基于視覺分析軟測量的礦用輸電線路隱患識別處置技術(shù)研究與應(yīng)用

研發(fā)起止時間：2018年12月~2020年12月

完成單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司

獲獎及評價：國際先進(jìn)

1 立項背景

輸電線路受到環(huán)境氣候影響、人類生產(chǎn)活動及其它意外突襲干擾所造成的電網(wǎng)突發(fā)事故量也日趨上升。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近年來因外力破壞等危害線路安全運行的事件約占35%以上，不僅帶來人員傷亡和設(shè)備毀損等直接財產(chǎn)損失，還對整個礦區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和社會的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。因此，輸電線路預(yù)防外力突襲破壞已經(jīng)引起相關(guān)領(lǐng)域的高度重視。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)有輸電線路多處于高山樹林繁茂地帶，受大風(fēng)環(huán)境影響常有異物懸掛在輸電線路上，同時樹木不斷生長形成的樹障對線路影響尤其巨大，可能引起線路短路跳閘。由于異物種類多樣，一般消缺裝置難以精確清除而且耗時緩慢，對消缺工作產(chǎn)生巨大阻礙。本項目研究對外破的實時監(jiān)測、通道危險源預(yù)防。當(dāng)輸電線路有施工破壞時，可對現(xiàn)場進(jìn)行實時預(yù)警；當(dāng)輸電線路懸掛異物時，可自主識別告警；當(dāng)樹障生長突破輸電通道安全距離5 m，對樹障進(jìn)行預(yù)警，幫助工作人員預(yù)判外破具體情況并及時應(yīng)用遠(yuǎn)程處置技術(shù)對異物進(jìn)行快速清除。

本項目提出基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路外破診斷及遠(yuǎn)程處置技術(shù)，通過在礦區(qū)輸電線路布置物聯(lián)網(wǎng)采集終端，對采集圖像進(jìn)行智能分析，（見圖1）發(fā)現(xiàn)異?？稍诠芾砥脚_中安排運維人員攜帶遠(yuǎn)程激光清除裝置快速趕赴現(xiàn)場，從地面發(fā)射激光，以“地對空”的方式將樹木、塑料異物等遠(yuǎn)程灼燒切割擊落，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸式、可帶電作業(yè)的異物清除方法，同時針對激光清障裝置進(jìn)行出光角度、熱感應(yīng)阻斷等安全技術(shù)管控，提高架空線路異物清除工作效率，降低維護(hù)成本，減輕作業(yè)人員工作強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險，確保輸電網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

圖1 整體技術(shù)方案

2 研究內(nèi)容

（1）針對礦區(qū)輸電線路危險源識別跟蹤告警主要采用視頻在線監(jiān)控設(shè)備前端芯片內(nèi)置識別算法，發(fā)現(xiàn)隱患后后臺系統(tǒng)告警并生成隱患處置工單，采用激光除障設(shè)備現(xiàn)場清除隱患。

（2）對于線路異物搭掛類隱患，提出基于特征診斷的識別方案。由于輸電線路異物多種多樣，形狀顏色特征各不相同，因此異物識別算法首先識別桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等主要設(shè)備，然后判斷導(dǎo)線上有非以上主要設(shè)備的物體存在則判斷為異物并進(jìn)行告警。

（3）對于線下施工類隱患，提出了基于深度學(xué)習(xí)的施工場景識別技術(shù)。自動爬網(wǎng)采集海量的施工車輛圖像數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的標(biāo)定，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練分類器實現(xiàn)對于不同拍攝角度不同時間拍攝圖像中施工車輛識別，達(dá)到準(zhǔn)確進(jìn)行防外破告警的目的。

（4）對于線下樹障隱患，提出了基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路線下樹木安全距離判斷方法。通過視頻在線監(jiān)測設(shè)備獲取輸電線下樹木圖像，灰度邊緣多尺度提取樹影特征圖像，根據(jù)太陽方位角與坡向等數(shù)據(jù)建立樹高模型，與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計算樹尖到導(dǎo)線的距離，判斷是否需要清除樹障。

（5）為解決樹障和異物搭掛隱患，設(shè)計一款采用Yb3+、Tm3+共摻的錐形雙包層光纖作為主放大級增益介質(zhì)，分布反饋型光纖激光除障器，斜率效率達(dá)70%，工作功率達(dá)350 W。

（6）研究NBloT物聯(lián)網(wǎng)和北斗定位技術(shù)，設(shè)計的激光除障器具有遠(yuǎn)程授權(quán)指紋解鎖，熱感應(yīng)場景智能識別、角度鎖死等功能，保障激光除障器安全有序使用。

3 創(chuàng)新點

（1）提出了基于視覺分析軟測量的礦區(qū)輸電線路線下樹木安全距離判斷方法。研究了灰度邊緣多尺度提取樹影特征圖像樹高計算方法，與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計算樹木安全距離，實現(xiàn)實時的遠(yuǎn)程樹障隱患監(jiān)控。替代人工巡線，降低線路運維成本，提升線路運行可靠性。

（2）提出了基于特征識別的輸電線路異物識別方法，通過識別線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等關(guān)鍵設(shè)備，判斷導(dǎo)線上出現(xiàn)其他物體為異物搭掛，能夠替代人工巡檢，及時快速發(fā)現(xiàn)線路異物搭掛隱患。

（3）選取了Yb3+、Tm3+共摻纖芯，設(shè)計錐形雙包層光纖作為主放大級增益介質(zhì)，開發(fā)的分布反饋型光纖激光除障器，有效降低設(shè)備功耗同時具備更強(qiáng)的切割除障能力，減少了設(shè)備體積便于長時間野外作業(yè)。

（4）提出了一種利用NBloT物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位和熱感應(yīng)阻斷的激光設(shè)備安全管控技術(shù)方案，實現(xiàn)線路清障全過程智能安全管控，降低了因激光設(shè)備操作不當(dāng)導(dǎo)致事故的風(fēng)險。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置支持太陽能供電，攝像頭超過500萬像素；

（2）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置兼容物聯(lián)網(wǎng)分析管控模塊，支持遠(yuǎn)程預(yù)警查詢；

（3）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置識別外破準(zhǔn)確率不低于90%；

（4）異物遠(yuǎn)程清除裝置采用光纖型激光器，設(shè)計功率不小于300 W；

（5）異物遠(yuǎn)程清除裝置有效作業(yè)距離不小于200 m；

（6）異物遠(yuǎn)程清除裝置便攜式電源續(xù)航不低于30 min；

（7）異物遠(yuǎn)程清除裝置使用云臺控制，采用風(fēng)冷冷卻方式，兼容物聯(lián)網(wǎng)安全管控模塊。

5 研究成果及應(yīng)用效果

本項目獲授權(quán)計算機(jī)軟件著作權(quán)2項。經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織專家對本項目進(jìn)行科技成果鑒定，成果達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

自2019年1月6日在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司110 kV礦區(qū)輸電線路坊四線,35 kV巖線進(jìn)行工業(yè)性試驗運行，后在10條線路上進(jìn)行推廣應(yīng)用。試點期間礦區(qū)輸電通道隱患識別平臺主動發(fā)現(xiàn)通道隱患7起并進(jìn)行告警，采用項目研發(fā)的激光清障裝置對隱患進(jìn)行了處置（見圖2），取得了較好的效果。

圖2 現(xiàn)場隱患清除