。弱磁控制则主要是电动机进行弱磁调速用，发电机弱磁控制则主要是指由直流发电机-直流电动机构成的 G-M 拖动系统，为了得到软的或下坠的机械特性时才使用。(六)电流传感器 霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。霍尔效应：如图 1 所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直

22、方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压，它们之间的关系为：dIBkUH 式中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。电流传感器：由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。霍尔电流传感器工作原理如图 6 所示，标准圆环铁芯有一个缺口，将霍尔传感器插入缺口中，圆环上绕有线圈，当电流通过线圈时产生磁场，则霍尔传感器有信号输出。