試析輸電線路通道可視化系統關鍵技術

段家振

摘? 要：特高壓輸電線路需要應對多種自然環境，線路運行負荷高、運行條件惡劣，帶來一定的安全風險。利用通道可視化技術能夠對輸電線路運行狀態進行全天候的監管，確保線路運行安全。文章對輸電線路通道可視化系統技術特點進行分析，介紹通道可視化系統結構及功能，并研究其技術實現過程。總結輸電線路通道可視化系統技術構成，為系統性能優化升級提供參考。

關鍵詞：輸電線路;通道可視化;運行安全

中圖分類號：TM75? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）30-0151-02

Abstract： UHV transmission lines need to deal with a variety of natural environments， high load and poor operating conditions， which bring certain security risks. The use of channel visualization technology can monitor the operation status of transmission lines around the clock to ensure the safety of transmission lines. This paper analyzes the technical characteristics of transmission line channel visualization system， introduces the structure and function of transmission line channel visualization system， and studies its technical implementation process. The technical composition of transmission line channel visualization system is summarized in order to provide reference for the optimization and upgrading of system performance.

Keywords： transmission line; channel visualization; operation safety

特高壓輸電線路在電力系統中的應用剛剛起步，其建設、普及的速度遠高于運維管理方式及手段的完善。在輸電線路安全運行管理方面，國內少有優秀案例可供參考。結合傳統輸電線路安全監管上存在的不足以及電力系統技術發展形勢，設計輸電線路通道可視化系統，通過對整個線路網絡的可視化管理，降低人工運維需求、提升安全風險挖掘效率，帶來一種更加高效、可靠的安全監測方式。

1 輸電線路通道可視化系統技術特點

1.1 VR技術

VR技術的融入在獲取輸電線路通道可視化系統監控高清現場畫面的同時，能夠虛擬出與通道相關的情境，呈現出逼真的通道周邊環境、通道布局等，為輸電線路運維管理提供更豐富的信息依據。

1.2 圖文一體化技術

圖文一體化技術使得可視化系統的業務審批過程與現場圖形信息相結合，采用圖形化的方法，為輸電線路通道管理重點任務的審批提供支持。

1.3 Openlayer與Three.js技術

Openlayer技術被應用在系統設計過程中，該技術能夠訪問以標準格式發布的地圖數據，輔助GIS技術的應用。Three.js技術是一種3D引擎，可進行運維管理立體模型的搭建[1]。

2 輸電線路通道可視化系統技術實現

2.1 監控終端技術

輸電線路通道可視化系統監控終端主要為高清視頻監測設備、電源系統和其他配套設施。將高清視頻監測設備安裝在塔桿主材上，用于采集輸電線路通道的運行信息，獲取到的視頻資料首先存儲在與塔桿相鄰的變電站中。例如球型高清視頻監測設備。該種監控設備的旋轉角度為360°，最遠監控距離為500m;采用CCD型感光器，尺寸為1/4″;鏡頭型號為36x，水平視距在1.7～57.8。觀測其拍攝的實際通道畫面，清晰度優異，即便在惡劣天氣狀況下畫面質量也較高。由于特高壓輸電線路一般設置在偏遠地區，周邊很難存在供電系統，因此在通道可視化系統中采用太陽能供電系統，對設備進行供電。該太陽能供電系統的運行原理為：陽光照射充足時，太陽能系統在為用電設備供電的同時，給自身蓄電池充電;當光照不足時，由蓄電池為用電設備供電。目前，有單位提出以風光結合發電系統代替單獨的太陽能發電系統，進一步提升供電電源的穩定性。

2.2 通信網絡技術

2.2.1 網絡結構設計

目前主流電力通道運維管理系統的通信網絡結構為C/S和B/S，通過遠程控制，實現對電力通道的監管。可視化通信網絡結構要求采用2B/S，以瀏覽器或Web服務器為依托，任何服務器都可被當作客戶服務程序，可接收由瀏覽器發出的超文本標記語言。客戶服務界面與一般的瀏覽器大致相同，可通過URL向終端服務器傳輸請求，然后再由超文本標記語言將最終的處理結果反饋到瀏覽器界面。例如，當提出數據查詢請求或數據操作請求時，可借助網關截面技術或將Web服務器與Internet服務器相整合，更好進行請求處理和反饋。相較于傳統電力通道管理系統的C/S網絡結構，這種新結構存在明顯優勢，如B/S結構僅通過瀏覽器進行信息反饋，無需向系統添加邏輯框架，兼容性更高，可適用于多種計算機。另外，C/S網絡結構還能提供一定的網絡共享功能，軟件開發過程的重點放在服務器軟件，多種軟、硬件系統均可正常使用。

2.2.2 網絡硬件選擇

輸電線路通道可視化系統的通信網絡分為全無線、光纖無線結合和全光纖三種類型。其中，全無線又分為公用3/4G網絡和自建網絡。使用公用網絡的優點是造價低、效率高，若輸電線路通道區域存在公網信號且監測點分布較散，可選用這種方案。特高壓輸電線路敷設地大多偏遠，因此該方案可實踐性并不強。自建網絡通過多點技術、LET技術，依照原本的地形、塔桿分布特點等將通道分段，集中建設基站，將每段通道的監測信息傳輸至最近的變電站。光纖無線結合沿輸電線路敷設光纜，并在光纜接頭處所在的塔桿設置通信裝置，包括光通信設備和無線通信設備兩種。其他塔桿上僅安裝無線通信設備。這種方式能夠整合光纖和無線的優勢，覆蓋范圍更廣，且不受到塔桿排布的限制。全光纖在輸電線路沿線敷設架空光纜，每個監測點都安裝光纜接頭盒及光通信設備，即實現監測點的全光纖覆蓋。該方案的設置需要為光纜設置單獨的塔桿系統。以上三種方案的選擇需要結合輸電線路通道具體情況進行，可將幾種方案混合使用。

2.3 監控中心技術

2.3.1 系統整體架構

系統整體架構包括五個部分，分別是用戶層、應用層、服務層、數據層和設施層。用戶層為管理者的操作終端，通過該層級獲取、監測輸電線路通道的實時運行數據，并進行一定的操作和調控。用戶層的使用主體包括輸電管理單位、計劃發展部門及信息監控中心。應用層負責輸電線路通道可視化系統功能的實現，本文設計的可視化系統融入VR技術，應用層建立在VR全息教建模的基礎之上。應用層實現的功能有高清視頻監控、數據信息管理、電力通道管理規劃、系統數據分析等，各個功能模塊之間相互獨立又相互協調，提供更佳的系統功能體驗。服務層包括中間件、業務組件和GISCOM組件，為可視化系統創建底層運行條件，并進行功能定義。數據層存儲來自通道監控終端獲取的各項信息，在此進行數據的整理、分類、分析和管理，系統其他模塊所需的信息均由數據層提供。設施層包括服務器和網絡硬件兩部分，為系統運行提供支持。此外，設施層可在各類服務器支持的基礎上，為數據訪問提供條件。

2.3.2 系統功能設計

（1）網絡管理功能。網絡管理功能中最基本的是通道監測，對整個網絡中的監控點進行集中管理，確保各監控點的通信情況均在可視化范圍內，監測通道是否存在異常并在第一時間給出提醒[2]。拓撲管理能夠根據用戶需求，對網絡拓撲工具進行自定義管理，例如，結合輸電線路通道實際情況，選擇網絡設備的安裝位置，使得整個拓撲視圖更加直觀、清晰。性能管理功能對網絡性能進行監控，分析其狀態并給出監控及分析數據。挖掘網絡性能漏洞，依照既定的指標對重要節點處的網絡性能進行評價。（2）視頻管理功能。視頻管理功能下設實時管理、巡檢管理、存儲調取及設備管理四個子功能模塊。其中，視頻實時管理是視頻的播放、切換、語音對講等操作。巡檢管理主要是對播放和云臺進行控制。存儲調取功能模塊提供視頻查詢、回放、搜索、下載等功能。設備管理是對視頻臺賬、參數、傳輸方式、終端監控涉筆的管理。（3）電源管理功能。首先，管理電池系統的出廠、巡檢、維修等信息進行管理。其次，實時監測電池運行狀態，獲取電流、電壓、負載、溫度、剩余電量、充放電頻率等信息。最后，收集電源的各項歷史信息，以便對其工作狀態做更正確的分析。

2.4 信息存儲技術

通道可視化系統長時間采集視頻信息，加上高清視頻的影響，其信息體量非常龐大，在傳輸過程中需要占用較大的寬帶。為確保獲取視頻信息的安全與完整，同時降低網絡運行壓力，選擇采用分級存儲的方式，對視頻信息進行保存。（1）塔桿級：高清視頻監控終端本身安有存儲卡，可實現監控視頻的實時保存。用戶可結合自身需求，設置定時存儲或移動偵測觸發采集等工作狀態。監控終端工作時長為12h/d，按照1280×720、15幀的高清視頻計算，連續存儲7d，選用64G存儲卡即可。（2）變電站級：以斷點續存的方式將前端采集的視頻信息存儲至變電站。該方式的優點就在于整合了網絡存儲和本地存儲兩種方式。常見的高清監控裝置一般不具備自身存儲功能，僅依靠后端進行數據存儲，這樣的方式對網絡質量要求較高，若網絡穩定性不足，很容易出現數據丟失、受損問題。因此在監測終端設置視頻緩沖區，以免因傳輸負荷過大導致網絡不穩、終端導致資料丟失。例如當出現斷網情況時，前端可正常對視頻數據進行備份，網絡恢復后，再將緩存區中的數據存儲到后端硬盤。連續存儲30d，若每個變電站接入30個監控終端，設置硬盤4TB×2即可[3]。（3）主站級：在監控中心設置存儲磁盤，將來自終端的信息分裂存儲在磁盤中，并進行檢索和調取。存儲時間為2年，需要8×4TB的磁盤陣列。

3 結束語

本文對輸電線路通道可視化系統關鍵技術進行了分析，通過分布于輸電線路沿線的高清監控裝置，對線路運行狀態進行實時監測。該系統的應用對于提升輸電線路運行安全性及穩定性非常關鍵，隨著相關技術的發展，將有更多先進技術被融合到可視化系統當中，提升輸電線路運維管理的智能化、可視化水平。

參考文獻：

[1]錢正浩，胡長華.VR技術和GIS技術相結合的電力通道可視化管理[J].自動化技術與應用，2019，38（04）：173-176.

[2]熊山，李軍鋒，馮偉夏，等.GIS和VR技術下的電力通道可視化管理[J].電子技術與軟件工程，2017（22）：262.

[3]呂志來，劉浩，李海，等.輸電線路通道可視化系統關鍵技術研究及實踐[J].電力信息與通信技術，2016，14（09）：52-57.