高壓配電線路帶電作業數字化安全距離檢測方法研究

關鍵詞：高壓配電線路;最大視差候選距離；檢測方法；安全距離；數字化；帶電作業中圖分類號：TM853 文獻標志碼：A 文章編號:1003-5168(2025)13-0020-04DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.13.003

ResearchonDigitalDetectionMethod forSafeDistanceinLive Working on High Voltage Distribution Lines

LIU Zhan (State Grid Tianjin Jizhou Electric Power Supply Company，Tianjin 3O19O0， China)

Abstract:[Purposes]As thekey link of electric energy transmission and distribution，high-voltage distribution lines are continually expanding in scale，increasingly sophisticated in structure and increasingly diversified in operating environments. In the process of live working， workers face multiple safety risks. In order to improve the accuracy of real-time safety distance detection，taking a high-voltage distribution line as the research object，a digital safety distance detection method for live working is proposed. [Methods] First，according to the actual situation of the work site，the digital camera modelfor live working is constructed to calibrate the digital camera used in live working of high voltage distribution lines. Second，the disparity regresson method is introduced. Using the scene images captured by the calibrated camera as input，the maximum candidate disparity of pixels at the work site is calculated by extracting image features.Finally，calculating the depth map of the camera image at the live working site to achiieve the real-time detection of the site safety distance.[Findings] The test results show that the detection results of this method are highly consistent with those of manual detection，and when the safety distance between the operator and the energized component is less than 3.6m ， the detection results trigger red-line warnings.[Conclusions] The proposed method enables precise digital safety distance detection and proximity early-warning for live working on high voltage distribution lines，which meets the practical application requirements.

Keywords: high voltage distribution line；maximum candidate disparity distance; detection method; safety distance; digitization; live working

0 引言

帶電作業是指專業技術人員在不斷電的條件下，對配電線路進行電力建設、維護等工作，以提高建設的效率，增強電網運行的可靠性與經濟性。早期的帶電作業都是由工人在工地上進行監測與警示，視覺監測存在較大的誤差，很難對其進行量化分析。隨著計算機視覺技術的不斷發展，基于圖像處理、圖像分析、機器視覺、模式識別、人工智能等多學科交叉融合，形成了一種全新的、具有挑戰性的研究方向。如今，視頻監控裝置已經在公路、鐵路、冶金、建筑、醫療等方面得到了廣泛的應用，這為在帶電作業中使用視頻監視系統打下了基礎。目前，相關方面的研究多集中在電場強度測距法、定位技術測距法和激光測距法等方面。電場強度測距法是利用電源設備附近的電場強度分布信息，實現對電源設備的安全距離定位。但該方法受到電場強度測量精度的限制，在工程實踐中存在著較大的誤差；定位技術測距法是利用北斗、UWB等無線通信技術，對操作人員及設備進行實時監控，并推算出人與帶電設備之間的距離2。但該方法受外界因素影響大，前期施工及后期維修費用較高，難以推廣使用；而激光測距法具有點到點的高精度優點，但是在復雜環境下，操作難度大，很難普及。隨著計算機視覺領域的迅速發展，利用圖像測距技術進行安全間距的探測已成為一個熱門課題。因此，本研究以某高壓配電線路作為研究對象，對其帶電作業數字化安全距離檢測方法進行研究。

1高壓配電線路帶電作業數字化相機校準

為滿足高壓配電線路帶電作業數字化安全距離檢測需求，需要根據作業現場的實際情況，進行數字化相機的布置。為保證采樣圖像與數據的規范性，建立帶電作業數字化相機模型，建模可分為線性和非線性。線性是指針孔成像的模式，在實時工作場景中，隨機一點的位置是攝像機光心原點與隨機點的連線和像面之間交叉點，此像點和實點間的關系叫做中央聯系。非線性是指通過計算鏡頭在不同位置的畸變系數和非線性系數，量化這種失真對成像的影響，并對圖像像素位置進行調整補償，從而修正圖像偏差。此處以數字化相機線性成像為例，建立其成像中的空間三維坐標系，并將此坐標系與原圖像坐標系進行位置轉換，具體過程見式(1)。

式中： C 表示空間轉換尺度系數； (x，y，z) 表示數字化相機線性成像中的空間三維坐標系； [X，Y，Z] 表示原圖像坐標系； δ 表示相機參數； J 表示旋轉矩陣(矩陣規格為 3×3 ） 表示三維空間平移向量[3

在實際檢測中，數字化相機的制造、裝配等因素，容易造成真實鏡頭失真的大小不一，導致帶電作業工作場景中被攝對象的影像受到透鏡變形影響，從而出現偏差。如果將透鏡誤差考慮在內，可以將誤差以非線性方式表達，從而進行高壓配電線路帶電作業數字化相機透鏡成像誤差的計算，具體見式（2）至式（4）。

式中： 表示高壓配電線路帶電作業數字化相機透鏡成像誤差； χ_x?χ_y?χ_z 表示 (x，y，z) 在空間成像中的畸變系數； f 表示非線性系數。根據上述公式的計算結果，對數字化相機的成像進行補償，以此實現高壓配電線路帶電作業數字化相機校準。

2作業現場像素最大視差候選距離計算

完成數字化相機的校準后，引進視差回歸的方法，進行作業現場像素最大視差候選距離計算。在此過程中，將校準后的相機拍攝的現場圖像作為輸入，通過識別圖像中的特征信息，進行視差計算。

在計算過程中，考慮到現場多種綜合因素的影響，代價計算量中可能攜帶一部分的噪聲。針對此部分的噪聲，需要提前使用 Softmax 函數進行預測。通過對噪聲的補償，實現對最大視差有效候選范圍的計算，具體見式(5)。

式中： L 表示最大視差的有效候選范圍； L_min 表示根據相關技術規范設定的帶電作業現場最小安全距離； α 表示噪聲補償值。輸出此結果，完成作業現場像素最大視差候選距離計算，為后續安全距離的實時檢測提供數據支持。

3安全距離實時檢測

完成上述設計后，根據計算得到的結果，對帶電作業現場中的相機圖像深度值進行計算5，具體見式(6)。

式中： M 表示帶電作業現場中的相機圖像深度值； L₀ 表示視差基準圖。

圖像深度值的計算結果可以作為檢測目標點與三維空間中相機成像光心的距離值。參照此數值，建立關鍵位置的直線方程，計算目標點與直線方程之間的最短距離，輸出實時計算結果，從而得到安全距離的實時檢測結果，具體見式(7)。

式中： Q 表示安全距離的實時檢測結果; γ₁，γ₂ 、γ₃ 表示空間直線方程。通過上述方式，完成高壓配電線路帶電作業數字化安全距離檢測方法的設計。

4實例應用分析

4.1 實驗準備

為了對本研究所提檢測方法的應用效果進行檢驗，選擇某高壓配電網作為本次實驗的研究試點，對高壓配電網的規格與技術參數進行分析，見表1。

在掌握配電網基本情況的基礎上，考慮到帶電作業的安全距離檢測受到多種因素的綜合影響，因此，對配電網所在地的氣象條件進行分析，見表2。

按照本研究所提檢測方法應用規范，設計配電線路帶電作業數字化安全距離檢測現場，如圖1所示。

根據實驗需求，為排除海拔高度對檢測設備的影響，提高檢測結果的精度，對不同海拔高度下的操作電壓進行校正，具體見表3。

通過上述步驟，完成實驗前的相關準備工作，在此基礎上，按照本研究所提方法的具體步驟，進行高壓配電線路帶電作業數字化安全距離檢測。

4.2 檢測結果與分析

為防正專業技術人員在操作中與帶電體之間的安全距離過近從而出現安全事故，保障技術人員的作業安全，根據相關技術規范，要求 500kV 以上的配電網帶電作業安全距離需要大于 3.6m 。而本次選擇的高壓配電網為 750kV ，于是在檢測中可設定 3.6m 為技術人員作業中的安全距離預警值。

在此基礎上，在測試現場安裝位置傳感器、電壓傳感器等傳感裝置，由技術人員實時記錄高壓配電線路帶電作業數字化安全距離。以某次線路帶電作業現場為例，將人工記錄的結果與本研究所提方法的檢測結果進行對比，從而檢驗所提方法在應用中的具體效果，如圖2所示。

由圖2可知，在高壓配電線路帶電作業中，受到高空作業等多種因素的限制，作業人員與帶電體之間的安全距離是實時變化的。通過對圖中的檢測結果進行分析，發現本研究所提方法的檢測結果與人工檢測結果高度一致，且當作業人員與帶電體之間的安全距離小于 3.6m 時，檢測結果以紅色線預警，以警示作業人員需要調整作業位置。綜上所述，本研究設計的方法可以實現對高壓配電線路帶電作業數字化安全距離的精準檢測，為保證技術人員的作業安全予以技術層面的支持與幫助。

5結語

在帶電作業中，保證員工的人身安全是一個非常重要的問題。為此，國家電網公司制定了嚴格的鄰近電力安全距離標準。常規的距離測量方式通常利用人工目測觀察工人頭部、手部、手臂、面部等重要位置與帶電設備的距離，并根據經驗判斷其是否滿足安全標準。這種方法受人為主觀因素影響，很難實現對安全間距的實時精確探測，導致觸電事故的發生概率增大。因此，本研究通過高壓配電線路帶電作業數字化相機校準、作業現場像素最大視差候選距離計算、安全距離實時檢測，實現了高壓配電線路帶電作業數字化安全距離的精準檢測與近距離預警，滿足實際應用需求。

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