输电线路虚拟智能隔离屏障的研究与应用

朱晓华

摘 要：文章着重探寻了输电线路智能隔离技术。通过综合运用信息、通信、控制、管理等领域的先进技术，确保输电网网架坚强。大力推进输电自动化建设，实现输电网能量流、信息流、业务流的双向运作与高度整合，构建具备集成、互动、自愈、兼容、优化等特征的智能输电系统，实现输电网网络智能。

关键词：智能电网；智能图像；视频分析

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0059-02

随着我国经济社会持续健康发展和人民生活水平不断提高，对加强电网建设、电网安全稳定运行、电能质量和优质服务水平提出了更高要求。由于输电线路分布范围广，常常穿越城市和乡村，且随着经济的快速发展，城乡基础建设越来越频繁，其运行常受到人们生产和建筑单位施工的干扰。这些外力破坏具有经常性、隐蔽性和突发性的特点，使供电部门的日常巡视难以达到理想的管理效果。

目前，电力系统中防外破的防范上主要是以人为主，但是由于人的不可控，所以不能很好的危险源点管控。为此，基于图像分析技术平台，利用图像处理、模式识别、无线通讯传输等先进技术，实现在输电线路四周形成虚拟智能隔离屏障，将被动监控转化为主动防范，将危险扼杀在萌芽状态，提高输电管理水平，成为今后的发展方向。

1 现状分析

根据国家电网加强智能电网总体发展目标，力争要将输电网打造成清洁、高效的智能输电网系统。通过技术创新与管理创新，综合运用信息、通信、控制、管理等领域的先进技术成果，持续实施加强输电网架的建设，确保输电网网架坚强；大力推进输电自动化全面建设，实现输电网能量流、信息流、业务流的双向运作与高度整合，构建具备集成、互动、自愈、兼容、优化等特征的智能输电系统，实现输电网网络智能。经过查阅大量的资料，咨询公司相关专家，对现有保护输电线路安全稳定运行的措施做了详细统计，将现有的方式分为四大类，并列举其相关问题。

1.1 GPRS定位技术及其问题

利用GPRS定位技术供电公司巡查人员每月巡查，以此监督每个巡查人员必须将每个危险源点线路都检查过去。

存在的问题：出现监督真空，可能存在巡查人员检查的时候高压线下是正常的，没有危险物，巡查过后出现对高压线有威胁的大型器械，而且在国网公司“五大体系”建设中，人员结构性紧缺，这样巡查额外给运维人员增加工作量。

1.2 人海战术及其存在的问题

发动人民群众，利用人海战术。每当有群众发现高压线下有危险物体存在，拍摄照片，并立刻电话通知供电公司相关人员。

存在的问题：在夜间高压线下出现危险问题的时候，很难有人去通知供电公司相关人员，还有人烟稀少的地方，也同样会出现此类问题。

1.3 人为防护和干预及其问题

在输电线路危险源点驻扎相关人员，进行人为防护和干预。

存在的问题：由于人的不可控因素较多，会出现看护真空，更不能准确地把握安全距离，当塔吊、水泥泵车等大型器械对输电线路有安全威胁行为发生前不能准确及时预警。

1.4 视频监控及其问题

在输电线路危险源点相关高压塔上安装普通视频监控，施现场查看现场视频。

存在的问题：主要是由运维人员为主导，对施工现场监控进行实时监视，经过大量数据研究，运维人员紧盯屏幕在8 min左右就会觉得异常疲劳；并且不管现场危险源点作业是否存在隐患或是否工作时，都要求将摄像机采集的视频信号流传输到监视中心；这种传输方式不仅要消耗大量的通信带宽，而且会造成巨额的通信费用，更重要的是并不能起到实际有效的监视效果。

为了解决以上四个问题，输电线路虚拟智能隔离屏障的研究与应用提上了议事日程，本研究不仅可以完全覆盖原有功能，更对输电线路有安全隐患的物体进行自动识别并主动报警，在降低人力物力成本的同时将危险源转变为安全源，将一切危险源消灭在萌芽状态，将防范的被动性转变为主动性。

2 实践依据

智能图像分析技术就是使用计算机图像视觉分析技术，通过将场景中背景和目标分离进而分析并追踪在摄像机场景内出现的目标。

用户可以根据视频内容分析功能，通过在不同摄像机的场景中预设不同的报警规则，一旦目标在场景中出现了违反预定义规则的行为，系统会自动发出报警，监控工作站自动弹出报警信息并发出警示音，用户可以通过点击报警信息，实现报警的场景重组并采取相关措施。

本技术主要功能是在监控画面中找出物件，并检测物件的运动特征属性，例如：物件相对的像素点位置，物件的移动方向及相对像素点移动速度，物件本身在画面中的形状及其改变。采用上述原理，根据实际危险源点管控需求，按照系统结构分为几个子模块：算法分析模块、智能图像分析系统平台模块（包括数据存储及查询、检索和报警视频点播、智能分析规则设置和任务调度、报警联动模块等子模块）。

经过对输电线路危险源点的实地考察，对要实现的功能，达到的最终目的研究，本研究采用图像分析类中的周界入侵检测、物件移动方向检测和物件运动、停止状态改变检测功能模块，将危险源点危险物提前识别，并主动报警。

同时该系统平台将采用“即插即用（plug in）”的设计原则，模块接口采用xml方式，服务器、客户端之间的交互将采用xml-rpc架构，这些都保证了平台各个子模块间的松耦合，模块间的接口界面强扩展性。而文件传输和流媒体点播都采用了标准的ftp协议和rtp/ rtmp协议，确保系统的稳定性。

3 项目研究关键点和实施内容

3.1 项目研究的关键点

①智能图像识别。需要通过图像处理、模式识别和计算机视觉技术，对监控场景中的异常行为进行预警和报警。该系统能对监控画面的背景进行自动学习，有效避免天气和环境带来的影响。可以根据远程监控图像进行实时的智能分析，通过在不同的场景中预设不同的报警规则，一旦目标在场景中出现并违反预定的规则，系统就会自动发出报警，第一时间发现可疑情况，精确定位事发机位和地点，联动报警设备进行主动报警。

②全天候图像识别。需要达到白天能识别出移动物体，对移动物体进行分类，将即将接近输电线路安全距离的大型危险物体主动报警。夜间通过特制摄像头和夜间补光仪器，采用亮点检测算法，自动识别出即将接近输电线安全距离的大型危险物体，并对其进行主动报警。白天和夜间的两种算法适应不同地区、不同季节、不同气候自动切换白天和夜间的算法，做到无需人为参与，7x24 h全系统自动调节。

3.2 实施内容

①及时有效查看危险源点现场情况。通过对危险源点实地考察，选定附近高压塔，在其上安装摄像头，通过云台控制，可以全方位查看危险源点现场情况。当运维人员需要查看现场情况时，通过指定服务器（该服务器和内网没有任何连接，仅仅作为接收危险源点远程现场图像），利用3G无线网络，可以远程查看到危险源点现场情况。

②自动识别输电路线路存在的安全隐患。白天天气晴好的条件下，通过前端摄像机采集的危险源点现场图像，将输电线路安全距离设置好，利用智能图像识别算法中的入侵检测算法，自动识别输电线路存在的安全隐患。

在夜间，危险源点现场亮度不够，而且摄像机是架设在高压塔上，采集过来的现场图像画面基本是空旷的天空（由于比较黑暗，输电线在摄像机图像中基本看不清），由于天空没有反射面，所以无法在摄像机镜头前成像，从而摄像机采集的现场图像基本是漆黑的一片。该项目通过在前端摄像机镜头前安装红外滤镜，将所有可见光都过滤掉，并在其摄像头旁边架设特制夜间激光补光仪，安装过红外滤镜的摄像机可以识别特制夜间补光仪波段的光，当有大型危险物体进入安全距离时，会在该摄像机画面中产生特定的亮点，同时采用亮点检测算法自动识别出进入输电线安全距离的危险物体。

③实现识别安全隐患后的现场无线通信声光报警。考虑到输电线路危险源点现场存在的电磁干扰、浪涌等情况，并且需要实时性、可控性，不能滞后，所以该项目采用zigbee模式（2.4 GHz），通过主机发送指定信号给从机（该从机为现场报警装置），实现现场无线通信，从而达到现场声光报警。

④手持设备调看现场安全隐患的视频剪辑和图像。由于3G通信费用比较高，直接将现场报警视频剪辑和图像通过3G传输给运维人员手持设备将会产生大量的流量费，该项目首先将现场安全隐患的视频剪辑和图像压缩处理，系统不会主动传输，只有当运维人员需要调看时，系统才会将处理过的视频剪辑和图像发送到运维人员手持设备上，从而节约流量。

4 实际应用

4.1 现场应用情况

南通供电公司于2014年将智能隔离装置安装于220 kV通2666线、220 kV秀沿2H15线，用以监控城建施工现场的危险源。通过这两套智能隔离装置，实现了施工现场的实时监控与预警预报，为做好现场管控、保障电网安全提供了有效手段。

4.2 监控中心客户端配置界面

基于摄像机实时视频画面，利用鼠标拖线等简单操作进行智能分析参数配置，方便快捷且保障设定参数的准确性，进一步提高分析的精确度。监控中心客户端展示界面，如图1所示；监控中心客户端配置界面，如图2所示。

图1 监控中心客户端展示界面 图2 监控中心客户端配置界面

4.3 远程及时报警展示

基于智能侵入识别系统，一旦监控发现威胁，后台进行入侵报警，现场声光电同时感应动作。侵入识别系统报警记录，如图3所示；侵入识别系统报警，如图4所示。

图3 侵入识别系统报警记录 图4 侵入识别系统报警

5 结 语

①任意设置输电线路安全距离，如220 kV（下转62页）（上接60页）线路的实际安全距离是6 m，该项目可以将该报警区域扩大到7 m，在大型器械，比如塔吊、水泥泵车、大型汽车吊车等危险物进入该报警区域，但是还没有完全达到6 m实际安全距离前，自动识别，并主动报警。

②将被动处理输电线路危险源点的现状转变为主动防范。本论文倡导的是防范为主，在危险源点线路将要达到安全距离前，并且有异常物体入侵的时候，现场及时给出声光报警，同时并将该时刻图片发送到运维人员手持设备上。

③解决恶劣天气和夜间输电线路的安全防护。传统防范输电线路安全的手段，很难在恶劣环境和夜间起到实际的防护作用，该项目通过亮点检测等算法实现恶劣天气和夜间的主动防护。

④算法模型的自学习技术。能在7X24环境下，不受天气、阳光等外界自然界变化而影响。

⑤实现“由外向内、由远到近”自动形成输电线路多层保护层（隔离层、警告层、报警层）。当危险物体进入隔离层时，现场给予“您已入侵保电区域，请离开”声光报警信号，同时向线路运维人员发送信息。当危险物体进入警告层时，现场给予“您已入侵保电区域，有触电危险，请立即离开”声光报警信号，同时向线路运维人员、业主方发送信息。当危险物体进入报警层时，现场给予“您已入侵保电区域最后警戒线，有触电危险，请立即离开声光报警信号”，现场并拉响现场警报，同时向线路运维人员、业主方、施工驾驶员发送警报信息。

参考文献：

[1] 吴文传，孙宏斌，张伯明，等.基于IEC 61970标准的EMs/DTS一体化系统的设计与开发[J].电力系统自动化，2005，（4）.

[2] 任远，姚建国，杨志宏，等.EMS图形子系统的4层体系设计[J].电力系统自动化，2006，（11）.

[3] 姚建国，高宗和，杨志宏，等.EMS应用软件支撑环境设计与功能整合[J].电力系统自动化，2006，（4）.

[4] 许德新，谈振藩，高延滨.基于Qt组件库应用程序的生成及其跨平台实现[J].东北农业大学学报，2006，（3）.