摘 要：保證高壓輸電線路的安全可靠運行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要任務(wù)，近年城市建設(shè)高速發(fā)展，高壓線路下方的高架、道路、建筑施工、民房拆遷每年呈倍數(shù)增長，輸電線路外力破壞事故頻發(fā)，對電網(wǎng)安全運行、人民生命財產(chǎn)造成極大威脅，與此同時，線路沿線環(huán)境日趨復(fù)雜，線路巡視維護(hù)工作量越來越大，針對這些問題文章深入研究，采用分布式智能視頻監(jiān)測系統(tǒng)對桿身、巡視通道進(jìn)行全天候監(jiān)測，從監(jiān)控實用化、通信實用化、電源管理實用化多個角度提高視頻監(jiān)控可靠性、通信可靠性、電源可靠性，實現(xiàn)現(xiàn)場視頻圖像和視頻的本地實時處理，實現(xiàn)輸電線路的可視可控。

關(guān)鍵詞： 嵌入式遠(yuǎn)程可視監(jiān)控系統(tǒng)； 防外破； 輸電線路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.170

0 引言

輸電線路是電網(wǎng)的主動脈，數(shù)千公里的輸電線路不可避免的受到自然環(huán)境和人為因素的雙重影響，作為“六防”工作的首要問題，對于重要通道及“三跨”的維護(hù)，提升輸電線路的安全運行水平，抵御自然災(zāi)害和人為損壞一直是電網(wǎng)安全的重中之重。輸電線路外力破壞主要有毀壞線路設(shè)備、偷盜線路器材、或不清楚電力線路的安全距離，直接威脅到電力設(shè)施安全，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致倒塔、斷線，一方面高壓輸電線路多數(shù)地處山嶺、溝壑、農(nóng)田中， 惡劣復(fù)雜的運行環(huán)境、裸露的導(dǎo)線，加之人為野蠻施工，加大了運行維護(hù)難度， 另一方面城市建設(shè)的飛速發(fā)展在線路附近施工，對線路造成極大的安全隱患，此時采用現(xiàn)代科技對龐大的供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時監(jiān)測，借助無線網(wǎng)絡(luò)和太陽能等新技術(shù)來做到可控在控，這也是智能電網(wǎng)未來趨勢。

公司組織研發(fā)的這一套適用于高壓輸電線路運行維護(hù)的遠(yuǎn)程可視監(jiān)控系統(tǒng)，能對輸電線路保護(hù)區(qū)環(huán)境等參數(shù)進(jìn)行全天候監(jiān)測，監(jiān)控有效、操作簡便，在使用的過程中根據(jù)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，目前這套系統(tǒng)進(jìn)一步更新升級，增加了智能化圖像分析偵測，進(jìn)一步提高了監(jiān)控效率，對線路的可靠性。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 功能需求分析

目前對高壓輸電線路的運維工作主要依靠人工完成，以跟有關(guān)的施工單位或個人對接，發(fā)放宣傳材料、簽訂安全協(xié)議、下發(fā)消除隱患告知書、懸掛安全告知警示標(biāo)志等方式，巡視人員每月要完成月度的定期巡視和消缺任務(wù)，不可能全天候監(jiān)測線路桿塔的安全運行，很難對出現(xiàn)在線路保護(hù)區(qū)內(nèi)的缺陷、隱患即時上報，提出預(yù)警和告警，遠(yuǎn)程監(jiān)控能有效的提高線路巡視效率，運維人員可以遠(yuǎn)程查看線路的實時運行圖像，同步傳輸現(xiàn)場信息參數(shù)，即時安排消缺工作，將缺陷隱患消滅在初期狀態(tài)，可以有效的減少導(dǎo)線覆冰、火災(zāi)、導(dǎo)線舞動、通道超高樹木、導(dǎo)地線防振錘懸掛異物、線路“三跨”保護(hù)區(qū)內(nèi)建筑、道路施工、臨時吊裝、塔材被盜等因素引起的跳閘事故。

1.2 性能需求分析

從現(xiàn)場桿塔安裝的監(jiān)控點至監(jiān)控室必須解決監(jiān)控的范圍廣，圖像實時傳輸距離遠(yuǎn)和傳輸距離變化大；采用太陽能加蓄電池的方案提供電源要考慮使用壽命和蓄電池的維護(hù)；現(xiàn)場安裝的監(jiān)控設(shè)備長期處于強(qiáng)電磁場、風(fēng)吹雨淋、高低溫等各種惡劣強(qiáng)干擾環(huán)境，整個系統(tǒng)必須保證可靠工作以及圖像傳輸?shù)那逦?；?dāng)視頻圖像觸發(fā)造成報警時，應(yīng)能及時將實時參數(shù)傳送到視頻監(jiān)控室。

1.3 核心技術(shù)簡析

（1）輸電線路防外力破壞視頻監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式智能體系架構(gòu)，由智能前端和智能后端組成。智能前端包含前端智能傳感觸發(fā)裝置以及通過內(nèi)置復(fù)雜高效的嵌入式圖像處理和視頻識別算法，DSP+ARM雙核通信系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)主要包括DSP從機(jī)端編程和 ARM 主機(jī)端編程。 DSP 端主要功能是初始化系統(tǒng)、管理系統(tǒng)中的資源、采集、 存儲和傳輸信號，ARM端的主要功能是開發(fā)設(shè)備的底層驅(qū)動， 設(shè)計系統(tǒng)圖形用戶界面。DSP 可以在其軟件環(huán)境下很好完成高速數(shù)據(jù)處，將現(xiàn)場視頻圖像和視頻在本地實時處理，如運動檢測、目標(biāo)識別與跟蹤；對現(xiàn)場進(jìn)行全時不間斷視頻監(jiān)控。

（2）當(dāng)智能化傳感器檢測到被檢測區(qū)域有異常發(fā)生時，立即啟動相應(yīng)的拍照、攝像設(shè)備對現(xiàn)場進(jìn)行實施現(xiàn)場取證，同時啟動本地與遠(yuǎn)程報警提示，本地可啟動聲光報警，同時后臺收到預(yù)警信息后立即啟動短息短息報警功能，以及后臺聲光報警機(jī)制。

2 系統(tǒng)功能組成結(jié)構(gòu)

（1）前端智能傳感器作為輸電線路防外力破壞主要有塔基的安全以及走廊輸電導(dǎo)線的安全，針對不同的位置所采用的傳感期間。各類傳感器件實時監(jiān)測設(shè)定范圍內(nèi)的狀態(tài)量，出現(xiàn)超越閥值的變量，立馬產(chǎn)生聯(lián)動機(jī)制。前端傳感器件包含： 對射紅外傳感器、三鑒傳感器、振動傳感器、視頻分析等等智能型傳感裝置。

（2）中央處理單元采用嵌入式多核處理單元，對前端傳感器采集的視頻和數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中分析處理，采用專業(yè)的圖像背景分離、畫面抽取技術(shù)。對圖像進(jìn)行實時地狀態(tài)分析。同時結(jié)合前端各類傳感器信息，啟動實時視頻錄像功能。采用純硬件編碼內(nèi)核，對視頻進(jìn)行實時編碼錄制、上傳。

（3）聯(lián)動控制單元在邊界、圖片、視頻、震動前端傳感器監(jiān)測到入侵狀態(tài)，主控單元就會啟動聯(lián)動控制單元，聯(lián)動控制單元，根據(jù)入侵的類別不一。做出相應(yīng)的執(zhí)行邏輯，啟動相應(yīng)的預(yù)警裝置。

（4）中心服務(wù)器后臺采用B/S+C/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)交互是平臺。利用GISWEB技術(shù)，可以直觀地展示出整個高壓輸電鏈路的運行狀態(tài)，具有聯(lián)動報警機(jī)制、自動錄像、自動反顯故障節(jié)點，同時具備分級短信報警以及手動遠(yuǎn)程操控等功能。

3 應(yīng)用舉例

監(jiān)控平臺實際監(jiān)控智能化圖像分析偵測模塊效果圖。

（1）外力機(jī)械入侵測試 。系統(tǒng)支持對輸電線路保護(hù)區(qū)警戒區(qū)域內(nèi)機(jī)械施工進(jìn)行自動檢測和跟蹤，當(dāng)機(jī)械行駛?cè)胼旊娋€路保護(hù)區(qū)，即可對移動目標(biāo)進(jìn)行定位、分析、跟蹤。

（2）塔下堆積物檢測。系統(tǒng)中的智能圖像處理模塊應(yīng)用圖像分割，模板匹配等技術(shù)，有效檢測保護(hù)區(qū)域內(nèi)堆放的渣土、垃圾、煤堆，根據(jù)違章鐵塔下的堆土入侵程度，逐級報警信息。

（3）違章建筑檢測 。輸電線路警戒區(qū)域內(nèi)的違章建筑物，會造成線路附近的輸變電設(shè)施的短路及運營故障，系統(tǒng)中的智能圖像處理木塊應(yīng)用目標(biāo)檢測、圖像分割、模板匹配及等技術(shù)可以有效地檢測保護(hù)區(qū)內(nèi)的違章建筑。

（4）樹木生長檢測。本系統(tǒng)應(yīng)用采用有效區(qū)域標(biāo)定技術(shù)，應(yīng)用紋理特征提取以及模式分類的方法，實現(xiàn)了對高壓線下的快速生長的超高樹木進(jìn)行有效的檢測。

（5）異物檢測。本系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)箏或異物和高壓線路附近的報警區(qū)域的重合程度，發(fā)出逐級預(yù)警信號。

4 應(yīng)用效果情況及局限性

（1）采用前端視頻智能處理與多種傳感器探測相結(jié)合的方法完成防外力破壞監(jiān)測。多種靈敏、可靠的傳感器輔助監(jiān)測，彌補了只安裝攝像機(jī)拍攝的監(jiān)控盲點，減少對外力破壞行為的漏報，同時多種探測方式的結(jié)合也降低了對外力破壞行為的誤報率。本系統(tǒng)采用視頻圖像前置處理的方法可以及時地啟動報警，阻止外力破壞事件的發(fā)生，大幅度減少外力破壞造成的停電事故以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡 同時，采用在前端設(shè)備上完成視頻數(shù)據(jù)處理的方法，回傳至后臺的通信數(shù)據(jù)量大大地減少了，降低了系統(tǒng)的運行費用。

（2）該系統(tǒng)存在以下局限性。該系統(tǒng)還不能對如桿塔、絕緣子傾斜、導(dǎo)線覆冰厚度等監(jiān)控，僅限于對設(shè)定的警示區(qū)域以及設(shè)備狀態(tài)變化預(yù)警。

5 展望方向

（1）桿塔、絕緣子傾斜輕微變化時，很難偵測，覆冰偵測技術(shù)，雖然能發(fā)現(xiàn)覆冰，覆冰厚度預(yù)測誤差太大。

（2）鐵塔防盜監(jiān)測裝置是對桿塔進(jìn)行偷盜時，智能前端應(yīng)發(fā)出報警，通過無線網(wǎng)絡(luò)短信傳送至相關(guān)人員手機(jī)上和輸電監(jiān)控中心；通過無線視頻監(jiān)控的圖像功能進(jìn)行確認(rèn)，相關(guān)視頻與警方的監(jiān)控系統(tǒng)連接，作為指證依據(jù)。

（3）污閃在線測量裝置，是在絕緣子的上方加裝防污監(jiān)測器，對一些重要區(qū)域或重污區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，實時短信報警功能可有效防止因污穢引起的線路跳閘事故。

6 結(jié)語

高壓輸電線路覆蓋面廣，為適應(yīng)城市建設(shè)發(fā)展，每年多個變電站新建和220kV輸電線路投入運行，急需運用科學(xué)技術(shù)來提升運檢管理水平，該系統(tǒng)采用前端視頻智能處理與多種傳感器探測相結(jié)合的方法完成防外力破壞監(jiān)測、多種靈敏、可靠的傳感器輔助監(jiān)測，彌補了只安裝攝像機(jī)拍攝的監(jiān)控盲點，減少對外力破壞行為的漏報，同時多種探測方式的結(jié)合也降低了對外力破壞行為的誤報率 本系統(tǒng)采用視頻圖像前置處理的方法可以及時地啟動報警，阻止外力破壞事件的發(fā)生，大幅度減少外力破壞。

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作者簡介：張婕（1981-）， 山東德州人， 碩士在讀， 研究方向：電氣工程。