輸電線路防外力破壞視頻監測系統的分析與改進

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

關鍵詞： 嵌入式遠程可視監控系統； 防外破； 輸電線路

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

0 引言

輸電線路是電網的主動脈，數千公里的輸電線路不可避免的受到自然環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，提升輸電線路的安全運行水平，抵御自然災害和人為損壞一直是電網安全的重中之重。輸電線路外力破壞主要有毀壞線路設備、偷盜線路器材、或不清楚電力線路的安全距離，直接威脅到電力設施安全，嚴重情況下可導致倒塔、斷線，一方面高壓輸電線路多數地處山嶺、溝壑、農田中， 惡劣復雜的運行環境、裸露的導線，加之人為野蠻施工，加大了運行維護難度， 另一方面城市建設的飛速發展在線路附近施工，對線路造成極大的安全隱患，此時采用現代科技對龐大的供電網絡進行實時監測，借助無線網絡和太陽能等新技術來做到可控在控，這也是智能電網未來趨勢。

公司組織研發的這一套適用于高壓輸電線路運行維護的遠程可視監控系統，能對輸電線路保護區環境等參數進行全天候監測，監控有效、操作簡便，在使用的過程中根據存在的問題進行改進，目前這套系統進一步更新升級，增加了智能化圖像分析偵測，進一步提高了監控效率，對線路的可靠性。

1 系統需求分析

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，以跟有關的施工單位或個人對接，發放宣傳材料、簽訂安全協議、下發消除隱患告知書、懸掛安全告知警示標志等方式，巡視人員每月要完成月度的定期巡視和消缺任務，不可能全天候監測線路桿塔的安全運行，很難對出現在線路保護區內的缺陷、隱患即時上報，提出預警和告警，遠程監控能有效的提高線路巡視效率，運維人員可以遠程查看線路的實時運行圖像，同步傳輸現場信息參數，即時安排消缺工作，將缺陷隱患消滅在初期狀態，可以有效的減少導線覆冰、火災、導線舞動、通道超高樹木、導地線防振錘懸掛異物、線路“三跨”保護區內建筑、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

從現場桿塔安裝的監控點至監控室必須解決監控的范圍廣，圖像實時傳輸距離遠和傳輸距離變化大；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；現場安裝的監控設備長期處于強電磁場、風吹雨淋、高低溫等各種惡劣強干擾環境，整個系統必須保證可靠工作以及圖像傳輸的清晰度；當視頻圖像觸發造成報警時，應能及時將實時參數傳送到視頻監控室。

1.3 核心技術簡析

（1）輸電線路防外力破壞視頻監測系統采用分布式智能體系架構，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裝置以及通過內置復雜高效的嵌入式圖像處理和視頻識別算法，DSP+ARM雙核通信系統的軟件實現主要包括DSP從機端編程和 ARM 主機端編程。 DSP 端主要功能是初始化系統、管理系統中的資源、采集、 存儲和傳輸信號，ARM端的主要功能是開發設備的底層驅動， 設計系統圖形用戶界面。DSP 可以在其軟件環境下很好完成高速數據處，將現場視頻圖像和視頻在本地實時處理，如運動檢測、目標識別與跟蹤；對現場進行全時不間斷視頻監控。

（2）當智能化傳感器檢測到被檢測區域有異常發生時，立即啟動相應的拍照、攝像設備對現場進行實施現場取證，同時啟動本地與遠程報警提示，本地可啟動聲光報警，同時后臺收到預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制。

2 系統功能組成結構

（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測設定范圍內的狀態量，出現超越閥值的變量，立馬產生聯動機制。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據信息進行集中分析處理，采用專業的圖像背景分離、畫面抽取技術。對圖像進行實時地狀態分析。同時結合前端各類傳感器信息，啟動實時視頻錄像功能。采用純硬件編碼內核，對視頻進行實時編碼錄制、上傳。

（3）聯動控制單元在邊界、圖片、視頻、震動前端傳感器監測到入侵狀態，主控單元就會啟動聯動控制單元，聯動控制單元，根據入侵的類別不一。做出相應的執行邏輯，啟動相應的預警裝置。

（4）中心服務器后臺采用B/S+C/S架構的網絡交互是平臺。利用GISWEB技術，可以直觀地展示出整個高壓輸電鏈路的運行狀態，具有聯動報警機制、自動錄像、自動反顯故障節點，同時具備分級短信報警以及手動遠程操控等功能。

3 應用舉例

監控平臺實際監控智能化圖像分析偵測模塊效果圖。

（1）外力機械入侵測試 。系統支持對輸電線路保護區警戒區域內機械施工進行自動檢測和跟蹤，當機械行駛入輸電線路保護區，即可對移動目標進行定位、分析、跟蹤。

（2）塔下堆積物檢測。系統中的智能圖像處理模塊應用圖像分割，模板匹配等技術，有效檢測保護區域內堆放的渣土、垃圾、煤堆，根據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 。輸電線路警戒區域內的違章建筑物，會造成線路附近的輸變電設施的短路及運營故障，系統中的智能圖像處理木塊應用目標檢測、圖像分割、模板匹配及等技術可以有效地檢測保護區內的違章建筑。

（4）樹木生長檢測。本系統應用采用有效區域標定技術，應用紋理特征提取以及模式分類的方法，實現了對高壓線下的快速生長的超高樹木進行有效的檢測。

（5）異物檢測。本系統根據風箏或異物和高壓線路附近的報警區域的重合程度，發出逐級預警信號。

4 應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合的方法完成防外力破壞監測。多種靈敏、可靠的傳感器輔助監測，彌補了只安裝攝像機拍攝的監控盲點，減少對外力破壞行為的漏報，同時多種探測方式的結合也降低了對外力破壞行為的誤報率。本系統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濟損失和人員傷亡 同時，采用在前端設備上完成視頻數據處理的方法，回傳至后臺的通信數據量大大地減少了，降低了系統的運行費用。

（2）該系統存在以下局限性。該系統還不能對如桿塔、絕緣子傾斜、導線覆冰厚度等監控，僅限于對設定的警示區域以及設備狀態變化預警。

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，雖然能發現覆冰，覆冰厚度預測誤差太大。

（2）鐵塔防盜監測裝置是對桿塔進行偷盜時，智能前端應發出報警，通過無線網絡短信傳送至相關人員手機上和輸電監控中心；通過無線視頻監控的圖像功能進行確認，相關視頻與警方的監控系統連接，作為指證依據。

（3）污閃在線測量裝置，是在絕緣子的上方加裝防污監測器，對一些重要區域或重污區進行實時監控，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 結語

高壓輸電線路覆蓋面廣，為適應城市建設發展，每年多個變電站新建和220kV輸電線路投入運行，急需運用科學技術來提升運檢管理水平，該系統采用前端視頻智能處理與多種傳感器探測相結合的方法完成防外力破壞監測、多種靈敏、可靠的傳感器輔助監測，彌補了只安裝攝像機拍攝的監控盲點，減少對外力破壞行為的漏報，同時多種探測方式的結合也降低了對外力破壞行為的誤報率 本系統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生，大幅度減少外力破壞。

參考文獻：

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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。