基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统研究

基于机器视觉的输电线路通道外破监控系统研究

王佳 ¹ 李春栋 ² 张志平 ³ 李中龙⁴代晓光⁵

国网江西省电力有限公司九江供电分公司 江西九江 332000

摘要：窃电、暴力破坏等危害输电线路安全运行的事件时有发生，给我国电网的安全稳定运行造成恶劣影响，不利于我国社会经济的整体稳定发展。为了可以及时监督和预防外力破坏事件的发生，笔者认为可以利用机器视觉的输电线路通道对外力破坏进行监控和预警，实现输电线路安全运营的目标。基于此，本文通过对该机器视觉系统的组成和运营方式进行了简述，通过列举该系统在实践中的预警应用情况，证明该系统可以为我国输电线路的安全运行保驾护航。

关键词：机器视觉，输电线路通道，外力破坏，监控系统

一、引言

近些年我国正在搭建以超高压/特高压输电线路为骨干的全国互联大电网，有效缓解了我国东西部地区能源格局不平衡的弊端。为促进我国经济社会的全面可持续发展提供了不可或缺的物质保障。但由于全国互联大电网跨度我国不同的地区、传输距离不断增长，输电线路的安全性不光受到各地气候的影响、人们正常生产生活的干扰，还可能受到外力破坏等恶性事件的影响。

外力破坏事件具有隐蔽性强、发生频率高以及难以预料的特性，尤其随着我国架空线路距离的不断增加、输电线路网络的复杂程度不断攀升与线路运维人员短缺、工作量与日俱增之间在难以平衡的矛盾，运维人员无法采用传统的提高巡检次数以及现场蹲守的方式预防和减少外力破坏事件。另外，即使可以为输电线路增加无线视频监测系统，单纯依靠人力也难以做到实时跟踪和监察监控影像，也无法有效阻止外力破坏事件的发生。此外，由于此类严重危害输电线路安全的事件不断发生，还容易导致人员伤亡、设备毁损，不仅严重破坏了地区电网的安全稳定，还得整个经济社会的全面健康发展埋下隐患。

为了与智能电网的发展速度相适应，电力企业应当加强对输电线路通道潜在隐患的管理工作，对通道周边可能威胁输电线路安全的违法行为进行预防，有效避免外力破坏事件的发生，即使在无人值守时，也可以根据机器视觉建立起预防外力破坏输电线路通道的监控系统，根据实时监控对潜在威胁发出预警，建立快速应急反应机制。

二、因外力破坏原因导致的输电线路停运的现状

电能是人们日常生活和生产所必需的基础能源，由于经济活动的不断增加，整个社会的用电需求呈指数化增长，一旦供电企业无法保证电力的正常供应，将给社会各个方面造成难以估量的影响。尤其在我国正在努力建设智能电网的大环境下，开展确保电力系统安全稳定运行具有跨时代的意义。2017年出台的全国电力可靠性年度报告中的数据显示，在我国13类输变电设施中，架空输电线路的停运时间增幅显著增加，且以2017年为例，架空输电线路非计划停运高达486次，导致停运的原因包括自然灾害、气候因素、外力破坏、设备老化、运行管理不当及其它因素，其中因外力破坏导致的停运次数占比达25%以上。

输电线路外力破坏故障具体指的是由于外界干扰或破坏，导致输电线路部分设备毁坏或产生放电、短路、断路等异常状况。常见的外力破坏源头来自违章施工、违章建筑、超高植物以及飘挂物等。另一方面，随着我国基础建设事业的不断发展，部分不法分子在输电线路保护区内搭建起了诸多违章建筑。此外，还有于我国大型输电工程的不断实施，输电线路需要跨越不同地区，由于外力破坏导致的跳闸总数在故障事件中的占比也在逐年攀升，如何真正减少故障跳闸及停运次数，提升电网的安全性与稳定性，是我国供电企业急需解决的问题。

三、机器视觉系统运行原理概述及工作机制

（一）机器视觉的概念

机器视觉属于人工智能的分支领域，通俗将，就是利用机器来代替人工完成测量和判断工作。机器视觉系统可以利用图像摄取装置将被拍摄的输电通道转换成图像信号，并传输至专门的图像处理系统，根据被拍摄到的输电管道形态转化成数字化信号，图像处理系统会对像素分布情况、亮度、颜色等信息进行运算并对输电线路管道的实时状态进行分析，并根据判断结果操纵现场设备。

（二）机器视觉监控系统的组成及工作机制

输电线路防外力破坏监控系统采用的是分布式结构，具体而言，该监控系统分为四个组成部分：监控节点组成的前端系统、监控系统的服务器、移动客户端以及通信网络。该系统通常采用便携式视频采集和控制设备，安装于输电线路的杆塔上，可以对输电线路周边的施工环境、交通状况等易发生外力破坏的场景进行监控，并通过图像处理和识别智能算法，可以对数字化的信息进行快速识别和风险评估，提示运维人员及时查看输电线路通道的安全情况，并针对预警及时采取防范措施。还可以通过广播对潜在破坏者实施警示，为进一步预防和处置外力破坏行为提供争取更多的时间，有效减少了外力破坏事件的发生数量和因事故而造成的检修次数，避免产生较大的经济损失。

1、巡视系统

巡视系统可以分为客户端和移动端两种，不受地点约束对输电线路通道进行实时监控。

身处办公室的运维人员可以在客户端通过安装在杆塔上的监控节点对输电线路进行监控，主要查看线路本身是否存在老化或异常磨损，并可监控附近的施工现场、交通要道等极易给输电线路造成毁损的场所。与此同时，移动客户端可以帮助巡检人员通过移动设备随时接入监控系统，完成对输电线路管道的管理。

2、图像采集

运维人员可以通过客户端根据需要手动收集前端监控数据，通过各个监控节点对管道进行录像或拍照，并可以通过设定时间自动收集所需要的图像信息。

3、危险行为辨别与预警

前端监控节点构成的监控系统可以对特定设施和管道进行7×24小时的监控，并通过系统设定的图像处理程序和识别智能算法对外部环境中潜在的危害行为进行甄别和预警，一旦监控系统识别出风险，将同时将截取后的图像传送至客户端、移动端，以便运维人员根据现场情况及时作出有效反馈，及时喝止危害管道安全的行为，为运维人员争取更多的时间采取防御措施，避免因外力破坏事件导致停电检修进而造成严重的经济损失。

4、异常情况甄别

机器视觉监控系统内含有图像处理和智能算法，可以根据像素、颜色等数据识别外部环境的变化，对潜在外力破坏行为进行甄别，一旦发现异常情况，可将异常图像传送给运维人员进行复合或提示运维人员及时采取阻断措施，具体包括如下破坏行为：

第一，输电线路两侧通常设有保护区，以防止附近正在施工的具有吊臂的吊车、带有输送臂的灌浆车、抓兜车等施工车辆对输电线路造成的机械性损害；第二，塔吊长臂旋转过程中造成的机械性损害；第三，保护区附近因工作人员手持加长操作杆导致的机械性损害；第四，因非法攀爬输电杆塔造成的损害；第五，低空异物给导地线造成的损害；第六，因大风或其他恶劣天气导致植物或其他物件晃动给输电线路造成的损害；第七，根据输电线路周围环境所需定制的其他外力破坏行为。

5、正常情况甄别

在对输电线路监测过程中，系统应当具有对正常的生产生活活动进行甄别的能力:

第一，线路保护区以外大型施工机械的正常活动；第二，人员或其他动物在监控区域内所发生的正常活动；第三，各类车辆或设施在监控区域内的正常活动。

参考文献：

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