基于智能視頻識別的大型天饋線監測技術應用研究

黃佳旗+吳學智

【摘 要】基于大型天饋線線部署位置高，長期暴露在空氣中，易受自然環境侵蝕、人工檢測難度大等現實特點，本文將對架空天饋線監測進行應用需求分析，智能視頻識別系統架構設計與關鍵技術研究，以提升天饋線運行的安全性能，減少天饋線工程檢修難度。

【關鍵詞】天饋線；監測技術；智能視頻

0 緒論

大型天線是無線通信系統的重要組成部分，將空間的電磁波與傳輸線路的導行波相互轉換，其運行的穩定性能直接影響著通信的有效性和可靠性。由于大型天饋線長期暴露于野外易受到自然環境的攻擊，常常出現饋線老化、饋線斷股、饋線覆冰、饋線打火、通信鐵塔傾斜等現象，仍以傳統的人工檢測方式不僅費時費力、效率低下，而且巡檢人員的人身安全也無法得到可靠的保障，采用智能視頻識別技術是一種安全、高效的方法， 能有效增強天饋線的防護級別。

1 基于智能視頻識別的技術分析與設計

1.1 天饋線監測應用需求分析

天饋線系統長期工作在大功率、高壓、工作時間長、工作環境惡劣的條件下，導致饋線老化速度快，傳統巡檢手段存在許多弊端，為更好地升級替換傳統人工巡檢手段，查閱了歷史數據并分析總結了架空天饋線監測五個方面的監測應用需求：

1.1.1 全天候24小時連續監測

天饋線監測要實現全天候24小時連續監測，本課題在研究過程中選用高清網絡紅外攝像機，這種鏡頭能夠適應日夜兩種模式，通過紅外線截止濾片轉換，白天開啟過濾片將紅外線阻擋在外，將可見光進入傳感器，夜晚相反，關閉過濾片讓紅外線進入傳感器進行成像[1]。

1.1.2 對饋線打火監測

長期裸露在空氣中的饋線偶爾出現打火現象，需要進行監測，常見有這樣幾種：

1）饋筒內部饋芯的連接出現松動易產生打火現象；

2）支撐的瓷棒與輸出的電容處易產生打火現象；

3）高壓饋線與低壓饋線連接處易產生打火現象；

4）由瓷棒和天線振子的松動或斷裂引起特性阻抗變化易產生打火現象；

5）通過智能視頻監視打火現象，及時定位至打火發生點，為檢修人員排查故障提供有利的支撐[1]。

1.1.3 對天饋線姿態監測

在我國北方地區冬季特別寒冷，天饋線及鐵塔經常被冰雪覆蓋，大塊冰雪及冰渣掉落對饋線造成一定的損害，通過智能視頻監視手段及時發現并清理覆冰現場對于天饋線饋線安全是一個特別重要的維護保養的途徑[2]。

由于通信鐵塔安裝位置高，遭受強風次數比較多，長時間運行后可能會出現塔桿傾斜甚至倒塌，饋線長期暴露與野外，經歷著日曬夜露風吹雨打，偶爾出現某段饋線老化、線路斷股，應用智能視頻識別系統分析對比較傾斜或倒塌的通信鐵塔與正常通信鐵塔間的區別以及饋線線路狀態的變化。根據圖像匹配與識別算法計算天線姿態的變換情況，通過智能視頻分析服務器進行處理，再對監控系統進行異常報警，及時將故障信息反饋給執勤人員，縮短故障搶修時間。

1.2 天饋線智能視頻識別系統架構設計

天饋線智能視頻識別系統主要由高清網絡紅外攝像機、網絡交換機、監控服務器、監控軟件、解碼器以及電視墻顯示設備組成，詳見圖1所示。利用網絡交換機將監控設備構建在同一個局域網內，實現局域網內部設備的互聯互通。其中網絡高清紅外攝像機主要是以監視天饋線或塔桿位為目標，對其進行二維可見光圖像采集，視頻服務器對采集的視頻圖像進行接入、存儲并轉發，解碼器對網內傳輸的視頻圖像進行綜合顯示。

2 天饋線監測關鍵技術應用研究

天饋線監測系統主要利用智能視頻識別技術對饋線狀態及通信鐵塔姿態進行檢測分析，采用圖像背景分離技術對圖像變化情況進行檢測識別。首先是高清網絡紅外攝像機攝像機對通信鐵塔及饋線進行圖像采集，并在此跟蹤定位，通過智能視頻監控服務器進行智能分析識別并設定判定規則，最后經判定后將告警信息綜合呈現至監控終端及電視墻上，具體流程圖如圖2所示。

2.1 天饋線打火監測

天饋線打火監測采用局部特征檢測法對天饋線線路或零部件進行檢測分析。首先對前景區域進行檢測（通過背景減除法），然后對前景區域的火花進行顏色分割，將不匹配的顏色特征的前景像素排除，獲取待定火花區域，再對待定火花區域的特征進行分析（頻閃特征、顏色變化特征），最后對火花待定區域進行分析及判決，天饋線打火監測流程圖如圖3所示[3]。

2.2 天饋線姿態監測

天饋線姿態檢測用圖像背景分離技術對圖像變化進行監測分析，按預先設置的通信鐵塔安裝方向、結構等參數，設定基礎模板，構建特征參量模型。圖中t（黑色）表示為模板正常通信鐵塔，t′（藍色）表示為異常通信鐵塔，兩者之間的傾斜角度為θ，兩者之間的重疊部分為Δt，近似于Dm（imax，jmax），天線寬度的為2a，天線高度為b，其模型如圖4所示[4]。

3 結束語

本文通過現場咨詢及數據收集梳理并明確了天饋線的應用需求，利用智能視頻識別技術對天饋線監測系統架構隊進行了設計，對監測流程、視頻圖像分析算法進行了應用研究，為天饋線巡檢人員提供了高效安全的監測途徑，將大大地節省天饋線巡檢的時間成本和經濟成本。

【參考文獻】

[1]潘國輝.智能高清視頻監控安防天下2 [M].北京：清華大型出版社，2014：324-347.

[2]彭向陽，陳馳，饒章權，等.大型無人機電力線路巡檢作業及智能診斷技術[M]. 北京：中國電力出版社，2015，6：65-124.

[3]余家奎.基于智能的火花和煙霧檢測檢測算法研究 [D].中國科學技術大學畢業論文，碩士畢業論文，2015，5：27-33.

[4]李云龍.基于智能視頻分析技術的天線巡檢系統設計與實現 [D].海軍工程大學碩士畢業論文，2013，1：33-46.

[責任編輯：田吉捷]