電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)系統(tǒng)的研究

毛曉坡，孔巾嬌，鄧德慧，周學(xué)明，周光遠(yuǎn)，李朝暉

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引言

隨著生態(tài)環(huán)境向好，鳥類活動(dòng)范圍擴(kuò)大，輸電線路因鳥跳閘事件時(shí)有發(fā)生［1-5］。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，防鳥刺、防鳥擋板、防鳥針板等傳統(tǒng)“堵”鳥措施應(yīng)用效果有限，難以做到對(duì)導(dǎo)線上方塔材大范圍封堵，同時(shí)也暴露出對(duì)鳥類在桿塔上活動(dòng)習(xí)性認(rèn)知的局限性［6-10］。為減少鳥害引發(fā)輸電線路跳閘，以及保護(hù)鳥類資源，欲通過建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)系統(tǒng)，達(dá)到以下目標(biāo)［10-15］：

1）通過視頻抓拍、錄像等方式對(duì)鳥類進(jìn)行采集，觀察鳥類在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性，掌握鳥類在桿塔上的活動(dòng)、站位等生活習(xí)性。

2）建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警中心和大數(shù)據(jù)分析中心，實(shí)時(shí)定位和監(jiān)測(cè)各輸電線路情況。

3）平臺(tái)通過前端圖片信息能自動(dòng)識(shí)別出鳥類的種類名稱，并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)預(yù)測(cè)鳥類的周期性活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鳥類隱患的可防可控，可通過APP和云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)查看分析。

4）可通過輸電線路不同區(qū)域的涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，繪制電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖。

從而構(gòu)建布局合理、結(jié)構(gòu)完整、功能齊全、運(yùn)行高效的電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。

1 平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)以地理信息系統(tǒng)（GIS）為智能核心，以三維實(shí)景模型創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，以全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感（RS）、視頻、音頻、移動(dòng)傳感設(shè)備等作為前端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取源，通過建立數(shù)據(jù)分析模型和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型，將電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)保護(hù)工作中運(yùn)行、維護(hù)、管理的靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)分析和信息挖掘，最終為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的監(jiān)測(cè)管理和智能化的輔助決策提供可靠技術(shù)支撐［16-20］。觀察候鳥在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性，為減少鳥害引發(fā)輸電線路跳閘，以及鳥類資源保護(hù)研究奠定基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)［21-25］，平臺(tái)建設(shè)設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)框架圖Fig.1 Frame diagram of bird-related monitoring and early warning management platform for power grid

2 平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

建設(shè)內(nèi)容可概括為“一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)中心、N 類應(yīng)用”建設(shè)［26-30］。

1）一個(gè)平臺(tái)

時(shí)空信息云平臺(tái)是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，基于云計(jì)算實(shí)現(xiàn)面向電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件、數(shù)據(jù)等信息化資源的服務(wù)化和集約化；是云數(shù)據(jù)中心與上層應(yīng)用的結(jié)合橋梁，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)性、公用性的功能支撐，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的快速搭建和業(yè)務(wù)流程的統(tǒng)一管理，包括：數(shù)據(jù)整合平臺(tái)、輔助決策平臺(tái)、業(yè)務(wù)運(yùn)行支撐平臺(tái)。

2）一個(gè)中心

云數(shù)據(jù)中心基于云架構(gòu)模式，通過整合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、輸電線路數(shù)據(jù)、候鳥數(shù)據(jù)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共通、融合，以及業(yè)務(wù)管理之間數(shù)據(jù)的快速調(diào)取和協(xié)同，為上層智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)。

3）N類應(yīng)用

圍繞“降低鳥害跳閘次數(shù)”目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)覆蓋全輸電線路涉鳥習(xí)性監(jiān)測(cè)分析，集鳥類習(xí)性監(jiān)測(cè)、鳥類習(xí)性分析、電網(wǎng)涉鳥預(yù)警、涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分析為一體的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)管理服務(wù)信息化、智能化、生態(tài)化。

2.1 時(shí)空信息云平臺(tái)

立足現(xiàn)有輸電線路建設(shè)情況，綜合運(yùn)用地理空間信息技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將多源、多維、多尺度的地理空間信息資源加以整合并充分利用，形成覆蓋全輸電線路的地理空間數(shù)據(jù)集，提高基礎(chǔ)地理信息服務(wù)保障能力，實(shí)現(xiàn)輸電線路、鳥類各類信息資源目錄、數(shù)據(jù)共享、專題地圖服務(wù)、空間查詢服務(wù)、空間分析服務(wù)、地圖發(fā)布服務(wù)、地理信息綜合服務(wù)、運(yùn)維管理等功能。

2.2 云數(shù)據(jù)中心

根據(jù)輸電線路的部署情況，停留在輸電線路桿塔上的鳥類，以及監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，建立輸電線路數(shù)據(jù)庫、電網(wǎng)涉鳥數(shù)據(jù)庫、預(yù)警機(jī)制數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)庫。為上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享、調(diào)取、交互提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

3.1 一張圖綜合管理

一張圖綜合管理作為電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)建設(shè)其中重要的一環(huán)，是實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)可見、資源可看、趨勢(shì)可知、危害可感”的重要方式，如圖2所示。

圖2 一張圖綜合管理Fig.2 One-picture integrated management

基于數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、“3S”技術(shù)等技術(shù)手段，整合輸電線路資源數(shù)據(jù)庫，形成“一張圖”數(shù)據(jù)體系，縱向鏈接電力局-電力搶修公司-地方電力站等單位，橫向貫通各部門科室，覆蓋輸電線路資源全范圍，疊加電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖，鳥類習(xí)性視頻監(jiān)控分布圖，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)協(xié)同調(diào)用與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢、分析、展示、應(yīng)用，為鳥類習(xí)性分析、電網(wǎng)涉鳥預(yù)警機(jī)制研究提供便捷的地圖服務(wù)。

3.2 鳥類習(xí)性監(jiān)測(cè)

建設(shè)視頻監(jiān)控體系，借助視頻抓拍、錄像等方式對(duì)輸電線路上鳥類進(jìn)行采集記錄，從而為觀測(cè)研究鳥類在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性提供數(shù)據(jù)支撐，為準(zhǔn)確全面地掌握鳥類在桿塔上的活動(dòng)、站位等生活習(xí)性提供有效途徑。

提供所有視頻監(jiān)控部署點(diǎn)基于地理信息系統(tǒng)準(zhǔn)確空間位置展示，便于實(shí)現(xiàn)在指揮中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況的查看，并可以對(duì)某部分區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤監(jiān)控。

3.3 鳥類習(xí)性分析

根據(jù)前端視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)到的輸電線網(wǎng)上鳥類活動(dòng)習(xí)性大數(shù)據(jù)，建立鳥類習(xí)性分析模型，統(tǒng)計(jì)分析出不同候鳥種類停留在輸電線路桿塔上的活動(dòng)、站位、停留周期、常停留位置、停留線路段、常停留時(shí)間點(diǎn)、驚飛距離等，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的、科學(xué)性的鳥類隱患的可防可控，為電網(wǎng)涉鳥預(yù)警提供大數(shù)據(jù)分析機(jī)制，如圖3所示。

3.4 電網(wǎng)涉鳥預(yù)警

1）鳥類識(shí)別

通過大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)，當(dāng)前端監(jiān)控?cái)z像頭檢測(cè)到鳥類后，就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)抓拍、自動(dòng)分析識(shí)別候鳥種類，并在線標(biāo)記鳥類種類名稱，將抓拍的圖片自動(dòng)上傳到系統(tǒng)平臺(tái)，用戶可通過手機(jī)/平臺(tái)查看識(shí)別結(jié)果，如圖4所示。

2）預(yù)警機(jī)制

根據(jù)不同種類鳥類習(xí)性分析，建立不同種類電網(wǎng)涉鳥預(yù)警機(jī)制，并不斷完善各種群鳥類的防控措施，一旦前端采集到鳥類圖片，系統(tǒng)則開啟預(yù)警機(jī)制，以手機(jī)短信、系統(tǒng)平臺(tái)彈框等報(bào)警形式提示用戶，通過鳥類識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出鳥類種類，系統(tǒng)平臺(tái)則推薦出此類候鳥預(yù)警機(jī)制，供用戶參考執(zhí)行對(duì)應(yīng)的防控措施，從而達(dá)到降低鳥害跳閘次數(shù)。

4 結(jié)語

通過建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)，可以有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分析；根據(jù)鳥類習(xí)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到候鳥活動(dòng)范圍，以及常涉及的輸電線路區(qū)域，建立涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以不同顏色標(biāo)注繪制電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖；可視化提示用戶鳥害跳閘事故高發(fā)區(qū)域、時(shí)間段，提醒在鳥害事故高發(fā)區(qū)域、高發(fā)時(shí)間段提前做好防控措施，有效防止事故的發(fā)生。