基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)研究

1、 基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)研究 摘要：一種以提高輸電線路安全性和可靠性為目的，研究基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)在線巡視系統(tǒng)采用可視監(jiān)控、紅外成像等技術(shù)，通過逐塔配置來替代人工巡視功能，并結(jié)合 opgw 光電分離和 epon 通信新技術(shù)實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的傳輸，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建采用分級結(jié)構(gòu)的智能預(yù)警系統(tǒng)。本文簡述該智能預(yù)警系統(tǒng)的運用，可有效實現(xiàn)輸電線路及其設(shè)備故障異常的智能識別。關(guān)鍵詞：輸電線路；原理；任務(wù)；方法引言 目前常用的輸電線路巡視方式是人工巡視，但其工作量大、巡視密度不高，尤其在天氣惡劣、地理環(huán)境復(fù)雜的情況下人工巡視更加難以實現(xiàn)。隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，高電壓輸電線

2、路數(shù)量日益增加，覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，直升機巡視和巡線機器人也得到了一定程度的運用，但以上巡線方式均受氣候影響較大，且無法實時反映輸電線路及其設(shè)備工作情況。隨著電力部門對輸電線路運行安全監(jiān)視需求的不斷提高，研發(fā)一種能取代人工巡視，實時、全面反映輸電線路及其設(shè)備的工作情況，并具有智能預(yù)警功能的在線巡視系統(tǒng)尤為迫切和重要。1 基于輸電線路巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)原理1.1 輸電線路在線巡視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本文研究的智能預(yù)警系統(tǒng)主要是基于所示的輸電線路在線巡視系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由三個部分組成：桿塔終端系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)絡(luò)和后臺主機系統(tǒng)。其中桿塔終端系統(tǒng)包括可見光視頻監(jiān)控模塊、紅外成像模塊、紅外感知模塊、氣象監(jiān)測模塊、

3、桿塔供能模塊和桿塔終端主機模塊，用于采集、處理相應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以滿足巡視工作的要求?；趏pgw 光電分離和 epon 通信新技術(shù)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)用于傳輸可見光視頻圖像、紅外圖像等信息，確保桿塔終端和后臺主機系統(tǒng)的實時連接。后臺主機系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對全線桿塔終端設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理、調(diào)度和控制，建立控制中心數(shù)據(jù)庫，詳細(xì)記錄各項操作，并對監(jiān)測到的異常狀況予以告警。1.2 基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)原理基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，充分利用其采集的海量可見光視頻圖像、紅外圖像等監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建智能預(yù)警系統(tǒng)，為了提高智能預(yù)警系統(tǒng)的工作效率和準(zhǔn)確性，該系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)要求形成分級結(jié)構(gòu)，第一級位于桿

4、塔終端主機，初步判斷輸電線路是否出現(xiàn)故障異常第二級位于后臺主機系統(tǒng)，精確判斷輸電線路故障類型。輸電線路在線巡視系統(tǒng)中桿塔終端的各測量單元將采集的信息傳輸至桿塔終端主機，正常情況下桿塔終端主機通過 onu 定時向后臺主機發(fā)送日常信息。當(dāng)桿塔終端主機的中央處理單元利用各種監(jiān)測信息進(jìn)行分析比對，發(fā)現(xiàn)異常時，則向后臺主機系統(tǒng)發(fā)送預(yù)警信號，同時向測量單元發(fā)送命令連續(xù)采集視頻或紅外圖像并上傳至后臺主機，以備后臺主機系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行故障分析。后臺主機系統(tǒng)收到桿塔終端主機中央處理單元發(fā)出的預(yù)警信號，則以圖像識別技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)建模與綜合分析等方法，根據(jù)上傳的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析判斷輸電線路及其設(shè)備是否出現(xiàn)

5、故障以及故障類型，如當(dāng)臺風(fēng)、雷擊、樹木生長、山火等危及輸電線路及其設(shè)備的災(zāi)害發(fā)生的時候，能通過及時監(jiān)測、分析，發(fā)出異常狀態(tài)的早期預(yù)警和故障報警。2 智能預(yù)警系統(tǒng)的任務(wù)基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)可以利用單個桿塔終端采集到的多監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行故障識別，也可以同時利用多桿塔終端采集到的同類監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行故障判斷。單桿塔終端采集、處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)是輸電線路智能預(yù)警系統(tǒng)的基本信息單元。基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)原理圖，智能預(yù)警系統(tǒng)的兩級結(jié)構(gòu)依次工作，完成對輸電線路實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)處理、故障異常初步判斷和故障類型的確定。每個桿塔終端含有多個測量設(shè)備，分別負(fù)責(zé)采集可見光視頻圖像、紅外圖像、微

6、氣象數(shù)據(jù)和紅外探測信號。預(yù)警系統(tǒng)的第一級應(yīng)能對可見光視頻圖像和紅外圖像進(jìn)行基于常規(guī)圖像識別技術(shù)的預(yù)處理，然后按一定的格式組織各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供給后臺主機系統(tǒng)。（2）故障識別判斷。桿塔終端主機中央處理單元基于采集到的可見光視頻圖像、紅外圖像等信息對輸電線路進(jìn)行初步故障識別。后臺主機系統(tǒng)綜合分析各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，如利用閾值目標(biāo)提取算法、模板匹配算法、紋理識別算法等圖像識別方法，判斷輸電線路故障類型，并結(jié)合層次分析法和模糊理論進(jìn)一步提高故障異常判斷的準(zhǔn)確性。（3）知識庫管理。知識庫主要包括故障判斷算法規(guī)則以及歷史數(shù)據(jù)整理存儲。知識庫的管理包括對這些規(guī)則的錄入、刪除、修改等，支持系統(tǒng)根據(jù)故障預(yù)警后的檢修結(jié)

7、果形成新的規(guī)則，也可通過用戶手冊對知識庫進(jìn)行管理。（4）結(jié)果執(zhí)行。故障異常被確定后，后臺主機系統(tǒng)立即發(fā)送相應(yīng)故障異常類型的報警信號，并可通過短信形式將故障異常位置和類型發(fā)送至相關(guān)工作人員手機上。（5）學(xué)習(xí)能力。智能預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)具備一定的學(xué)習(xí)能力，可以根據(jù)過去的經(jīng)驗積累知識，優(yōu)化其判斷方法以適應(yīng)新的環(huán)境。例如當(dāng)桿塔終端安裝的監(jiān)測設(shè)備類型發(fā)生變化時，要能及時修改故障判斷算法，利用現(xiàn)有的監(jiān)測數(shù)據(jù)增強故障異常判斷的準(zhǔn)確性。智能預(yù)警系統(tǒng)的適應(yīng)能力應(yīng)隨著學(xué)習(xí)實例和時間的增加而得到加強。3 典型輸電線路故障異常的判斷方法為實現(xiàn)輸電線路故障異常的智能判斷，首先要對采集的視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理，提高視頻圖像的信噪比。

8、然后再根據(jù)輸電線路及其環(huán)境特征，針對其常見故障異常，如：輸電線路覆冰、斷線等在視頻圖像中呈現(xiàn)的具體特點，提取視頻圖像相應(yīng)關(guān)鍵特征信息，如：灰度值、像素差等，對視頻圖像進(jìn)行判斷，并進(jìn)一步結(jié)合紅外圖像、微氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)相對精確地判斷輸電線路工作情況。3.1 基于圖像差分法的故障異常算法智能預(yù)警系統(tǒng)的第一級判斷單元位于桿塔終端主機中央處理單元，其根據(jù)可見光視頻圖像、紅外圖像初步判斷輸電線路是否出現(xiàn)故障異常，不必精確判斷故障類型，且其運算能力有限，故采用運算量小、易于實現(xiàn)的圖像差分法。圖像差分法一般是依靠判斷相鄰兩幀圖像之間的顯著差異來檢測運動的目標(biāo)，最常用的是兩幀差分法，即提取連續(xù)兩幀的視頻圖像進(jìn)行相

9、減運算得到兩幅圖像的差分圖像。該方法雖然算法簡單，易于實現(xiàn)，但檢測到的運動目標(biāo)并不精確。兩幀差分法檢測到的目標(biāo)不僅包括真正的運動目標(biāo)，還包括變化的背景區(qū)域，若遇到光照變化劇烈或場景有雨雪時，此法效果欠佳。因此根據(jù)輸電線路所處的地理位置，為適應(yīng)各種氣候環(huán)境影響，用于輸電線路的三幀差分算法。三幀差分法對連續(xù)的三幀圖像分別做前兩幀和后兩幀的差分圖像，再將兩幀連續(xù)的差分圖像進(jìn)行相與運算，根據(jù)差分圖像服從不同的統(tǒng)計規(guī)律設(shè)置變化檢測門限，實現(xiàn)對視頻圖像運動變化的檢測和識別，及時發(fā)出故障異常預(yù)警信號。相比于二幀差分法，三幀差分法雖然增加了算法的難度，但是有效地減少了圖片背景變化的影響，對故障異常的判斷更為準(zhǔn)確。以提高輸電線路安全性和可靠性為目的。結(jié)語：本文利用圖像識別技術(shù)和綜合評價方法，構(gòu)建了基于輸電線路在線巡視系統(tǒng)的智能預(yù)警系統(tǒng)。該智能預(yù)警系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)，有效提高了對于輸電線路及其設(shè)備故障異常判斷的準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)：1 舒立春, 羅保松,