圖像處理在輸電線路防外力破壞監控中的應用

蔡東 王洪成 王恒超

【摘 要】輸電線路外力破壞是引起輸電線路故障的主要原因之一。本文充分利用視頻處理的軟件優勢，將圖像中異物檢測和軌跡檢測引入到輸電線路防外破工作，設計了分布式的輸電線路外力破壞監測系統，將防外破工作由原來的被動報警，變成主動預警，成功的降低了輸電線路外力破壞的概率。

【關鍵詞】輸電線路；外力破壞；視頻；異物檢測；軌跡檢測

一、前言

大量的運行統計數據表明，輸電線路外力破壞事件已成為危害電網供電可靠性和安全運行的重要隱患。隨著經濟建設與基礎建設的發展，線路附近或走廊下方的吊車、泵車、挖掘機、頂管機等大型特種車輛的施工作業日益頻繁，稍有不慎就可能造成線路外破事件。2017年遼寧地區發生十幾起因吊車、頂管作業引起的輸電線路外力破壞事件。

輸電線路防外破工作得到了各級輸電運行部門的重點關注，為了保證輸電線路安全，公司采取了限高線、視頻監控等技術措施防止大型施工機械碰線，對于危險性大的工地甚至安排專人現場24小時值守，消耗大量的人力物力。

現有的技術措施主要有：視頻實時監測、激光雷達、紅外實時監測技術，通過監測電氣安全距離內是否有外物入侵，來判斷是否存在危及線路安全的行為，并發送相關信息通知值守人員。由于應用模式和安裝位置的限制，只具備被動的危險行為報警功能，不具備提前告知和面向機械操作者的預警，制約了應用效果和技術經濟性。

本文擬基于機械視覺和移動互聯網技術通過集成創新，構建“人-機”協同系統，對施工機械類外破危險源實施進場、施工、退場的全過程可視化主動管控，實現輸電通道防外破技術從危險行為后的被動報警到危險源全程主動管控的技術升級，為輸電通道的防外破提供新的思路和技術手段。應用模式和功能集成創新，將輸電線路運行人員巡視監督與實時監測技防手段。

二、系統架構

本系統主要由防觸裝置，、圖像處理模塊和預警發布模塊四部分組成，其示意圖如圖1所示。

防觸裝置安裝在高壓鐵塔上，當大型特種車輛進入攝像機視場范圍時，防觸裝置通過3G網絡及時將圖像回傳至后臺服務器，圖像處理模塊及時檢測出吊車等大型車輛并計算其與架空線路間的距離，當車輛與導線的距離小于預警距離時，通過3G網絡將告警信息推送至前端，實現輸電線路外破風險的主動報警。

1.防觸裝置設計

防觸裝置主要有安裝在輸電線路上的視頻監控終端、和太陽能供電系統組成。其中視頻監控終端由一臺槍機和一臺球機組成，太陽能由兩塊太陽能板和充放電控制器組成，蓄電池由鋰電池和保護電路組成。所有工作元器件均采用寬溫和防水、防震設計，采用屏蔽和接地防止高磁場對通訊和電子設備的干擾。

防觸裝置設置為突發性工作模式，只在后臺呼叫和觸發報警時才向后臺傳輸數據，避免圖像在傳輸過程中的產生高昂流量費用。

2.圖像處理模塊設計

圖像處理模塊主要檢測吊車的出現及計算其到輸電線路的安全距離。本文首先采用Code Book方法對采樣背景進行建模，由于吊車大多為黃色，本文把每個像素的RGB分量作為特征向量，從收集的包含吊車的視頻中選取若干畫面來訓練顏色模型，當吊車進入到畫面中可以拍攝圖像中每個單獨的聯通區域提取形狀特征，并根據形狀特征選取最像吊車吊臂的區域。對于視頻的每一幀，對疑似吊車的區域進行相關分析，得到其運行軌跡，同時根據空間幾何計算出其到輸電線路的距離，當其距離達到安全距離時，通過系統發出警報

3.預警發布模塊

預警發布模塊主要通過短消息，APP等方式，想電力運維人員和吊車作業人員發布，及時告知風險。

在監控系統中，由于監測環境與監測對象的特殊性，所使用的各部件均要求的具有低功耗性且智能化高。在對電力設施監測中，項目要求對電力設施進行全天候的視頻監測、對異常情況進行智能分析、及時將突發情況上傳圖像至監控中心并自動告警。本系統結合低功耗的槍式攝像機和視頻偵查分析儀來對電力設施進行全天候的監測，如有高大物體跨越線路最低處時，或電力設施出現異常情況時，前端視頻分析模塊自動分析、并發出告警、啟用錄像、拍照等告警行為，同時上傳告警信息、告警圖像到監控中心。

三、結論

本文研制的視頻防外破系統已經在現場應用，并成功實現多起外破事件的預警，為輸電線路的安全運行提供了安全保障，有望大規模應用。

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