超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)分析

翟欣欣

摘? 要：隨著森林災(zāi)害問(wèn)題持續(xù)增加，作為電力輸送重要保障的超高壓輸電線路也受到較大影響，因此，如何有效分析超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)已經(jīng)成為備受業(yè)內(nèi)關(guān)注的話題。本文簡(jiǎn)要闡述如何通過(guò)分析全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的主要原理、實(shí)現(xiàn)模型、體系構(gòu)建的內(nèi)容，便于對(duì)超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)進(jìn)行合理研究，以期為提升山火監(jiān)測(cè)水平提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：超高壓輸電線路;火山監(jiān)測(cè);火災(zāi)定位

引言：

由于森林災(zāi)害事故逐年增多，也給電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)較大影響，主要體現(xiàn)在森林災(zāi)害中山火的出現(xiàn)會(huì)給超高壓輸電線路帶來(lái)不同程度影響，引發(fā)線路故障甚至損毀，嚴(yán)重影響電力資源的正常供應(yīng)，由此可見(jiàn)，重視全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)顯得尤為重要，如何針對(duì)超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)進(jìn)行合理分析也成為必須亟待解決的主要問(wèn)題。

一、全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的主要原理

山火作為主要的森林災(zāi)害，不僅能夠?qū)α謪^(qū)植被帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害，還會(huì)導(dǎo)致超高壓輸電線路產(chǎn)生跳閘故障，促使電力系統(tǒng)無(wú)法將電能向用戶正常供應(yīng)。產(chǎn)生此類問(wèn)題的主要原因是由于使用氣象衛(wèi)星對(duì)山火進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，易受氣候條件影響，會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程產(chǎn)生干擾。同時(shí)，超高壓輸電線路架設(shè)環(huán)境比較復(fù)雜，地理、環(huán)境、桿塔數(shù)量和位置等因素差異較大，也會(huì)影響山火監(jiān)測(cè)與定位的精確性。結(jié)合上述內(nèi)容，合理分析全景山火監(jiān)測(cè)定位技術(shù)顯得尤為重要，其中衛(wèi)星與地面終端監(jiān)測(cè)是最為主要的部分，需要進(jìn)行深入解析，例如，全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)中采用的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)為極軌衛(wèi)星與同步衛(wèi)星兩種，二者的主要區(qū)別在于極軌衛(wèi)星能夠?yàn)楸O(jiān)測(cè)分辨率、清晰度等方面提供良好保障，但是其無(wú)法做到進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。至于同步衛(wèi)星由于其運(yùn)行的速度能夠與地球的自轉(zhuǎn)速度保持一致，可利用不間斷監(jiān)測(cè)的特性有效彌補(bǔ)極軌衛(wèi)星的不足，只是在分辨率、清晰度方面相對(duì)較弱，若只依靠同步衛(wèi)星進(jìn)行檢測(cè)，極易產(chǎn)生誤報(bào)、漏報(bào)等問(wèn)題[1]。至于監(jiān)測(cè)山火災(zāi)害是以維恩位移定律為主要依據(jù)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)山火點(diǎn)高溫變化形成的電磁波波長(zhǎng)以及高溫輻射形成的亮度變化。山火地面監(jiān)測(cè)終端作用于輸電線路桿塔上，主要類型包括可見(jiàn)光圖像監(jiān)測(cè)終端、紅外熱成像監(jiān)測(cè)終端以及紅外面陣測(cè)溫傳感器。山火地面監(jiān)測(cè)終端通過(guò)利用紅外熱成像、熱輻射等原理監(jiān)測(cè)到山火問(wèn)題后，需要借助移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)才能達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的。

二、全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)模型

（一）火點(diǎn)識(shí)別

想要判斷是否為火點(diǎn)，可以通過(guò)設(shè)置亮溫閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是通過(guò)對(duì)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)后的亮點(diǎn)圖像進(jìn)行降噪處理后，判斷其溫度是否高于閾值。只是閾值的選取受到很多因素的影響，例如季節(jié)、溫度等，只有依照具體情況予以選擇，才能將閾值的作用予以充分發(fā)揮，也能讓火點(diǎn)識(shí)別的準(zhǔn)確度得到保證。同時(shí)，也要注意不同地區(qū)存在海拔差異的情況，才能根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整模型中的權(quán)重值，否則，導(dǎo)致火情未能在初期被及時(shí)控制。

（二）預(yù)警判斷

火點(diǎn)被識(shí)別后，還需要對(duì)監(jiān)測(cè)到的情況進(jìn)行判斷，也就是對(duì)山火預(yù)警的有效性予以判斷，主要原理是先將已經(jīng)高于閾值的亮溫作為疑似山火送入任務(wù)列表中，再以此為基礎(chǔ)再次進(jìn)行特定周期的監(jiān)測(cè)并對(duì)比亮溫的前后變化，通常監(jiān)測(cè)周期為10min。經(jīng)過(guò)對(duì)比極軌衛(wèi)星和同步衛(wèi)星的近似告警后得出高疑似火點(diǎn)。需要注意的是，判斷高疑似火點(diǎn)時(shí)，也要結(jié)合環(huán)境、地理等各類因素建立有效的置信度模型，再以事件優(yōu)先級(jí)為核心分別設(shè)置權(quán)重值，分析不同影響因素下產(chǎn)生山火的概率，從而判斷山火預(yù)警是否可信。

（三）煙霧識(shí)別

超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)中，也會(huì)對(duì)山火產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行識(shí)別，主要是依賴地面監(jiān)測(cè)終端拍攝的桿塔周圍的圖像，結(jié)合卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以構(gòu)建不同層級(jí)的山火煙霧識(shí)別模型，例如運(yùn)用LeNet-5模型結(jié)構(gòu)的山火煙霧識(shí)別模型中包含6個(gè)層級(jí)，其中卷積層、池化層的交替聯(lián)級(jí)能夠達(dá)到提出特征的目的，主要包含于前4層中，再與全連接層相結(jié)合，便于激活各層函數(shù)。至于最后一層為分類器，便于對(duì)模型中目標(biāo)輸出與實(shí)際輸出的交叉熵進(jìn)行優(yōu)化。

（四）與線路的距離

火點(diǎn)與超高壓輸電線路間的距離也是全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)的內(nèi)容，主要原理是利用數(shù)據(jù)庫(kù)引擎將區(qū)域網(wǎng)格化，畢竟數(shù)據(jù)中包含了區(qū)域內(nèi)的所有桿塔信息，此時(shí)想要知曉火點(diǎn)與輸電線路的距離，只要判斷火點(diǎn)與桿塔的距離即可。只是桿塔的數(shù)量龐大，該方式需要?dú)v遍數(shù)據(jù)庫(kù)中的所有桿塔信息，實(shí)現(xiàn)效率極其有限，此時(shí)可以將桿塔作為中心，結(jié)合警戒范圍和火點(diǎn)信息表并進(jìn)行網(wǎng)格標(biāo)記處理，再針對(duì)位于該范圍內(nèi)的火點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，便可得出兩者間的距離[2]。

三、全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的體系構(gòu)建

（一）山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是超高壓輸電線路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的重要組成，主要由硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)兩部分組成，其中硬件架構(gòu)由衛(wèi)星、監(jiān)測(cè)終端、直升機(jī)三個(gè)部分組成，不同的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的功能也各不相同，比如，衛(wèi)星可由紅外傳感掃描儀將已經(jīng)掃描的地面信息上傳回衛(wèi)星接收裝置，再經(jīng)合成處理形成能夠傳送至采集服務(wù)器中的圖像。監(jiān)測(cè)終端可以利用終端設(shè)備拍攝超高壓輸電線路周圍情況，再利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至采集服務(wù)器中。軟件架構(gòu)主要為對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、山火圖像處理、山火綜合分析、火點(diǎn)歷史庫(kù)以及山火告警等模塊，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軟件數(shù)據(jù)的有效處理，也能夠?qū)ι交鹎闆r進(jìn)行合理識(shí)別，并在真正發(fā)現(xiàn)災(zāi)害時(shí)及時(shí)發(fā)布告警。

（二）全景山火監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作機(jī)制

由于衛(wèi)星監(jiān)測(cè)與地面終端在監(jiān)測(cè)山火時(shí)能夠發(fā)揮出不同的優(yōu)勢(shì)，同樣也具備許多不足之處，例如，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)極易受到氣象條件、地理、環(huán)境等因素的影響，一旦遭遇大霧等情況時(shí)，會(huì)降低監(jiān)測(cè)質(zhì)量。利用地面終端進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，想要確保能夠達(dá)到良好效果，必須要在桿塔、終端設(shè)施數(shù)量和設(shè)置方面具備較強(qiáng)的科學(xué)性，才能發(fā)揮真正作用。由此可見(jiàn)，兩者不能單獨(dú)使用，需要采取兩者協(xié)同工作的機(jī)制才能取得較好的效果，具體內(nèi)容為可利用衛(wèi)星對(duì)火點(diǎn)位置予以明確，并及時(shí)形成產(chǎn)生山火后的熱力分布圖，便于合理設(shè)置地面監(jiān)測(cè)終端，保障最大化終端設(shè)施的作用，否則會(huì)造成不必要的資源投入[3]。如果地面終端監(jiān)測(cè)的周圍情況與衛(wèi)星告警相同，表明山火告警具備較高的精確性。

（三）全景山火防控措施

全景山火防控措施是不僅要將衛(wèi)星、地面終端作為監(jiān)測(cè)手段，也要在將兩者作為防控手段的同時(shí)，結(jié)合人工巡視的方法實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的山火監(jiān)測(cè)與定位。至于人工巡視主要依賴于日常工作中的直升機(jī)和無(wú)人機(jī)巡視。這三種方式的有效結(jié)合能夠發(fā)揮各自所長(zhǎng)的同時(shí)，也能達(dá)到相互彌補(bǔ)的目的，例如，在氣候條件較差，大霧、多云等情況下，衛(wèi)星和地面終端監(jiān)測(cè)的效果會(huì)受到影響，此時(shí)人工巡視便能夠發(fā)揮較好的作用。或者在耕種時(shí)節(jié)，山火發(fā)生的概率會(huì)大幅增加，可以利用衛(wèi)星、地面終端與人工巡視相結(jié)合的方式，其中在當(dāng)前情況下，人工巡視頻率要相應(yīng)增加，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，避免因山火引發(fā)超高壓輸電線路故障，影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

結(jié)論：

綜上所述，盡管森林災(zāi)害已經(jīng)得到了廣泛重視，但是在山火監(jiān)測(cè)與定位方面仍然存在著許多問(wèn)題，所以，為了在災(zāi)害發(fā)生時(shí)對(duì)超高壓輸電線路予以有效保護(hù)，必須要重視對(duì)全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)的主要原理、實(shí)現(xiàn)模型、體系構(gòu)建的研究，確保能夠?yàn)橛行Х治龀邏狠旊娋€路全景山火監(jiān)測(cè)與定位技術(shù)提供便利的同時(shí)，也能提升山火的監(jiān)測(cè)與定位水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]章國(guó)勇，陸佳政，李波，等.電網(wǎng)山火同步衛(wèi)星監(jiān)測(cè)影像快速投影定位方法[J].高電壓技術(shù)，2018，4（19）：1-8.

[2]李曉飛，張晨瑤，陸岫昶.基于圖像識(shí)別技術(shù)的輸電線路防山火監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].百科論壇電子雜志，2020（007）.

[3]孫萌，王奇，宋云海，等.基于圖像識(shí)別技術(shù)的輸電線路衛(wèi)星山火監(jiān)測(cè)與定位[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2019，38（1）：65-69.