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    輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 李興亞

    2019-09-10 07:22:44邵超磊張永剛熱西丁·拜克力青松陸丙軍
    關(guān)鍵詞:圖像識別輸電線路

    邵超磊 張永剛 熱西丁·拜克力 青松 陸丙軍

    【摘 要】隨著人們生活水平在不斷的提高,對于用電的需求在不斷的加大,針對日益突出的線路外力破壞問題以及傳統(tǒng)視頻監(jiān)控裝置存在的短板,提出基于圖像識別技術(shù)的輸電線路防大型機械外力破壞監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用混合高斯背景建模實現(xiàn)對大型機械入侵的定向識別,并結(jié)合微信平臺實現(xiàn)以需求為導(dǎo)向的分級管控智能推送,建立了線路防外力破壞監(jiān)控新模式。在佛山地區(qū)輸電線路防外力破壞的應(yīng)用實踐中,該系統(tǒng)實現(xiàn)了24 h不間斷智能監(jiān)控的要求,大大提高了運維人員對線路外力破壞隱患的監(jiān)管能力和工作效率,有效減少和預(yù)防了大型機械破壞線路事故的發(fā)生,為保障線路安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)支持。

    【關(guān)鍵詞】輸電線路;大型機械;外力破壞;圖像識別;監(jiān)控預(yù)警監(jiān)控

    引言

    在輸電線路附近施工的大型機械設(shè)備(如吊車、塔吊、泵車等)容易出現(xiàn)誤碰輸電線路引起導(dǎo)線斷裂,造成電力事故和人員傷亡,給輸電線路的安全運行帶來巨大壓力。目前,電力企業(yè)一般采用人工巡檢、人員駐守等方式防止輸電線路遭受外力破壞。近年來,一些高校和研究院所采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和新型傳感技術(shù)研究輸電線路防外力破壞,出現(xiàn)了視頻監(jiān)控、激光、磁場檢測和紅外等新型防外破技術(shù)的研究和應(yīng)用。視頻監(jiān)控技術(shù)受監(jiān)控范圍和有效性的限制,對環(huán)境因素要求高,而且不具有安全警示和風(fēng)險預(yù)警的功能;激光技術(shù)具有測量精度高的特點,但功耗大,可以有效監(jiān)控固定方向和距離的外力入侵,具有一定的局限性;磁場監(jiān)測技術(shù)具有成本低、技術(shù)難度低的特點,但大型機械設(shè)備為金屬材質(zhì),對磁場較為敏感,容易產(chǎn)生磁場屏蔽,造成測量精度低、誤報率高;紅外技術(shù)僅適用于桿塔附近近距離范圍的防外力破壞,局限于人或者其他紅外發(fā)射源的預(yù)警,同時受環(huán)境影響大,應(yīng)用限制較大。

    1輸電線路外力破壞的形式及特點

    輸電線路外力破壞可以分為五大類:線下樹木、違章建筑、違章施工、異物隱患、以及其他形式等。線路保護區(qū)內(nèi)種植的果樹、林木或綠化樹等,都會造成輸電線路的跳閘。線下樹木具有季節(jié)性、反復(fù)性,難以有效根除。線下新建廠房、搭建簡易房等現(xiàn)象層出不窮。線下違章建筑一般具有長期性、隱蔽性,建成后不易解決,容易發(fā)生人身觸電事故。線路保護區(qū)內(nèi)吊車、打井機、挖掘機、頂管機、大型貨車等施工設(shè)備碰線或?qū)€路安全距離不足極易造成跳閘。違章施工具有突發(fā)性、隨機性、廣泛性,已成為外破的主要原因。經(jīng)常出現(xiàn)蔬菜大棚薄膜、彩鋼板、風(fēng)箏、廣告條幅等異物被大風(fēng)吹起纏繞電力線路導(dǎo)致跳閘。異物外破具有隨機性、廣泛性,不易防范。大風(fēng)天氣后易發(fā)生。其他形式包括線下堆積易燃易爆物品、線下魚塘周邊釣魚,甩魚竿等。

    2系統(tǒng)功能描述及結(jié)構(gòu)設(shè)計

    2.1系統(tǒng)功能描述

    智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安裝在線路周邊有大型機械施工的桿塔上,對整個施工現(xiàn)場的情況進行視頻采集存儲、圖像等數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)后臺終端對接收到的圖像信息進行實時識別和分析處理,通過設(shè)定閥值比對圖像長高比的算法,實現(xiàn)對大型機械的判別跟蹤和預(yù)警。一旦系統(tǒng)識別出大型機械闖入設(shè)定的保護區(qū),就會觸發(fā)警報提示音和預(yù)警記錄功能。在未發(fā)現(xiàn)大型機械入侵時,系統(tǒng)后臺將根據(jù)設(shè)定時間定時對視頻進行截圖,并將圖片上傳至云服務(wù)器,微信平臺可獲取服務(wù)器上的圖片并自動推送給關(guān)注企業(yè)公眾號的用戶,監(jiān)控人員通過公眾號對視頻截圖進行查看和判斷,以便實時動態(tài)掌握施工現(xiàn)場信息。系統(tǒng)功能流程如圖1所示。

    2.2智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    1)塔上監(jiān)控裝置攝像模塊應(yīng)用紅外濾片式自動切換網(wǎng)絡(luò)攝像機,保證24 h采集畫面質(zhì)量。采用“一槍一球”的組合配置,球機可實現(xiàn)360°全景查看,槍機固定視角監(jiān)控重點隱患區(qū)域。供電模塊由太陽能控制器、磷酸鐵鋰電池、太陽板和電源轉(zhuǎn)換模塊組成。太陽能控制器保證系統(tǒng)供電的合理調(diào)用,同時能夠?qū)﹄姵爻?、放電過程進行保護;電池及太陽板組件的選擇結(jié)合佛山地區(qū)的日照情況,假定負載功率為10 W,負載工作電壓為12 V直流,平均運行時間20 h,無足夠光照最長持續(xù)天數(shù)5 d,鄰近兩次無足夠光照最長持續(xù)天數(shù)間的最短間隔天數(shù)10 d為標準計算。電池容量CB及太陽能電池板方陣功率P的計算為 式中:A為安全系數(shù),取1.1~1.4;Qd為正常工作下的日耗電量;Dd為無足夠光照最長持續(xù)天數(shù);T為溫度修正系數(shù),根據(jù)不同情況取值為1~1.2;Hdis為蓄電池放電深度;Ps為系統(tǒng)所需額定功率為50 W的太陽能極板;Ns太陽能電池組件串聯(lián)數(shù);Np太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)。經(jīng)計算,供能方案選用150 W太陽能板1塊和100 AH磷酸鐵鋰電池。通信模塊由工業(yè)路由器和4G無線網(wǎng)卡配置組成,以實現(xiàn)圖像的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。在本系統(tǒng)中采用4G無線傳輸,網(wǎng)絡(luò)攝像機將視頻編碼處理后的圖像進行壓縮、封裝后再通過4G無線傳輸模塊傳送至后臺終端服務(wù)器。這種通信方式時效性較高,可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量。2)遠程監(jiān)控后臺終端遠程監(jiān)控后臺終端采用集中與分散相結(jié)合的管理模式。集中管理是指后臺終端接收所有從塔上監(jiān)控裝置回傳的視頻、圖像、監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)信息等數(shù)據(jù),統(tǒng)一存儲在數(shù)據(jù)庫中,為數(shù)據(jù)的集中提取、分析和統(tǒng)計提供支撐;分散管理是指對監(jiān)控采集到的畫面,通過微信平臺進行分層級、分班組轉(zhuǎn)發(fā),相關(guān)線路責任人只需關(guān)注自己管轄的線路情況,針對性強,效率高。

    2.3報警裝置的設(shè)計

    報警裝置采用模塊化設(shè)計,包括聲光報警單元、電量檢測模塊、充電保護模塊、RF433射頻模塊、GPRS通信模塊、北斗/GPS定位模塊、電池模塊和MSP430單片機模塊。聲光報警單元主要用于本地報警和狀態(tài)指示;電量檢測模塊對報警裝置的電池電量進行檢測;充電保護模塊用于為電池充電,具有過充保護;RF433射頻模塊用于檢測裝置與報警裝置的無線通信;GPRS通信模塊用于報警裝置與后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)通信;北斗/GPS定位模塊用于獲取報警裝置的位置數(shù)據(jù);電池模塊用于為報警裝置提供電能。報警裝置安裝有鋰電池,同時能夠進行外部供電,其電池能夠保證報警裝置斷電后工作6h。

    3系統(tǒng)應(yīng)用實踐

    某電網(wǎng)目前管轄110~500 kV輸電線路5400多千米,施工黑點達兩百余個。根據(jù)近5年的統(tǒng)計,外力破壞跳閘占總跳閘比例40%以上,主要原因是:一方面佛山地處珠三角地區(qū),城市建設(shè)發(fā)展迅速,施工較多,土地資源緊張,線路密集;另一方面,傳統(tǒng)人工巡視的密度和周期都無法實現(xiàn)對外力破壞的實時管控,存在巨大的安全隱患,且傳統(tǒng)視頻監(jiān)控誤報多,工作時長不定,維護等資費大,消息推送效率不高。采用本文智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以減少誤報,使監(jiān)控目標更準確,同時信息推送方便快捷、針對性強,且設(shè)備本身配置更加合理高效,費用較少,工作運行持久。

    結(jié)語

    輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)在佛山電網(wǎng)實際應(yīng)用及其效果表明,通過智能識別大型機械、分級管控信息推送,解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控與生產(chǎn)實際匹配的不足,為線路遠程智能化防外力破壞監(jiān)控的大規(guī)模應(yīng)用提供了參考和技術(shù)支持。該系統(tǒng)實現(xiàn)了24 h不間斷工作,有針對性的智能圖像分析和手機微信自動推送大幅度提高了監(jiān)管防大型機械外力破壞的效率和質(zhì)量,提高了線路的運行安全。該系統(tǒng)還將進一步朝著微型化和物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)的方向發(fā)展,通過大量的圖像信息、各種監(jiān)測數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)技術(shù),為輸電線路運維策略提供更加全面準確的依據(jù)和保障。

    參考文獻:

    [1]劉高,曾懿輝.嵌入式視頻和圖像識別技術(shù)在架空輸電線路智能監(jiān)控中的應(yīng)用研究[J].計算機系統(tǒng)應(yīng)用,2013,22(11):58-61.

    [2]薛陽,張曉宇,楊天宇,等.輸電線路自主巡檢無人機控制邏輯設(shè)計[J].廣東電力,2017,30(3):94-99.

    (作者單位:國網(wǎng)新疆電力有限公司喀什供電公司)

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