自升式居住平臺結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

王瑋　陳會庭　鄭軼刊

摘要：NPCC自升式居住平臺是上海振華重工（集團）股份有限公司為拓展海工裝備市場而設(shè)計建造的首座居住平臺。文章闡述了在平臺主船體、樁腿樁靴、直升機平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體優(yōu)化措施，這些措施提高了結(jié)構(gòu)性能、降低了建造成本、減輕了平臺重量，對自升式居住平臺的設(shè)計具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：自升式居住平臺；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化設(shè)計；平臺主船體；樁腿樁靴 文獻標識碼：A

中圖分類號：U661 文章編號：1009-2374（2016）11-0015-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.008

1 概述

隨著我國經(jīng)濟社會的持續(xù)健康發(fā)展，對加強電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平提出了更高要求。由于輸電線路分布范圍廣，常常穿越城市和鄉(xiāng)村，且隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)基礎(chǔ)建設(shè)越來越頻繁，其運行常受到人們生產(chǎn)和建筑單位施工的干擾，從而造成對輸電線路的破壞、大面積停電等現(xiàn)象。這些影響不僅造成當(dāng)事單位生命財產(chǎn)損失，更是給人們的日常生產(chǎn)生活帶來了極大不便。

經(jīng)過查閱大量的資料和咨詢公司相關(guān)專家，對現(xiàn)有保護輸電線路安全穩(wěn)定運行的措施做了詳細統(tǒng)計，現(xiàn)有的方式無非分為四大類：（1）利用GPRS定位技術(shù)供電公司巡查人員每月巡查，以此監(jiān)督每個巡查人員必須將每個危險源點線路都檢查過去；（2）發(fā)動人民群眾，利用人海戰(zhàn)術(shù)，每當(dāng)有群眾發(fā)現(xiàn)高壓線下有危險物體存在，拍攝照片，并立刻電話通知供電公司相關(guān)人員；（3）在輸電線路危險源點駐扎相關(guān)人員，進行人為防護和干預(yù)；（4）在輸電線路危險源點相關(guān)高壓塔上安裝普通視頻監(jiān)控，對施工現(xiàn)場進行人為查看現(xiàn)場視頻。

為了解決以上四個問題，本文通過先進的智能視頻分析技術(shù)，搭建并完成了輸電線路立體智能防護系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對輸電線路有安全隱患的物體進行自動識別并主動報警，在降低人力物力成本的同時將危險源轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩?，將一切危險源消滅在萌芽狀態(tài)，將防范的被動性轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃有浴?/p>

2 輸電線路智能防護關(guān)鍵問題

對電網(wǎng)運行而言，最首要的問題是要保證供電安全可靠，這主要取決于輸電線路的運行情況，因此需要對輸電線路進行防護保護，以保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。就輸電線路立體智能防護系統(tǒng)所要到達的目的而言，需要解決以下三個問題：

第一，輸電線路復(fù)雜場景、復(fù)雜氣候、復(fù)雜天氣情況下的多車分離識別。智能視頻分析技術(shù)經(jīng)過很長時間的技術(shù)積累和沉淀，從功能上說也衍生出許多功能應(yīng)用，最多的是人臉識別、車牌識別、物品丟失、滯留、區(qū)域非法進入、方向判斷、生物判別、圖像合并、物品跟蹤等。上述功能都是基本停留在實驗室階段，在實際商業(yè)化應(yīng)用得很少，究其原因主要是現(xiàn)在大部分廠家的智能分析器在復(fù)雜場景、復(fù)雜氣候、復(fù)雜天氣情況下準確度還不能達到客戶要求，誤報率較高。本文通過合理安裝攝像機的高度、照射的角度和范圍等，建立適合輸電線路的算法模型，將復(fù)雜場景下的運動車輛問題能夠準確識別并分離開，通過人機交互，前期人為干預(yù)的手段，將誤報率降低。

第二，將多車分離識別后，如何有效區(qū)分目標危險車輛。經(jīng)過查閱資料，少部分智能視頻廠家在復(fù)雜場景、復(fù)雜氣候、復(fù)雜天氣等能有較高的識別率，但是對于特種危險車輛無任何識別算法。本論文所搭建的系統(tǒng)可以采用基于智能視頻分析的特征量提取識別目標危險車輛的方法。

第三，當(dāng)危險目標車輛識別后，對其軌跡進行跟蹤。當(dāng)有危險車輛停留并揚臂，如何計算該目標車輛距離輸電線的距離，是需要解決的關(guān)鍵問題之一。常規(guī)的計算方法很難精確計算出其實際距離，經(jīng)過查閱資料，國內(nèi)無任何智能視頻廠家能計算出該數(shù)值。這一問題也是本文所要解決的。

3 系統(tǒng)整體架構(gòu)和實現(xiàn)

本系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、視頻幀獲取模塊、算法分析模塊、數(shù)據(jù)存儲查詢模塊、視頻播放模塊、報警聯(lián)動模塊。其中算法分析模塊又分為多車識別分離算法子模塊、特征提取識別算法子模塊、距離計算子模塊，且這三個子模塊為該系統(tǒng)的核心模塊。

3.1 系統(tǒng)整體技術(shù)架構(gòu)

從技術(shù)架構(gòu)來分，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三個部分，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

在線監(jiān)測系統(tǒng)感知層主要采集各基桿塔實時監(jiān)控視頻、現(xiàn)場告警圖片、告警視頻、告警信息以及前端設(shè)備各類信息等，這些信息使用信息采集中間件技術(shù)協(xié)同處理，將數(shù)據(jù)匯聚到前端路由器，使用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳送到后端中心主站服務(wù)器。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層主要使用運營商3G/4G APN技術(shù)對采集的數(shù)據(jù)進行封裝傳輸，安全性和傳輸網(wǎng)絡(luò)信號由運營商保證。

應(yīng)用層由兩個部分組成，應(yīng)用支撐層用來接收、處理各個應(yīng)用的請求，有前端桿塔監(jiān)測設(shè)備主動發(fā)運的告警信息，有客戶端發(fā)起的鏈接請求等，應(yīng)用服務(wù)器協(xié)同這些信號請求、流媒體服務(wù)器和存儲服務(wù)器，完成各項功能。

采集的數(shù)據(jù)可應(yīng)用于各種場合，如實時線路巡檢、歷史告警記錄查詢、后期可綜合管控平臺，結(jié)合其他系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析等。

3.2 系統(tǒng)各模塊功能實現(xiàn)

文章所提出的系統(tǒng)架構(gòu)是基于MVC框架，即模型（model）-視圖（view）-控制器（controller）。

具體功能模塊的原理和功能如下：（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊，即對輸電路信息和核心分析數(shù)據(jù)進行管理。輸電線路信息包括桿塔名稱、桿塔編號、管轄區(qū)域、絕緣子信息等。核心分析數(shù)據(jù)包括攝像機的IP、圖像分辨率、配置的任務(wù)、分析區(qū)域、報警類型、報警間隔等。運維人員可通過配置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊，實現(xiàn)不同規(guī)則報警；（2）視頻幀獲取模塊，即通過配置的攝像機獲取核心分析需要的視頻幀和視頻流，同時將視頻幀交給算法分析模塊；（3）算法分析模塊，即通過接收基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置的任務(wù)，完成不同的算法，同時將分析的結(jié)果返回給數(shù)據(jù)存儲查詢模塊；（4）數(shù)據(jù)存儲查詢模塊即保存算法分析模塊返回的結(jié)果集，同時將結(jié)果集和視頻流同時保存在硬盤中，提供服務(wù)器回放。該模塊還提供客戶端的歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，方便管理人員及時了解某個桿塔、某條線路的危險源點情況；（5）視頻播放模塊，即提供客戶端播放實時視頻、本地視頻、歷史視頻的工具。該模塊采用activex集成平臺方式，輕松方便地在Web頁中插入多媒體效果、交互式對象、以及復(fù)雜程序，創(chuàng)建用戶體驗相當(dāng)?shù)母哔|(zhì)量多媒體CD-ROM組件；（6）報警聯(lián)動模塊，即將系統(tǒng)識別并報警的危險目標，通過現(xiàn)場聲光報警、遠程短信報警的方式傳送給需要通知的人，包括危險目標車輛駕駛員、輸電線路運維人員等。

基于上述功能要求，考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)量巨大，對算法執(zhí)行時間和系統(tǒng)的識別率要求較高，核心算法均采用C++語言開發(fā)，服務(wù)器平臺和客戶端采用的是C++、JAVA、C#語言，數(shù)據(jù)庫采用的是Mysql。

同時該系統(tǒng)平臺采用“即插即用（plug in）”的設(shè)計原則，模塊接口采用xml方式，服務(wù)器、客戶端之間的交互將采用xml-rpc架構(gòu)，這些都保證了平臺各個子模塊間的松耦合，模塊間的接口界面強擴展性。而文件傳輸和流媒體點播都采用了標準的ftp協(xié)議和rtp/rtmp協(xié)議，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 應(yīng)用實例

系統(tǒng)已經(jīng)進入實際檢驗運營階段，具體實施：南通市6套、鹽城市6套、淮安市1套、南京市8套以及在直流800kV某線蘇州段安裝15套，其中9套為交跨線路。以某地直流800kV為案例，統(tǒng)計時間為2015年10月11日至2015年11月03日，34和35號塔連續(xù)統(tǒng)計24天，每天均為全天候24小時運行。統(tǒng)計結(jié)果分別如圖2、圖3、圖4所示：

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，產(chǎn)生結(jié)果如下：

4.1 大型車輛入侵

直接利用路上的實際的過往車輛進行統(tǒng)計，檢測區(qū)域為檢測道路中輸電線下方，檢測時小車、卡車不報警，吊車報警，其中：（1）分級報警：路過（進入/出去）、徘徊（進入/停留）、揚臂；（2）漏報率和誤報率計算方式：計算基數(shù)按照過往所有車輛計算；（3）統(tǒng)計時段：白天；（4）統(tǒng)計標準：漏報率和誤報率≤3%。

4.2 導(dǎo)線漂浮物

直接利用桿塔導(dǎo)線進行漂浮物測試，檢測區(qū)域輸電線交跨處，漂浮物停留在導(dǎo)線報警，漂浮物飄過不報警。（1）檢測時段：白天；（2）統(tǒng)計標準：漏報率和誤報率≤3%。

基于上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)和查閱相關(guān)電力標準后可知，本系統(tǒng)完全符合國網(wǎng)和省網(wǎng)漏報率≤5%要求。

5 結(jié)語

文章提出了一種適合輸電線路的智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過搭建MVC架構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)維護、二次開發(fā)拓展便捷、客戶端界面簡易等功能，具備良好的人機交互，且預(yù)留了數(shù)據(jù)接口，方便進一步拓展系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)在江蘇多個市供電公司已經(jīng)部署并投入實際使用，特別是在現(xiàn)階段運維人員嚴重缺乏的高壓輸電線能夠極大減少工作人員的巡檢負擔(dān)，提高巡檢運維工作效率。通過實際數(shù)據(jù)的列舉分析，統(tǒng)計本系統(tǒng)在不同情況下的誤報率，結(jié)果表明完全符合國網(wǎng)和省網(wǎng)的相關(guān)要求。

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作者簡介：朱富云（1957-），男，南通供電公司高級技師，高工，產(chǎn)業(yè)教授，在讀博士，研究方向：電力系統(tǒng)、智能機器人技術(shù)；倪紅軍（1965-），男，南通大學(xué)機械工程學(xué)院教授，博士，研究方向：機械工程；戴相龍

（1984-），男，供職于江蘇濠漢信息技術(shù)有限公司，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)；汪興興（1984-），男，南通大學(xué)機械工程學(xué)院實驗師，碩士，研究方向：機械工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）