圖像處理在輸電線路防外力破壞監(jiān)控中的應(yīng)用

蔡?hào)| 王洪成 王恒超

【摘 要】輸電線路外力破壞是引起輸電線路故障的主要原因之一。本文充分利用視頻處理的軟件優(yōu)勢(shì)，將圖像中異物檢測(cè)和軌跡檢測(cè)引入到輸電線路防外破工作，設(shè)計(jì)了分布式的輸電線路外力破壞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將防外破工作由原來(lái)的被動(dòng)報(bào)警，變成主動(dòng)預(yù)警，成功的降低了輸電線路外力破壞的概率。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；外力破壞；視頻；異物檢測(cè)；軌跡檢測(cè)

一、前言

大量的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，輸電線路外力破壞事件已成為危害電網(wǎng)供電可靠性和安全運(yùn)行的重要隱患。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)與基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，線路附近或走廊下方的吊車(chē)、泵車(chē)、挖掘機(jī)、頂管機(jī)等大型特種車(chē)輛的施工作業(yè)日益頻繁，稍有不慎就可能造成線路外破事件。2017年遼寧地區(qū)發(fā)生十幾起因吊車(chē)、頂管作業(yè)引起的輸電線路外力破壞事件。

輸電線路防外破工作得到了各級(jí)輸電運(yùn)行部門(mén)的重點(diǎn)關(guān)注，為了保證輸電線路安全，公司采取了限高線、視頻監(jiān)控等技術(shù)措施防止大型施工機(jī)械碰線，對(duì)于危險(xiǎn)性大的工地甚至安排專(zhuān)人現(xiàn)場(chǎng)24小時(shí)值守，消耗大量的人力物力。

現(xiàn)有的技術(shù)措施主要有：視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、激光雷達(dá)、紅外實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)電氣安全距離內(nèi)是否有外物入侵，來(lái)判斷是否存在危及線路安全的行為，并發(fā)送相關(guān)信息通知值守人員。由于應(yīng)用模式和安裝位置的限制，只具備被動(dòng)的危險(xiǎn)行為報(bào)警功能，不具備提前告知和面向機(jī)械操作者的預(yù)警，制約了應(yīng)用效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

本文擬基于機(jī)械視覺(jué)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)集成創(chuàng)新，構(gòu)建“人-機(jī)”協(xié)同系統(tǒng)，對(duì)施工機(jī)械類(lèi)外破危險(xiǎn)源實(shí)施進(jìn)場(chǎng)、施工、退場(chǎng)的全過(guò)程可視化主動(dòng)管控，實(shí)現(xiàn)輸電通道防外破技術(shù)從危險(xiǎn)行為后的被動(dòng)報(bào)警到危險(xiǎn)源全程主動(dòng)管控的技術(shù)升級(jí)，為輸電通道的防外破提供新的思路和技術(shù)手段。應(yīng)用模式和功能集成創(chuàng)新，將輸電線路運(yùn)行人員巡視監(jiān)督與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技防手段。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由防觸裝置，、圖像處理模塊和預(yù)警發(fā)布模塊四部分組成，其示意圖如圖1所示。

防觸裝置安裝在高壓鐵塔上，當(dāng)大型特種車(chē)輛進(jìn)入攝像機(jī)視場(chǎng)范圍時(shí)，防觸裝置通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)及時(shí)將圖像回傳至后臺(tái)服務(wù)器，圖像處理模塊及時(shí)檢測(cè)出吊車(chē)等大型車(chē)輛并計(jì)算其與架空線路間的距離，當(dāng)車(chē)輛與導(dǎo)線的距離小于預(yù)警距離時(shí)，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)將告警信息推送至前端，實(shí)現(xiàn)輸電線路外破風(fēng)險(xiǎn)的主動(dòng)報(bào)警。

1.防觸裝置設(shè)計(jì)

防觸裝置主要有安裝在輸電線路上的視頻監(jiān)控終端、和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)組成。其中視頻監(jiān)控終端由一臺(tái)槍機(jī)和一臺(tái)球機(jī)組成，太陽(yáng)能由兩塊太陽(yáng)能板和充放電控制器組成，蓄電池由鋰電池和保護(hù)電路組成。所有工作元器件均采用寬溫和防水、防震設(shè)計(jì)，采用屏蔽和接地防止高磁場(chǎng)對(duì)通訊和電子設(shè)備的干擾。

防觸裝置設(shè)置為突發(fā)性工作模式，只在后臺(tái)呼叫和觸發(fā)報(bào)警時(shí)才向后臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，避免圖像在傳輸過(guò)程中的產(chǎn)生高昂流量費(fèi)用。

2.圖像處理模塊設(shè)計(jì)

圖像處理模塊主要檢測(cè)吊車(chē)的出現(xiàn)及計(jì)算其到輸電線路的安全距離。本文首先采用Code Book方法對(duì)采樣背景進(jìn)行建模，由于吊車(chē)大多為黃色，本文把每個(gè)像素的RGB分量作為特征向量，從收集的包含吊車(chē)的視頻中選取若干畫(huà)面來(lái)訓(xùn)練顏色模型，當(dāng)?shù)踯?chē)進(jìn)入到畫(huà)面中可以拍攝圖像中每個(gè)單獨(dú)的聯(lián)通區(qū)域提取形狀特征，并根據(jù)形狀特征選取最像吊車(chē)吊臂的區(qū)域。對(duì)于視頻的每一幀，對(duì)疑似吊車(chē)的區(qū)域進(jìn)行相關(guān)分析，得到其運(yùn)行軌跡，同時(shí)根據(jù)空間幾何計(jì)算出其到輸電線路的距離，當(dāng)其距離達(dá)到安全距離時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)

3.預(yù)警發(fā)布模塊

預(yù)警發(fā)布模塊主要通過(guò)短消息，APP等方式，想電力運(yùn)維人員和吊車(chē)作業(yè)人員發(fā)布，及時(shí)告知風(fēng)險(xiǎn)。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，由于監(jiān)測(cè)環(huán)境與監(jiān)測(cè)對(duì)象的特殊性，所使用的各部件均要求的具有低功耗性且智能化高。在對(duì)電力設(shè)施監(jiān)測(cè)中，項(xiàng)目要求對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行全天候的視頻監(jiān)測(cè)、對(duì)異常情況進(jìn)行智能分析、及時(shí)將突發(fā)情況上傳圖像至監(jiān)控中心并自動(dòng)告警。本系統(tǒng)結(jié)合低功耗的槍式攝像機(jī)和視頻偵查分析儀來(lái)對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行全天候的監(jiān)測(cè)，如有高大物體跨越線路最低處時(shí)，或電力設(shè)施出現(xiàn)異常情況時(shí)，前端視頻分析模塊自動(dòng)分析、并發(fā)出告警、啟用錄像、拍照等告警行為，同時(shí)上傳告警信息、告警圖像到監(jiān)控中心。

三、結(jié)論

本文研制的視頻防外破系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并成功實(shí)現(xiàn)多起外破事件的預(yù)警，為輸電線路的安全運(yùn)行提供了安全保障，有望大規(guī)模應(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔣濟(jì)遠(yuǎn)，胡旭，李堅(jiān).淺析輸電線路外力破壞的原因和對(duì)策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào). 2018（03）

[2]陳潔.輸電線路外力破壞防控措施的探討[J].山東電力技術(shù).2018（02）

[3]楊力，朱海波，黃靜.輸電線路防外力破壞激光預(yù)警系統(tǒng)的研制[J].電子技術(shù)與軟件工程.2017（07）

[4]石玉峰，靳軍.輸電線路全壽命周期對(duì)外力破壞的動(dòng)態(tài)控制[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊）.2017（09）

[5]余江，余海，王一，張順.輸電線路防外力破壞中雷達(dá)視頻監(jiān)控的應(yīng)用[J].中國(guó)高新區(qū).2018（05）

[6]侯亞波，侯志鋒.輸電線路外力破壞原因分析以及采取的對(duì)策[J].河北企業(yè). 2013（06）

[7]李艷偉，張壽剛，王寶成.對(duì)輸電線路防止外力破壞的對(duì)策研究[J].中國(guó)設(shè)備工程.2018（02）

[8]唐曉寧，潘生國(guó)，尚凌智，毛勁松，王新喜，嵇大偉，趙偉剛.輸電線路主動(dòng)預(yù)警式防外力破壞監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].湖北電力.2016（03）

[9]郭圣，曾懿輝，張紀(jì)賓，寧小亮.輸電線路防外力破壞智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 廣東電力.2018（04）

[10]胡航.鎮(zhèn)江市區(qū)輸電線路防外力破壞對(duì)策探究[J].科技與企業(yè).2013（18）