許逵 羅顯躍 龍黔 唐衛(wèi)華 張歷

摘 要：變電站安全監(jiān)控與管理工作中，采用三維地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)視頻巡視終端布點(diǎn)，忽略了設(shè)備與設(shè)備之間的遮擋問題，正常布點(diǎn)后電力視頻巡視的監(jiān)控盲區(qū)數(shù)量多。為此，提出基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點(diǎn)方法。運(yùn)用柵格化思想對電力視頻巡視環(huán)境進(jìn)行建模，將其劃分為多個巡視子區(qū)域，根據(jù)監(jiān)控重要度指標(biāo)確定巡視子區(qū)域的預(yù)期監(jiān)控清晰度。采用多正方形單元擬合近似分析原理，建立電力視頻巡視終端監(jiān)控范圍清晰度矩陣。定義最小平均監(jiān)控距離后，引入監(jiān)控乘子函數(shù)構(gòu)造最優(yōu)終端布點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)。通過多目標(biāo)遺傳算法求出最優(yōu)解，得到電力視頻巡視終端最優(yōu)布點(diǎn)方案。實驗結(jié)果表明，運(yùn)用新研究方法完成終端布點(diǎn)后，整個電力視頻巡視區(qū)域中僅存在2個監(jiān)控盲區(qū)，實現(xiàn)對電力設(shè)備的全方面監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：柵格化理論；電力巡檢；視頻終端；清晰度；遺傳算法；布點(diǎn)；

中圖分類號：TP391.9;TM762

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0153-04

Optimization design of technical scheme for layout of intelligent monitoring visual area of equipment terminalXV

XU Kui1，LUO Xianyue2，LONG Qian2，TANG Weihua2，ZHANG Li3

（1.Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China;

2.Tongren Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Tongren 554300，Guizhou China;

3.Electric Power Science Research Institute of Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China

）

Abstract： In the safety monitoring and management of substations，the deployment of video inspection terminals using a three-dimensional geographic information system ignores the issue of obstruction between devices，resulting in a large number of blind spots in the monitoring of power video inspection after deployment.Therefore，a grid based method for arranging power video inspection terminals is proposed.The power video inspection environment was modeled by using the idea of rasterization，which was divided into several inspection sub-regions，and the expected monitoring clarity of inspection sub-regions was determined according to the monitoring importance index.The definition matrix of monitoring range of power video patrol terminal was established based on the principle of multi-square unit fitting approximation analysis.After defining the minimum average monitoring distance，the monitoring multiplier function was introduced to construct the optimal terminal distribution objective function.The optimal solution was found by multi-objective genetic algorithm，and the optimal location scheme of power video patrol terminal was obtained.The experimental results showed that there were only 2 monitoring blind spots in the whole power video inspection area after the new research method was used to complete the layout of the terminal.

Key words：rasterization theory;electric power inspection;video terminal;clarity;genetic algorithm;arrange points

通過科學(xué)合理的布點(diǎn)方案和嚴(yán)格的實施規(guī)程，可以實現(xiàn)對電力設(shè)備的全面、實時監(jiān)控，為保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持［1］。傳統(tǒng)的電力視頻巡視終端布點(diǎn)方法主要依靠經(jīng)驗進(jìn)行選擇和設(shè)置，缺乏系統(tǒng)性和科學(xué)性。因此，各種結(jié)合現(xiàn)代化思想的終端布點(diǎn)方法涌現(xiàn)出來。如分析巡檢區(qū)域內(nèi)電力設(shè)備布局情況，并獲取設(shè)備的距離尺寸，基于此構(gòu)建三維空間模型。明確傳感器的最大監(jiān)測范圍后，以實現(xiàn)電力運(yùn)行環(huán)境的全方面監(jiān)測為目標(biāo)，生成分布式巡視終端布點(diǎn)結(jié)果［2］。但是，該布點(diǎn)方法應(yīng)用后監(jiān)控攝像頭的分布過于密集，會造成成本過高的問題。針對變電站場景進(jìn)行建模仿真分析，獲取工頻電場、工頻磁場的空間變化數(shù)據(jù)，并提取二者的空間分布特征，在空間場強(qiáng)分布特征區(qū)域布設(shè)較多監(jiān)測點(diǎn)，其他區(qū)域則布設(shè)少量監(jiān)測點(diǎn)，實現(xiàn)電力環(huán)境的全面反映［3］。測試結(jié)果顯示，該布點(diǎn)方法應(yīng)用后存在較多監(jiān)控盲區(qū)。以積分方程理論為核心，建立終端布點(diǎn)所需的先進(jìn)數(shù)值方程。再引入雙互易法，在徑向基函數(shù)的輔助下，將域內(nèi)積分轉(zhuǎn)化為邊界積分，通過半數(shù)值半解析的方法求出自適應(yīng)布點(diǎn)結(jié)果［4］。但是，該方法終端布點(diǎn)計算復(fù)雜復(fù)雜度較高。本文提出了一種基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點(diǎn)方法，旨在提高電力視頻巡視的效率和精度，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 設(shè)計基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點(diǎn)方法

1.1 基于柵格化思想劃分電力巡視區(qū)域

針對電力視頻巡視區(qū)域，采集環(huán)境地理信息數(shù)據(jù)，并引入柵格化思想對環(huán)境信息進(jìn)行柵格化處理［5］，得到包含簡單幾何關(guān)系的環(huán)境模型，如圖1所示。柵格模型是由無數(shù)個尺寸的柵格組成，其中標(biāo)注為黑色的柵格代表環(huán)境中的電力設(shè)備，基于此可以充分描述巡視環(huán)境。

2 實驗分析

2.1 實驗環(huán)境

阿里聯(lián)網(wǎng)工程某220 kV變電項目于2016年10月15日開工建設(shè)，2020年7月26日全線貫通，該工程沿途16個縣的38萬農(nóng)牧民將接入其中。本次實驗以該項目庫中的某一個占地面積為200 m×150 m的變電站為例，進(jìn)行電力視頻巡視終端布點(diǎn)研究，以此來實現(xiàn)高質(zhì)量的電力視頻巡視。通過調(diào)查可知，該220 kV變電站內(nèi)包括4個變電區(qū)，2個綠化區(qū)和1個保安室。為了便于進(jìn)行電力視頻巡視終端布點(diǎn)分析，對變電站平面圖進(jìn)行柵格化處理，形成由無數(shù)個正方形小區(qū)域組成的區(qū)域離散化結(jié)果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，在電力巡視區(qū)域柵格化處理后，標(biāo)注出所有可以安裝終端攝像頭的小區(qū)域集合。在此基礎(chǔ)上考慮變電站擬投資金額為20萬元，選取監(jiān)控邊界系數(shù)為0.2、0.7和1的槍機(jī)和球機(jī)作為監(jiān)控終端，2種攝像頭的具體參數(shù)如表1所示。

實驗過程中，采用新研究方法和文獻(xiàn)［2］、文獻(xiàn)［3］方法分別進(jìn)行電力視頻巡視終端布點(diǎn)，并具體實施3種布點(diǎn)方案檢驗每種方法應(yīng)用效果。

2.2 視頻巡視終端布點(diǎn)結(jié)果

定義電力視頻巡視終端布點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)后，進(jìn)行300遺傳計算求解，得到16個最優(yōu)解，每個pareto最優(yōu)解都代表一個終端布點(diǎn)方案，考慮本次實驗的具體環(huán)境和工程需要，找到適應(yīng)度最大的解作為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。求解結(jié)束后，獲取最優(yōu)解對應(yīng)的電力視頻巡視終端布點(diǎn)方案，最終布點(diǎn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，新研究方法應(yīng)用后可以在有限投資成本的條件下，針對重點(diǎn)巡視的變電站區(qū)域，穿插布置電力視頻巡視所需的終端槍機(jī)和球機(jī)，基本實現(xiàn)了期望監(jiān)控要求，證明了所提方法是可行的。

2.3 視頻巡視盲區(qū)數(shù)量分析

為了加強(qiáng)實驗對比結(jié)果，采用2種文獻(xiàn)提出方法同樣給出終端布點(diǎn)方案。依次按照3種布點(diǎn)方案安裝電力視頻巡視終端后，觀察變電站中的視頻巡視盲區(qū)數(shù)量，以此來衡量每種方法布點(diǎn)質(zhì)量。經(jīng)過統(tǒng)計可知，不同布點(diǎn)方案的盲區(qū)數(shù)量，新研究方法布點(diǎn)結(jié)果的視頻巡視盲區(qū)只出現(xiàn)在變電區(qū)2和變電區(qū)3，總盲區(qū)數(shù)量為2個；另外2種方法布點(diǎn)結(jié)束后，分別出現(xiàn)了21個、22個視頻巡視盲區(qū)。綜上所述，結(jié)合柵格化理論可以充分考慮電力設(shè)備遮擋情況，給出更加科學(xué)的巡視終端布點(diǎn)方案，實現(xiàn)電力環(huán)境的全方面監(jiān)控。

3 結(jié)語

本研究提出一種基于柵格化理論的布點(diǎn)方法。法將巡視區(qū)域劃分為等大小的網(wǎng)格單元，并根據(jù)實際需求和監(jiān)控目標(biāo)，對網(wǎng)格單元進(jìn)行評估和選擇。通過優(yōu)化終端的部署位置和角度，能夠提高巡視效率和精度，降低監(jiān)控盲區(qū)。有利于提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

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收稿日期：2023-08-10；修回日期：2023-10-31

作者簡介：許 逵（1984-），男，碩士，高級工程師，研究方向：變電智能運(yùn)檢；E-mail：13790996025@163.com。

引文格式：許 逵，羅顯躍，龍 黔，等.設(shè)備終端智能監(jiān)控視區(qū)布點(diǎn)技術(shù)方案優(yōu)化設(shè)計［J］.粘接，2023，50（11）：153-156.