輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端無線通信解決方案設計

［關(guān)鍵詞］輸電線路；圖像可視化；監(jiān)測終端；無線通信

［中圖分類號］TM75 ；TN92 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0129–03

1輸電線路圖像可視化監(jiān)測在電力系統(tǒng)中的應用

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)運營中，確保輸電線路的穩(wěn)定和安全運行至關(guān)重要。隨著技術(shù)的發(fā)展，輸電線路圖像可視化監(jiān)測已成為提高電力系統(tǒng)可靠性和效率的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)利用高分辨率攝像頭與先進的圖像處理算法，實時捕捉輸電線路的物理狀態(tài)，并通過圖像分析技術(shù)進行故障預警和維護決策支持。圖像可視化監(jiān)測終端能夠在各種氣候條件下操作，能檢測到如絕緣子污染、線路振動、設備老化等多種問題，極大地減少了因巡檢不足引起的事故風險，提高了電力系統(tǒng)的整體安全性。無線通信技術(shù)在輸電線路圖像可視化監(jiān)測系統(tǒng)中使得監(jiān)測終端可在偏遠或難以布線的區(qū)域部署，而無需依賴傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡。通過無線通信技術(shù)，監(jiān)測終端收集的圖像和數(shù)據(jù)可實時傳輸至控制中心，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院蜁r效性。

2輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端無線通信解決方案設計

2.1無線通信技術(shù)選擇

在設計輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端的無線通信解決方案時，選擇合適的無線通信技術(shù)是至關(guān)重要的步驟，直接影響到整個監(jiān)測系統(tǒng)的效能和可靠性。有效的無線通信技術(shù)選擇需要綜合考慮傳輸距離、數(shù)據(jù)帶寬需求、能耗限制、環(huán)境因素以及成本等因素。對于輸電線路圖像可視化監(jiān)測系統(tǒng)而言，監(jiān)測終端通常分布在廣闊的地理范圍內(nèi)，包括偏遠和人跡罕至的區(qū)域，這就要求所選無線通信技術(shù)必須具備較強的信號穿透力和廣泛的覆蓋能力。當前，常見的無線通信技術(shù)包括Wi-Fi、LTE、5G 及LoRa 等。Wi-Fi 雖然在局部范圍內(nèi)提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，但其覆蓋范圍較小，不適用于廣闊的輸電環(huán)境。LTE 技術(shù)提供了較好的平衡點，能夠在相對較廣的范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務，但其部署和運營成本相對較高。無線通信技術(shù)選擇流程如圖1 所示。

2.2無線通信網(wǎng)絡架構(gòu)設計

輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端的無線通信網(wǎng)絡架構(gòu)設計是確保整個監(jiān)測系統(tǒng)能高效、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該網(wǎng)絡架構(gòu)必須能夠支持高數(shù)據(jù)負載和實時數(shù)據(jù)傳輸，同時確保在廣闊的地理環(huán)境中維持通信的連續(xù)性和可靠性。為此，網(wǎng)絡設計應采用分層結(jié)構(gòu)，包括核心傳輸網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)聚合層和感知層，每層均采用最適合其功能和服務需求的通信技術(shù)。

在感知層，監(jiān)測終端裝備有高分辨率攝像頭，持續(xù)捕捉輸電線路的實時圖像，并通過邊緣計算技術(shù)進行初步數(shù)據(jù)處理，以減少傳輸至核心網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)聚合層作為感知層與核心傳輸網(wǎng)絡之間的橋梁，負責收集各監(jiān)測點傳來的數(shù)據(jù)，并進行二次匯總和處理，這一層的設計關(guān)鍵在于確保數(shù)據(jù)的完整性和傳輸?shù)募皶r性。核心傳輸網(wǎng)絡是整個無線通信網(wǎng)絡架構(gòu)中的關(guān)鍵，其不僅需要處理來自數(shù)據(jù)聚合層的大量信息，還必須確保這些信息能安全、快速地傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

2.3圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸

在輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端無線通信解決方案的設計中，圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸是實現(xiàn)高效監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。該過程不僅需要高分辨率的圖像捕捉，還必須保證圖像數(shù)據(jù)能夠在無線網(wǎng)絡中實時且安全地傳輸至控制中心。圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸過程涉及復雜的數(shù)據(jù)處理和通信調(diào)度，其效率和準確性直接影響到監(jiān)測系統(tǒng)的整體性能。

圖像數(shù)據(jù)的采集依賴于部署在輸電線上的高清攝像頭，這些攝像頭必須能夠在各種氣候條件下穩(wěn)定工作，捕捉到清晰的圖像。采集到的原始圖像數(shù)據(jù)Io通常具有高數(shù)據(jù)量，直接傳輸會消耗大量網(wǎng)絡資源并增加延遲。因此，引入高效的圖像壓縮算法是必需的。壓縮算法可以表示為：

在本次測試過程中，所使用的數(shù)據(jù)集是實測數(shù)據(jù)，主要來源于專門為此目的配置的高分辨率攝像頭系統(tǒng)，這些攝像頭安裝在控制的室內(nèi)外環(huán)境中，用以模擬實際的輸電線路監(jiān)控情況。測試中數(shù)據(jù)使用的方式是針對性地進行多輪試驗以確保結(jié)果的準確性和可靠性。整個測試過程進行了5次獨立測試，每次測試都是一個單獨的實例，沒有將數(shù)據(jù)分組。在測試中，主要考察了4個關(guān)鍵指標，即響應時間、數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)準確性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。響應時間指從圖像數(shù)據(jù)被捕獲到數(shù)據(jù)可供最終用戶訪問的總時間，這個指標反映了系統(tǒng)處理和傳輸數(shù)據(jù)的速度；數(shù)據(jù)傳輸率描述了數(shù)據(jù)從監(jiān)測終端傳輸?shù)娇刂浦行牡乃俾?，衡量網(wǎng)絡通信效率；系統(tǒng)準確性衡量圖像處理和數(shù)據(jù)分析的準確度，反映了系統(tǒng)的操作精確性；系統(tǒng)穩(wěn)定性以百分比表示，顯示系統(tǒng)在連續(xù)運行過程中的可靠性。

對應測試指標的測試結(jié)果見表1。根據(jù)表1 數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)在連續(xù)5 次測試中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和準確性，準確性和穩(wěn)定性的平均值分別高達98.63% 和99.81%。響應時間在2.45～2.53s，顯示了系統(tǒng)處理和傳輸數(shù)據(jù)的高效性，而數(shù)據(jù)傳輸率在45.65～50.21 MB/s波動，表明無線通信網(wǎng)絡能夠有效支持高速數(shù)據(jù)傳輸。這些測試結(jié)果反映了所設計的無線通信解決方案能夠滿足高性能要求，為輸電線路圖像可視化監(jiān)測提供了一個可靠和高效的技術(shù)支持。

4結(jié)束語

本研究圍繞輸電線路圖像可視化監(jiān)測終端的無線通信解決方案進行深入探討，旨在為電力行業(yè)提供一個具備高效傳輸、廣覆蓋、強安全性的無線通信網(wǎng)絡設計方案。通過對不同無線通信技術(shù)的綜合評估與優(yōu)化配置，結(jié)合先進的圖像處理和數(shù)據(jù)安全技術(shù)，本研究提出的解決方案將極大地提升輸電線路圖像監(jiān)測系統(tǒng)的性能和可靠性，為電力系統(tǒng)的安全運營提供堅實的技術(shù)支持。