熊佳佳

（重慶醫(yī)科大學 附屬第一醫(yī)院信息中心，重慶 400016）

0 引言

在我國的輸電工程中，部分高緯度高海拔地區(qū)常年冰雪覆蓋，導致輸電線路覆冰造成極大的安全隱患。水汽會因遇到低于零度的電線而凝固，而大量水汽凝結成冰就形成了輸電線路覆冰這種現(xiàn)象[1]。輸電線路覆冰會給覆冰范圍內的電線及相關設施帶來巨大危害：因為覆冰的形成，會增大電線機械負荷與受風面積，這就可能使電線繃斷或使塔桿倒下；覆冰也會造成內部線路損壞，當覆冰融化時，因陽光等因素會使其融化程度不同，會產生全串閃絡現(xiàn)象，從而引起較大危害[2]。

因為輸電線路覆冰現(xiàn)象帶來的巨大的危害，所以對于輸電線路上覆冰的及時處理顯得尤為重要。而想要及時處理覆冰，就需要對線路覆冰這種現(xiàn)象進行實時監(jiān)測，基于巡檢機器人的線路覆冰智能監(jiān)測技術是近幾年新起的一種監(jiān)測技術，擁有著遠超其他監(jiān)測技術的優(yōu)勢[3]。本文對于該技術上的研究，將在輸電線路狀態(tài)特征提取、運行狀態(tài)檢測、WAMS等進行分析。

1 基于巡檢機器人的電網覆冰輸電線路狀態(tài)特征提取

不同地區(qū)不同類型的輸電線路具有不同的狀態(tài)特征，而這些狀態(tài)特征是判斷其是否被覆冰的重要根據(jù)。因此對輸電線路的狀態(tài)特征的提取，在基于巡檢機器人的覆冰監(jiān)測就顯得尤為重要[4]。巡檢機器人對輸電線路的狀態(tài)特征提取采用圖像分析法，即巡檢機器人具有攝影技術，通過控制巡檢機器人的移動，來對輸電線路的各個部位進行拍攝，來進行狀態(tài)特征圖像提取。對于輸電線路的狀態(tài)特征提取可在輸電線路總體狀態(tài)特征、輸電線路局部狀態(tài)特征、輸電線路覆冰厚度狀態(tài)特征提取三方面進行[5]。

1.1 輸電線路總體狀態(tài)特征提取

在進行輸電線路總體狀態(tài)特征提取時，要使拍攝的整個圖片包含整個輸電線路，確保該點符合。若圖片上的覆冰不明顯或無覆冰，再對輸電線路的線性度與多條輸電線路的平行性進行狀態(tài)特征提取，即進行二次檢測，通過二次檢測判斷輸電線路是否存在隱患；線路上有明顯的覆冰如圖1所示。

圖1 明顯覆冰圖

圖1中所示覆冰的強度較大，巡檢機器人可通過圖像分析出覆冰的危害，并及時通報，以達到監(jiān)測目的。

1.2 輸電線路局部狀態(tài)特征提取

輸電線路上的覆冰類型復雜多樣，經常會出現(xiàn)線路局部覆冰的情況，這種情況下，巡檢機器人無法通過總體狀態(tài)特征提取判斷是否存在覆冰，但又從二次檢測中發(fā)現(xiàn)輸電線路存在異常，此時就要對輸電線路進行局部狀態(tài)特征提取。輸電線路的局部狀態(tài)特征提取要求巡檢機器人要在移動過程中對輸電線路進行拍攝并做出計算分析，檢測出線路異常的部位，已起到對輸電線路覆冰的監(jiān)測作用。

1.3 輸電線路覆冰厚度的狀態(tài)特征提取

輸電線路覆冰厚度的狀態(tài)特征提取，是在總體狀態(tài)特征提取與局部狀態(tài)特征提取的基礎上，對已經確定部位的覆冰的厚度進行狀態(tài)提取，覆冰厚度是對輸電線路影響最大的覆冰特性，因此在輸電線路中覆冰重度是重要提取對象。巡檢機器人對覆冰厚度的提取采用色差層分離法該方法的具體操作為：巡檢機器人近距離采集輸電線路與覆冰的圖片，在圖片中會有較遠的景物，通過調整灰度值來通過調整灰度值分離求出覆冰圖片區(qū)，之后就能進行整的測量。具體的覆冰的厚度狀態(tài)特征提取流程圖，如圖2所示。

圖2 覆冰的厚度狀態(tài)特征提取流程圖

2 基于巡檢機器人的電網覆冰輸電線路狀態(tài)檢測

巡檢機器人對輸電線路覆冰進行狀態(tài)特征提取，從而判斷其危害性的強弱，已達到監(jiān)測的效果。而判斷的過程就是對輸電線路的狀態(tài)檢測。輸電線路的狀態(tài)檢測是運用巡檢機器人的軟件對提取的數(shù)據(jù)進行處理，采用的數(shù)據(jù)處理方式為數(shù)字圖形處理技術，而數(shù)字圖形處理技術就要在檢測程序與檢測方法中運用，因此巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測程序與檢測方法就顯得尤為重要。

2.1 巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測程序

巡檢機器人檢測程序首先會對拍攝圖片進行預處理，預處理可以起到減少背景顏色干擾的作用，從而提取出線路本身。之后，多次運用邊緣檢測技術檢測輸電線路的邊緣，也需要通過將檢測到輸電線與其它線路進行比較，覆冰的形狀可以大致分為圓形與凌形，覆冰形狀可以通過輸電線路下邊緣是否為一條直線來判斷。如果覆冰形狀為圓形，則巡檢機器人可以直接算出其厚度值，若覆冰形狀為凌形，則巡檢機器人會計算出冰凌最長長度與冰凌平均長度。輸電線路在正常情況下會有三條，所以巡檢機器人會對三條輸電線路檢測。若三條輸電線路都無法檢測，則要進行不同的預處理來檢測輸電線路圖片。以上是巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測程序，其程序圖如下：

圖3 巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測程序圖

2.2 巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測方法

巡檢機器人的輸電線路覆冰檢測方法是對覆冰檢測程序的部分程序的詳細解釋，可以在圖像預處理、線路是否覆冰、判斷線路覆冰的形狀這三方面進行分析。

在圖像預處理時，因為拍攝角度與圖片中的背景不同，可能會造成巡檢機器人程序無法識別輸電線路，所以會在機器人程序中設立四種不同的預處理，這四種預處理分別為：彩色圖像二極化、圖像的聯(lián)通或移除、在圖像中裁剪小物體、粗化輸電線路。

判斷輸電線路是否覆冰，可以應用像素計數(shù)工具。當比較完成后，可得出灰度值與設定值的像素比例。根據(jù)所得像素比例便可判斷輸電線路是否存在覆冰。

巡檢機器人程序對線路覆冰形狀的判斷，具體的檢測方法為：將輸電線路邊緣定位，利用程序的邊緣檢測，檢測輸電線路的下邊緣，若輸電線路的下邊緣呈一條直線，則確定覆冰為圓形覆冰，將其錄入圓形覆冰計算程序，反之則錄入冰凌形覆冰計算程序。

3 基于巡檢機器人的電網覆冰輸電線路覆冰廣域監(jiān)測

傳統(tǒng)的輸電線路無法實現(xiàn)全線路覆冰分布式監(jiān)測，無法監(jiān)測地線覆冰，即傳統(tǒng)監(jiān)測技術的監(jiān)測范圍不夠廣，而基于巡檢機器人的輸電線路覆冰監(jiān)測方法在廣域方面更有優(yōu)勢。輸電線路覆冰會出現(xiàn)在比較長的輸電線路上，傳統(tǒng)監(jiān)測方法都只能用于單點測量。若每條線路都設置監(jiān)測裝置，會在很大程度上會提高成本。因此傳統(tǒng)監(jiān)測技術在廣域監(jiān)測方面不如新起的巡檢機器人監(jiān)測技術。

3.1 基于巡檢機器人的輸電線路覆冰廣域監(jiān)測原理

在白天時間段內，由于光照強度的變化，會造成環(huán)境溫度變化，覆冰輸電線路與正常輸電線路也會產生變化，所以巡檢機器人的溫感系統(tǒng)可用于線路覆冰廣域監(jiān)測，基于巡檢機器人的輸電線路覆冰廣域原理圖，如圖4所示。

圖4 機器人的輸電線路覆冰廣域原理圖

3.2 巡檢機器人廣域監(jiān)測的脫冰區(qū)域判斷

當巡檢機器人判斷出線路覆冰，脫冰先后的檢測結果是完全不一樣的。脫冰區(qū)域的檢測數(shù)值會更大，而未脫冰的區(qū)域檢測數(shù)值較小，據(jù)此可判斷出線路脫冰的具體區(qū)域，因此檢測數(shù)值的變化可以作為輸電線路的特征。輸電線路覆冰未脫冰時，輸電線路的溫度會高于脫冰時，會形成溫差，脫冰與未脫冰的輸電線路溫度圖如圖5所示。

由圖5可看出覆冰輸電線路與脫冰輸電線路的溫度差值，而該溫差會嚴重影響輸電線路的穩(wěn)定性與安全性，因此巡檢機器人對于脫冰區(qū)域的判斷尤為重要。

圖5 覆冰輸電線路與脫冰輸電線路溫度圖

4 實驗研究

4.1 實驗目的

為了研究巡檢機器人對輸電線路覆冰的監(jiān)測技術與傳統(tǒng)監(jiān)測技術的比較，建立對比實驗。本文采用四組不同覆冰輸電線路，可覆冰程度按A極、B級、C級、D級分為四組，從第一組到第四組覆冰程度逐漸增加，該四組對比實驗對兩種監(jiān)測方法的覆冰監(jiān)測范圍性、設備運行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸可靠性進行對比。

4.2 實驗參數(shù)

根據(jù)實驗情況設計實驗參數(shù)如表1所示。

表1 實驗參數(shù)

4.3 實驗結果與分析

1）對于覆冰監(jiān)測范圍性的對比結果

覆冰監(jiān)測范圍性是考量一項檢測技術的重要標準，只有監(jiān)測技術具有更廣的范圍，才能減少更多的監(jiān)測成本，使監(jiān)測具有更好的效益，因此將巡檢機器人監(jiān)測技術的監(jiān)測范圍性與傳統(tǒng)監(jiān)測技術的檢測范圍性進行對比，如圖6所示。

2）對于設備運行穩(wěn)定性的對比

因為覆冰監(jiān)測系統(tǒng)對輸電線路監(jiān)測維護量工作量較大，因此在覆冰監(jiān)測中，對監(jiān)測系統(tǒng)的設備運行穩(wěn)定性要求極高，傳統(tǒng)監(jiān)測技術中所使用的電子設備在低溫等情況下，會出現(xiàn)功能失效的狀況，而巡檢機器人則可避免。兩種技術的設備運行穩(wěn)定性的對比，如圖7所示。

圖6 覆冰監(jiān)測范圍性的對比圖

圖7 設備運行穩(wěn)定性對比圖

3）對于數(shù)據(jù)傳輸可靠性的對比結果

數(shù)據(jù)傳輸可靠性也是評定監(jiān)測設備的重要標準之一，傳統(tǒng)監(jiān)測技術所用的監(jiān)測設備均是采用公共網路進行數(shù)據(jù)傳輸，由于線路覆冰大多發(fā)生在山區(qū)，而山區(qū)大多網絡信號不好，因此造成數(shù)據(jù)傳輸可靠性的較低。而巡查機器人所使用的并非公共網絡，因此基于巡檢機器人的覆冰的監(jiān)測技術數(shù)據(jù)可靠性更高，兩者之間對比，如圖8所示。

通過以上實驗分析，可以得出結論：基于巡檢機器人的覆冰輸電線路監(jiān)測技術，在覆冰監(jiān)測范圍性、設備運行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸可靠性這三方面，都要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測技術，證明了巡檢機器人的整體優(yōu)越性。

圖8 數(shù)據(jù)傳輸可靠性對比圖

5 結語

由于覆冰對輸電線路的危害性，以及傳統(tǒng)監(jiān)測技術的一些弊端，所以本文基于巡檢機器人研究了一種新的電網覆冰輸電線路狀態(tài)智能監(jiān)測技術，分析了特征提取過程，相較于傳統(tǒng)技術，本文技術的監(jiān)測智能性更高。隨著巡檢機器人系統(tǒng)的完善與監(jiān)測技術的進一步研究，相信基于巡檢機器人的輸電線路監(jiān)測技術日后會得到更好的發(fā)展。