基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统研究
摘要：外力破坏等危害线路安全运行的事件给电网的安全稳定运行、社会经济的稳定发展带来严重影响。为实现对外力破坏事件的有效监控和预警，文章提出一种基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统方案，重点对系统的组成和功能进行分析与阐述，应用实例表明系统可以准确、实时地识别出现场的危险行为并为运维人员提供预警信息，该系统可为输电线路的安全运行提供必要的保障。
关键词：输电线路；防外力破坏；机器视觉；监控系统中图分类号：TN99 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-066-02.
0 引言
以超/特高压输电线路为主骨架的全国互联大电网，正深刻改变着我国的能源格局，促进了经济社会的全面可持续发展[1]。然而随着输电线路分布区域和传输距离的不断增长，输电线路易受环境气候影响以及人们生产活动的干扰这一问题日益凸显。近年来外力破坏等危害线路安全运行的事件数量不断上升，不仅给当事单位带来人员伤亡、设备毁损、财产损失，还对整个地区电网的安全稳定运行、社会经济的稳定发展带来严重影响[2]。
此外，这些外力破坏事件的发生具有经常性、隐蔽性、突发性的特点，尤其是在当前架空线路里程不断增加、网架日益复杂与线路运行管理部门人员紧张、运维工作繁重的矛盾面前，采用提高通道巡视频率或人员现场蹲守根本无法实施，即便采用无线视频在线监测装置，也难以做到实时职守和监察影像，加之没有自动的预警告警机制，仍然无法有效解决输电线路的防外力破坏问题。
因此，在当前智能电网发展的形势下，全面加强对输电线路通道隐患的管理，对通道附近危害线路运行的行为进行无人值守的实时在线监测和视频影像的智能诊断预警，有效阻止各类外力破坏事故的发生，建立快速反应的应急机制，是快速发展中的电网的必然选择。
基于上述分析，本文提出一种基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统，重点对系统的组成和功能进行阐述,最后给出本系统的应用实例。
1 系统组成
输电线路外破监控系统采用分布式结构，整体系统主要分为四个部分：监控节点构成的前端系统、视频服务器、PC 客户端/移动用户端、通信网络。系统的结构如图 1 所示。
图 1 输电线路外破监控系统结构图
输电线路外破监控系统通过安装在输电线路杆塔上的便携式视频采集与控制设备，对线路通道附近的施工现场、交通要道等外力破坏容易发生的地点进行视频实时监控，通过前端内嵌的图像处理和识别智能算法[3,4]，对危害线路的行为进行就地快速智能辨识与预警，以便运行人员及时掌握现场情况并采取有效措施，同时具备现场广播告警，为处置和防范危险的施工行为争取时间，从而有效避免外力破坏造成的人员损伤和设施毁坏，有效减少事故造成的停电检修作业工作。系 统功能描述如下。
1.1 远方巡视
（1）客户端巡视。运行管理人员可以在办公室使用客户端，通过安装在监控点附近如输电线路杆塔上的前端系统监控设备，对监控点包括线路本体和通道附近的施工现场、交通要道等容易发生外力破坏的地点进行日常巡视和管理。
（2）移动端巡视。运行管理人员也可以通过移动用户端随时随地接管前端系统监控设备，完成对监控点的巡视和管理。
1.2 图像采集
运行管理人员可以使用客户端在远方巡视的同时根据需要手动采集监控点的录像或图片，或者按照设定时间自动采集监控点的录像或图片。
1.3 危险行为辨识与预警
前端系统监控设备对监控点内设施和通道进行 24 小时监控，通过系统内嵌的图像处理和识别智能算法，实现对危害电力设备和输电线路的行为进行就地快速智能辨识与预警，检测出的危险事件截帧发送至后台监控系统、客户端、移动端（用户手机），以便运行管理人员及时掌握现场情况并采取有效措施。同时，前端系统具备现场广播告警，为处置和防范危险的施工行为争取时间，从而有效避免外力破坏造成的人员损伤和设施毁坏，有效减少事故造成的停电检修作业工作。
1.4 异常情形识别
系统可以对危害输电线路的以下外力破坏行为和现象进行自动判别：
（1）输电线路通道两侧线路保护区附近的吊臂伸展的吊车、输送臂伸展的灌浆车、抓斗伸展的抓兜车等对导线有危害大型施工机械的运动；（2）输电线路通道两侧线路保护区附近的塔吊长臂转动运动；（3）输电线路通道两侧线路保护区附近工作人员手持特长杆工作活动；（4）输电线路杆塔非法攀爬；（5）导地线附近空域异物入侵;（6）应用户需要定制其他特定的外力破坏异常行为和现象设别。
（7）导线安全距离内的树木等植物的移动和晃动等。
1.5 正常情形过滤
系统能对监控画面中出现的其他安全及正常的生产、生活活动进行过滤，以减少由此造成的错判读：
（1）输电线路通道两侧线路保护区以外的大型施工机械活动及塔吊吊臂的运动；（2）人员在在监控区域内的正常活动、运动；（3）各类车辆和施工机械在监控区的正常行驶和活动。
系统中各模块的组成与功能分别为： 前端系统。前端系统由摄像机、控制器和电源系统组成。
电源系统。前端系统安装在野外的，采用风光互补供电系统。风光互补供电系统包括垂直轴风力发电机[5]、太阳能光电转换组件[6]、磷酸铁锂蓄电池、电源控制管理单元四部分，其视频监控平台。由电网统一视频接入平台提高该项功能，PC 客户端/移动用户端。由连接于电力广域网内的 PC 和相关客户端程序、智能 3G 手机和相关客户端程序构成，向用户提供固定和移动两种模式的使用方式。
2 系统应用实例
图 2 输电线路外破监控系统现场危险行为实际辨识效果（图中红色框为系统自动标记）输电线路外破监控系统现场危险行为实际辨识效果如图2 所示。从图 2 可以看出，本文所设计的基于机器视觉的输电 线路通道外破监控系统可以准确的、实时的识别出现场的危险行为，并为输电线路运维人员提供预警信息，为输电线路的安全运行提供必要的保障。
3 结语
本文为防止外破行为对输电线路的破坏，提出一种基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统方案，重点对系统的组成和功能进行了阐述与分析，该系统可对输电线路全天候不间断监控,并将预警信息实时发送给运维人员，为电力系统的稳定、安全运行提供重要的保障。
参考文献：
[1] 王昊昊, 罗建裕, 薛禹胜等. 中国电网自然灾害防御技术现状调查与分析[J]. 电力系统自动化, 2010, 34(23): 5-10.
[2] 谢兵, 许金彤. 基于 3G 网络的输电线路防外力破坏智能视频监控系统研究[J]. 华东电力, 2010, 38(11): 1729-1731.
[3]Li P.H., Zhang T.W., Arthur E.C.P. Visual Contour Trackingbased on Particle Filters[J]. Image and Vision Computing,2003, 21(1):111~123.
[4] Liu T.L., Chen H.T. Real-time Tracking Using Trust-regionMethods[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2004, 26(3):397-402[5] 经琦, 刘贤兴, 施凯, 沈冬波. 风光互补发电系统设计及最大功率点跟踪控制[J]. 电力电子技术, 2015, 49(1): 63-66.
[6] 吴兴应, 龚光彩, 王晨光. 太阳能光电-热一体化与热泵耦合系统的热力性能实验研究[J]. 中国电机工程学报, 2015,35(4): 913-921
