三峡地区输电线路监测与应急处置预警系统设计与实现研究

方　权　石　毅　侯金华　孟　浪　郑　莎　程　波　谭清林

(1. 国网湖北省电力公司检修公司 宜昌运维分部， 湖北 宜昌　443000； 2. 中国电建集团 中南勘测设计研究院有限公司， 长沙　410014)



三峡地区输电线路监测与应急处置预警系统设计与实现研究

方权1石毅1侯金华1孟浪1郑莎2程波2谭清林2

(1. 国网湖北省电力公司检修公司 宜昌运维分部， 湖北 宜昌443000； 2. 中国电建集团 中南勘测设计研究院有限公司， 长沙410014)

摘要：我国输电线路监测预警预报研究虽在降雨气象、杆塔及其基础变形、视频等监测方面已取得一定成绩，但考虑因素不全，适用条件也制约着在三峡地区的应用，为克服上述不足，本系统主要包括雨量计、位移计、测斜仪、视频仪、GPRS/3G、监测预警中心、用户等12个单元，采用现有GPRS/3G通讯技术平台，辅以视频实时监测，将输变电线路的塔基情况传输至监测预警中心进行处理，再将沿线塔基的雨量信息、塔基深部位移与塔基倾斜度大小等监测数据，在监测预警中心推送至用户界面发布．监测预警中心系统主要由通信模块、数据模块、管理模块和预警模块4部分构成，可通过预警值声光报警和短信预警的方式，将灾害预警分析系统生成的预警信息，向应急管理体系和灾害监测体系发布，使相关用户及其人员能够准确获得预警信息，及时采取防御措施．

关键词：三峡；输电线路；监测与预警；应急处置

宜昌是全国电力外送的辐射中心，这里拥有三峡、葛洲坝、清江隔河岩、水布垭水电厂的出口及川渝与华中联网的盘龙ⅠⅡ回、宜华线、清葛线、峡林ⅠⅡⅢ回等26条总长达1 716 km的超高压线路，是华中地区电能交换的平台．三峡地区地理环境和气候复杂，超高压线路所经地区大部分为高山峻岭、人烟稀少的高山峡谷地形，在夏天，高温、雷电、暴雨、潮湿等极端气象及洪水、泥石流、山体滑坡等次生地质灾害频发，在冬天，低温、冰雪、大风、干旱等极端天气及山火、坠石等次生灾害时有发生，对超高压线路的安全稳定运行造成影响，电源线出现故障．由于交通所限，运行、监控、检修人员不仅很难及时发现与掌握，也很难及时到达现场进行检查、排险、维修，从而导致这些电源线的故障扩大，破坏整个主网的稳定，对全国电网的安全带来威胁．这就要求及时准确地掌握三峡地区超高压线路所处的极端气象、基础边坡和高边坡地质灾害情况，因此，研究一种针对能够适应三峡地区的超高压线路基础的预警、预报与应急处置装置，掌握系统检测状态，以便于及时、有效地提高三峡地区超高压输电线路运行维护管理水平，节约成本，提高管理效益，将具有十分重要的意义．

超高压线路一般是由基础、杆塔、导线、地线、绝缘子、金具和接地装置等构成．基础及其所处边坡是保证杆塔稳定的关键，杆塔及其基础与所处边坡主要遭受水文气象、工程地质、水文地质等[1-2]环境因素的综合影响，因此，实时掌握杆塔及其基础的沉降、倾斜、振动、图像、气象与环境等就显得非常重要．同时，边坡的深部位移、地表位移、土体渗流、表面裂缝、支护与当地降雨等的在线巡视、监测、预警也必不可少．

目前，我国针对输电线路监测预警预报已取得不少有益的成绩．2005年，安海堂[1]分别对三峡地质灾害等进行了分析，提出了相应的防治措施；2008年，张虹[2]对三峡自然灾害进行了综合评价，建立了基于GIS平台的自然灾害的空间数据库和属性数据库；2009年，魏虹[3]利用当时的观测与预报条件对江西省输电线路覆冰预警进行了研究．2012年，何锦雄[4]通过采用静力水准仪和固定测斜仪对位移的监测，实现了输电线路沿线潜在地质灾变体实时监测；万军[5]通过对线夹出口的动弯应变采集，结合输电线的许用应变值来判断输电线路微风振动状态的研究，实现了输电线路微风振动预警在线监测．2013年，丁雨恒[6]开发了结合气象环境等输电线路载流量预报预警模块，用于电网运行与调度；马君[7]通过对新通信、新供电、电磁防护、数据采集、数据可视化等技术研究，消除了传统输电线路监测系统中有关微气象、导线温度、泄露电流等技术缺陷，实现了高海拔超高压输电线路监测；谷山强[8]结合雷电监测网和气象卫星云图实时监测信息确定雷暴云位置及运动趋势的研究，实现了对输电线路雷击和雷击闪络预警；张涛[9]利用无线专网技术将高清摄像头和传感器的数据进行分析，实现了输电线路的实时运行状态的视频监控和处理．2014年，叶立平[10]研究并实现了山火预警技术在输电线路的应用；赵有余[11]对锦屏一级电站-西昌换流站所处地段的高陡斜坡输电线路塔基地质灾害进行了分析，研究提出了相应的预防与治理措施．2015年，李正志[12]通过对云南存在泥石流及其诱发因子，如地形坡度、相对临界高差、地震烈度等的研究，建立了云南电网自然灾害监测预警．然而，这些研究成果只是对输电线路中所遭遇的各种水文、气象、地质、自然灾害中的1～2个影响因素进行了理论、应用的研究与探讨，未能综合这些影响因素进行全面分析研究、应用实践，也不能完全适应三峡地区的环境特征，不具有很强的针对性，未能很好地运用现有价低质优的移动通讯技术，运行成本并不低廉，精度也不能够完全满足三峡地区超高压输电线路的监测与应急处置要求．同时，现有研究成果的这些适用条件，制约着这些技术不能直接应用于三峡地区输电线路的监测与预警处置．

因此，这就要求寻求研究一种适用于三峡地区输电线路精度高、管理方便、及时到达现场进行处置、适用于三峡地区输电线路在线监测、应急处置的预警系统．综合三峡地区水文气象、地质灾害、水文地质等影响因素，在现有质优价廉的移动通讯技术平台的基础上，做到管理方便、运行可靠、实时监测、测报更准、应急迅速、造价较低、实施可行，以便于对超高压输电线路杆塔及其基础、边坡进行安全监测，分析杆塔、塔基及边坡等结构的健康状态，评估其可靠性，作出准确的预测、警示和预报，为杆塔及其基础、边坡的进一步维护、加固与改造等提供可靠的数据支撑，将非常迫切，也十分必要．

1设计构想

1.1系统结构

考虑三峡地区水文气象、地质灾害、水文地质等因素影响，要求能够对输电线路沿线、杆塔及其基础地段的降雨、位移、倾斜与周围环境进行实时在线监测与数据分析处理、预警发布和应急处置．输电线路监测与应急处置预警系统主要包括雨量计、多点位移计、深部测斜仪、视频仪、GPRS/3G、监测预警中心、用户、手机用户、混凝土桩基、电缆、太阳能电池、杆塔等12部分，如图1所示．

图1　输电线路监测与应急处置预警系统布置示意图

雨量计和设备机箱通过螺栓和螺母固定在输电线路铁塔上，在阳光充足、照射时间较长处安装调节好太阳能电池板，通过防护管将各电缆引入设备机箱．位移计是一种进行深层变形监测的三点式多点位移计，按照前期准备、传感器及其基座安装(测杆和护管安装完成后)、观测电缆连接、排气管和灌浆管安装、钻孔、灌浆、孔底灌浆等7道工艺流程进行施工．测斜仪是一种与多点位移计监测数据相互印证、设置在边坡平台的一套深部测斜仪，可更好地监测与掌握边坡变形状态，按照钻孔、安装前准备、测斜管安装、固定式倾斜计安装、原始数据记录共5道工艺流程进行施工．视频仪是一种配重型云台、可360°旋转、激光夜视、彩色、三维立体枪式视频监测设备，要求挂设在通视条件清晰、3G信号覆盖稳定、光照充足、避雷安全、准确监测的线路铁塔上．GPRS/3G是两种移动通讯技术平台，GPRS通讯模块集成在降雨、位移、倾斜等数据采集终端RTU内，借助于移动通信运营商的无线通信网络，组成专用数据网络，向监测预警中心传输监测数据；3G通信模块内置于视频监测仪中，将大量的视频监测数据在移动3G信号覆盖区域内，向监测预警中心传输视频数据．

监测预警是系统的重点，相应的监测预警中心软件系统结构应具有开放性、标准化、参数化、容错性、安全性、可靠性、易用性，主要采用通信、数据、管理和预警4个模块结构形式，结合三峡地区特性，能够实时查看和接收野外监测设备的监测数据，对监测数据进行存储、管理、查询、统计和分析，并输出查询、统计和分析的结果；能自定义设定各类监测数据的预警阈值，监测数据达到预警阈值时可实时发布预警信息；能对区域里的监测预警设备进行管理，向显示屏发送信息、调整阈值、历史数据的查询、统计、对比、绘制折线图、柱状图，并同时支持常见数据格式的输出；能对各类监测设备的预警阈值进行组合告警，分析各区域中的预警设备的数据，对预警设备预警等级进行设定，按等级进行综合分析预警报警，对疑似假警有一定的识别和判断功能，疑似假信号可以不用大面积发送信息，可以仅先对中心、管理员进行发送，自动排除部分明显的假警信号，提高预警报警的准确性；能进行监测数据的图形化操作、统计分析，做到预警分析和预警决策，包括报警等级、报警规则设置、报警规则管理；通过短信发送、语音报警、传真群发等方式，实现预警信息及时发布，做到监测预警应急响应、安全防护和维护管理能够依序及时跟进到位，以使监测预警系统有效运行；可以通过第三方接口簇，用户能够完成各种终端应用的接入工作，为平台功能扩展提供方便可靠的底层支持，实现与地质环境信息化系统的有效对接；能够支持SqlServer，Oracle等主流数据库系统，通过对监测预警仪器的管理和监测参数控制，实现对滑坡监测预警视频的动态监视；通过预警值声光报警和短信预警的方式，将灾害预警分析系统生成的预警信息，向应急管理体系和灾害监测体系主动发布，让相关人员能够准确获得预警信息，及时采取防御措施．

用户是输变电管理控制中心，包括电网调度供电方式变电所、非电网调度变电所，具有无人、单人、多人、组合式值班的界限和条件．手机用户指输变电管理控制中心的运行管理工作人员，必要时也可是普通用户，能够及时接受信息与快速应急处置、疏散．混凝土桩作为输电线路杆塔的承载结构，可将杆塔受力传递到地基．电缆连接着雨量计、位移计、测斜仪、视频仪等，在系统中传输电力与信息，实现电磁能量转换．太阳能电池通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能向雨量计、位移计、测斜仪、视频仪等提供清洁的动力．支撑导线和避雷线的杆塔，应与大地及其他建筑物保持足够的安全距离，同时承受着断线事故发生时的不平衡张力，在冰、雪及高、低温等气象条件下，将所承受的拉、压、弯、扭、剪等外力传递给塔基．

1.2系统数据传输

系统数据远程传输主要采用GPRS传输线路铁塔的降雨、位移、倾斜等监测数据，采用3G传输视频监测数据，这两种无线传输通道如图2所示．

图2　数据传输示意图

GPRS(General Packet Radio Service通用分组无线业务)是在GSM移动通信系统基础上发展起来的一种移动分组无线数据传输通道业务，不但具有覆盖范围广、数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，而且其本身就是一个分组型数据网，支持TCP/IP协议，无需经过PSTN(公用电话交换网)等网络的转接，可直接与Internet网互通；GPRS通讯模块集成在各数据采集终端RTU内，借助于移动通信运营商的无线通信网络，组成专用数据网络，向监测预警中心传输监测数据．

3G无线数据传输技术作为第三代移动通信技术，是一种支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，是一项全新的网络技术，可以提供视频图像和声音，同步实现数据的远程采集、传输、储存和处理功能，具有传输距离远、速度快、抗干扰能力强、无需铺设电缆、投资成本低等优势．考虑视频监测数据量较大，本方案中针对视频监测设备采用3G通讯模块，在移动3G信号覆盖区域内，充分利用3G公共网络通信平台，向监测预警中心传输视频数据．

2工程应用

按照前述设计构想，以三峡输电线路500 kV峡林Ⅰ回157号输电线铁塔为原型案例，对三峡地区输电线路监测与应急处置预警系统设计构想，进行工程应用研究．

2.1峡林Ⅰ回157号铁塔概述

峡林Ⅰ回500 kV输电线路工程起始于三峡大坝右岸地下电站150 m高程上的500 kV升压站，止于荆门换流站(团林站)，是三峡电力外送的重要通道之一，全长159.608 km(含重冰区部分1.954 km)，途经宜昌市秭归县、夷陵区、远安县、当阳市及荆门市东宝区、掇刀区等6个县市(区)．沿线地质条件复杂，地形变化多样，交叉跨越种类繁多．

峡林Ⅰ回500kV输电线路工程为单回路线路，导线4×630杆塔负荷大，根开较大．一般情况下基础根开，直线塔为6～14 m，耐张塔为8～16 m．杆塔大多位于三峡风景区，山体陡峭狭窄，立塔困难，通常情况下采用加高基础，加高基础一般2～4 m．

部分塔位由于山体狭窄，铁塔高低腿都有使用，故塔基边坡问题非常突出．塔基上边坡、前后边坡，塔基内部高低腿之间的边坡、塔基下边坡，均存在着边坡稳定问题．正常情况下，5～10 m的高边坡司空见惯，10～20 m的高边坡亦常见．

157号铁塔基础位于狭窄山脊之上，地表为第四系残坡积覆盖层，厚0.5～2.0 m，松散状．下伏基岩为寒武系中上统白云岩、白云质灰岩，岩层单斜，产状290°/SW∠10°，倾向坡内，构成反向坡．铁塔所处单薄山脊的四周边坡较陡，坡度多为55～60°，局部达70°，经长期雨水侵蚀，地表岩土体不断垮塌，严重影响铁塔运行安全及山脚居民的生命财产安全．2013年对边坡进行浮土清理、锚喷支护，边坡现状整体稳定．

根据157号输电线铁塔基础滑坡和高边坡的地形地质条件[1-2]，结合可能发生小规模崩塌、表层滑坡及支护破坏等地质灾害，主要对塔基边坡与高边坡的环境与位移进行监测，故主要选择雨量监测、位移监测、深部测斜监测及视频监测，后三种方法可以相互验证，以满足输电线路监测与应急处置预警系统设计与实现的技术要求．

2.2降雨监测设计

降雨[3，6]是影响滑坡体稳定性的主要环境因素，雨量及强度达到到一定程度，会对滑坡体土体造成影响，土体松动后发生滑坡的概率大幅增加，因此，进行雨量及其历时的实时监测，能够换算成降雨强度，通过分析可以判断铁塔与滑坡体周边的稳定性．

2.2.1设备配置

雨量监测设备主要配置翻斗式雨量计、连接传感器的在线采集数据终端RTU、集成在RTU中的GPRS通信模块、内置RTU与蓄电池及电源控制器的不锈钢设备机箱、单晶硅10 W太阳能板、12 V/16AH蓄电池、集成在RTU内的充电控制器及安装支架8个部件．

翻斗式雨量计[6-7]为筒式结构，其中承雨器装于筒身上方，为采集、承接降雨之用．进入承雨器的雨水，在承雨器的锥底汇集，经漏嘴进入计量组件的翻斗．为防止昆虫、树叶等杂物进入器内堵塞水道，在入口处装有防虫网．筒身为不锈钢薄壁钢皮制成的圆柱筒，计量组件安装于筒内，从而可确保仪器在野外恶劣的环境中长期工作．翻斗式雨量计的承雨口内径为Φ200+0.6 mm，分辨率从0.1 mm、0.2 mm、0.5 mm中选择，雨强测量范围为0.01～4 mm/min，允许通过最大雨强为8 mm/min，计量误差不超过±4%，环境温度为-10～+50℃，环境湿度<95%(40℃)，平均无故障工作时间>30 000 h．

2.2.2数据采集终端RTU

数据采集终端RTU采用32位嵌入式处理器，太阳能板充电或锂电池供电，主频为8～72 MHz，通讯速率为9 600 bit/s，固态存储容量为8 G bytes，时钟精度小于0.4 s/d且系统可自动校正，定时自报式触发报与召测报的工作方式，工作电流不超过65～250 mA(与传感器接入数量有关)，GPRS通讯方式，平均无故障时间(MTBF)不低于30 000 h，值守功耗：掉电模式<30 μA、休眠模式<10 mA、在线模式<70 mA，工作环境：工作温度为-25～60℃、储存温度为-55～85℃、湿度0～99%RH无凝露．

按照上述要求配置的RTU[7-8]具有定时自检发送、死机自动复位、站址设定、掉电数据保护、实时时钟校准、现场显示、设备测试等功能，支持远程配置；存储不少于5年的测站数据，存储容量为8 GB；接受中心管理，与中心实现双向通信；支持远程唤醒、远程诊断、远程设置、远程维护等，中心可以随时唤醒终端机进行数据采集、读取任意时段自记数据或修改监测站配置信息等工作；具有良好的抗雷击能力和先进的抗干扰措施，使设备在较强的外界干扰环境下仍能稳定、可靠地工作；具有低电压保护模式和告警功能，每日定时向接收中心报送本身工作状态(电池电压、环境温度)的功能．

多点位移传感器、测斜仪的数据采集终端RTU技术要求与雨量计的相同，兹不赘述．

2.2.3测点布设

雨量计是监测雨情，判断杆塔及其基础是否安全可靠运行的关键，应与太阳能电池板一起安装在线路铁塔上，布设位置应是阳光充足、照射历时较长的地方，以保证动力来源稳定可靠和不间断地监测降雨情况，相应测点布设见图1所示．

2.3位移监测设计

2.3.1设备配置

位移计[4]主要用于塔基位移变形量的监测，配置了用于监测位移变化的振弦式多点位移传感器、连接传感器的在线采集数据终端RTU、集成在RTU内的GPRS通讯模块、内置RTU与蓄电池及电源控制器的不锈钢设备机箱、单晶硅40 W太阳能板、12 V/38AH蓄电池、集成在RTU内的充电控制器、3 m镀锌钢管安装支架等8个部件．

多点位移传感器精度高，稳定性好，不受电缆长度和阻抗改变的影响，可进行自动化测量，内置温度传感器，不受腐蚀侵蚀影响，耐水压50 m，其它耐水压可选．传感器量程为25 mm、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm，分辨率为±0.025% FSR，精度为±0.1% FSR，非线性度≤0.5% FSR，零点热漂移小于0.03%FSR/℃，工作温度为-40～105℃，内置温度计类型为热敏电阻(3 kΩ)，温度计精度为±0.5℃，具有50 m耐水压，测点数量为3点，传感器采用不锈钢/合金钢，测杆采用玻璃纤维杆(Φ6 mm)或者不锈钢杆(Φ4～Φ7 mm)，保护管为尼龙管(Φ8～Φ10 mm)，电缆采用Φ10 mm，0.24 mm2×8芯PVC屏蔽电缆．

2.3.2测点布设与安装

位移测点布设：峡林一回157号铁塔基础上边坡最大高度约10 m，基础下边坡最大高度约为15 m，在上、下边坡各布设1套三点式多点位移计，进行深层变形监测，每套多点位移计孔深15 m，测点深度分布为5 m、10 m、15 m．

位移计安装[2，11]按照7道工艺流程进行施工．①前期准备：安装埋设前应将所有仪器进行建档，每套多点位移计编一个组号，每组中每支位移传感器编一个点号，记录各点传感器的出厂编号，以及连接测杆的长度．②传感器及其基座安装：测杆和护管安装完成后安装传感器，先将测杆护管(PVC管)分别插在传感器护管(不锈钢管)内，将传感器与测杆连接拧紧，再将传感器护管连接到基座上．③观测电缆的连接：观测电缆与传感器电缆采用接线端子连接，多点位移计出厂时观测电缆和接线端子已连接好，然后在施工现场再与传感器电缆连接；接线端子放在一个塑料盒内，连接完成后，用读数仪读取传感器的读数，确认无连接错误.如需调整，则在调整好后，罩上护罩；因护罩的内空间有限，传感器电缆的外护套不能太长，其芯线的长度在保证有效连接接线端子的前提下，可多留适当长度以便于今后的维修．传感器芯线接好后应排列整齐，用自锁扎带捆紧．④排气管和灌浆管安装：排气管从多点位移计安装基座旁边引出，并伸进孔内2 m，以保证注浆时空气能完全排出．另外，将排气管出口端头削成45°，侧面再多留几个通气孔，以防泥砂阻塞排气管口后不能排气；排气管采用小口径无接头能承受一定压力的长塑料硬管；灌浆管从基座的旁边伸进孔内，为保证灌浆时彻底排除空气，排气管口靠近孔口，灌浆管口在孔底．⑤钻孔：根据位移计有关安装埋设的高程、方位、角度等技术要求，在设计定位点钻孔；钻孔应取岩芯，并进行岩芯描述，孔壁要平整、光滑；造孔完毕安装仪器前应进行清孔和测深，并将孔壁冲洗干净．⑥灌浆：多点位移计安装就位后即可灌浆，以防孔中有破碎岩石掉块或泥沙固结．灌浆过程中排气管内会不断有空气排出，当排气管中开始回浆时表明灌浆已满，此时，可移走灌浆设备，堵住灌浆管和排气管．⑦孔底灌浆：灌浆设备将砂浆先从灌浆管内注入钻孔，灌浆要由下向上泛浆，使孔内不会产生空隙，逐级灌浆逐级拔出灌浆管；排气管在灌浆时排出孔内的气体，使砂浆顺利上泛，当排气管内排出砂浆后，说明灌浆已到孔口，此时，可将排气管拔出．测点布设见图1所示．

在位移计安装的7道工艺流程中，灌浆压力的准确把握是难点，否则，容易引起保护管破坏和传感器失灵，造成位移计不能正常工作或者精度不满足要求．

2.4深部测斜监测设计

2.4.1设备配置

测斜设备[11-12]主要配置了3支测斜计与配合测斜管使用的双轴传感器、ABS材质且直径为Φ70 mm的测斜管、按1 m、2 m、3 m长度标准定制的延长杆及导向轮、采集传感器数据的数据采集终端RTU、集成在RTU内的GPRS通讯模块、内置RTU与蓄电池的不锈钢保护箱、单晶硅40 W太阳能板、12 V/38AH蓄电池、安装支架等9个部件．

双轴传感器可同时测量X/Y两个方向倾斜变化，从而通过计算可得出倾斜方向与倾斜角度．标准量程要求在±5°、±10°、±20°、±30°(其它量程可选)，测量精度为±0.1%FS、灵敏度<10弧秒(±0.05 mm/m)、温度范围为-20～+80℃、温度分辨率为0.1℃、温度测量精度为±0.5℃．

2.4.2测点布设

为了与多点位移计监测数据相互印证，测斜仪设置在边坡平台处，以便更好地掌握边坡变形状态．峡林一回157号铁塔基础边坡测斜仪布置于下基础平台两支腿连线中点处，采用MEMS式双轴固定测斜仪，测斜仪孔深为15 m．

测斜仪安装[11-12]按照5道工艺流程施工．①钻孔：采用地质钻机造孔，注意做好防塌孔护壁措施．②安装前准备：安装之前要检查传感器是否正常，对于每一个传感器都提供一张标定证书，倾斜度和显示读数的关系．显示读数要在提供的标定证书读数范围之内，并且与倾斜度的变化一致．③测斜管安装：选用直径为80 mm的ABS材质，安装前在测斜孔上方搭设一支架，以便支撑和吊装测斜管，以防止测斜管在安装过程中掉入孔内，造成废孔；根据现场实际，一般可以利用钻机的吊装支架安装测斜管．④固定式倾斜计安装：对于本次选择的双轴系统，传感器的A+方向对应预期倾斜的正方向，传感器的B+方向是传感器顺时针旋转90°的方向．⑤原始数据记录：固定式测斜仪安装之后，要对传感器的电缆做好标记，记录传感器的型号、序列号、安装位置、安装深度、初始值；电缆在延长时必须做好接头处的密封防水处理．测点布设见图1所示．

在测斜仪安装的5道工艺流程中，重点应做好电缆延长接头处的密封防水处理，以确保今后运行时传感器能够灵敏探测、测斜仪监测数据精度满足要求．

2.5视频监测设计

2.5.1设备配置

视频监测设备[9-10]主要配置了采集视频图像的激光摄像机、连接信号输入与信号输出及远程网络监控三方的视频监控主机、内置于视频监控主机内的3G通讯模块、内置视频监控主机与蓄电池的不锈钢设备机箱、单晶硅300 W的太阳能板、12 V/100AH蓄电池、安装支架．

摄像机的作用距离在夜视时≥200 m(可看清人员行为)、在昼视时≥400 m，激光功率≤4 W，照明角度2～45°、大角度同步变焦，照明变焦速度≤3 s，摄像机为23倍光学变焦、1/4"感红外彩转黑CCD、自动/手动聚焦、自动光圈，云台水平转速0.05～360°/s，水平旋转角度360°无限制旋转，俯仰转速0.05～180°/s，俯仰角度0°～180°，自动翻转；工作温度为-25～+55℃，储存温度为-40～+80℃，防护等级：≥IP65级．

视频监控主机的视频采用H.264压缩格式，视频输入为1路视频输入、BNC接口、1Vpp-75欧匹配阻抗，分辨率为CIF/D1可选，帧率为1～25帧/秒可调、实际帧率视EVDO网络状况而定，码率：单卡实时流CIF分辨率16～900 kbps、D1分辨率64～900 kbps，双卡实时流CIF分辨率16 kbps～1.6 Mbps、D1分辨率64 kbps～1.6 Mbps．

视频监控主机的音频采用AMR编码压缩格式，音频输入为单路音频输入且麦克风或LineIn方式可选、-46～-3 dBV的1 kΩ麦克风、3 Vmax的1 kΩ LineIn方式，音频输出为单路音频输出且可接耳机、RCA接口(阴性，即莲花座)、匹配阻抗16或32 Ω．

物理特性：电源为12 VDC、随机附带12 VDC/2.5 A电源适配器，功耗为4～6 W，温度为-10～50℃(室内)、-25～60℃(室外加温控箱)，湿度为20%～80% RHC．

2.5.2测点布设

视频监测与位移监测、测斜监测是对监测数据相互验证的重点，应将设备挂设在线路铁塔上视野开阔的位置，不仅要能观察到塔基坡体全貌或者坡体重点部位表面是否出现滑移，而且3G通信信号稳定、日照条件良好、防雷等设备安全无虞，以便摄像机按需求调整到合适的位置，做到准确的监测．测点布设见图1．

2.6监测预警设计

监测预警主要是将通过设置的雨量计、位移计、测斜仪、视频摄像仪等仪表设施，将现场采集到降雨及塔基的位移、倾斜和线路外部环境等各种数据，通过GPRS和3G无线传输通道传输到监测预警中心．监测预警中心[5，9]是地质灾害监测预警联动系统的信息汇集中心、存储中心、分析中心、指挥中心、预警及发布中心，主要由数据服务器和地质灾害监测预警中心系统软件两部分组成．地质灾变体或外部环境的各种数据通过GPRS或3G无线通信方式送至监测预警中心后，中心对数据进行解析、标记、合成等处理后，将数据写入相应的数据库，再对信息的相关分析进行处理，对灾变体的稳定状态和变化趋势做出判断，对可能发生的灾害做出预警，协助相关管理部门预防地质灾害的发生．监测预警中心的软件系统主要由4个模块结构组成．

2.6.1通信模块

通信模块主要以不同的通信方式和通信协议完成数据的接收与命令的推送，并将接收的数据转化成统一的数据格式．通信方式协调器主要集成GPRS、短信等通信方式以实现数据的接收与命令推送．通信协议协调器主要集成JW100、JW200以及其他数据采集设备厂商的通信协议，以完成接收到的数据解析．数据处理模块主要将通信协议协调器解析后的数据处理成统一的数据格式并输出．

2.6.2数据模块

数据模块是将处理通信模块输出的数据，根据存储的设备信息及合成信息生成符合需求的数据并输出，主要包括数据存储、转换、外部接口等结构．

数据存储主要将接收的采集数据直接存储到原始数据库里，并提供对原始数据的查询功能．数据转换主要是根据存储的设备配置信息，将采集得到的数据生成唯一的参数标识，然后检查采集得到的数据是否参与合成计算，若参与合成计算则根据合成公式生成新的数据和参数唯一标识．外部接口主要将数据合成所输出的数据按照接口要求进行输出或入库．

2.6.3管理模块

通过Web实现对整个系统的统一管理，实现对设备的远程操作，对异常数据的集中处理，对设备的运行状态实时查看，对设备信息的统一管理，同时，能够查看、添加、修改、删除设备的信息．设备信息主要包括设备的硬件信息、配置参数、参数的合成关系、设备的维护记录等．

2.6.4预警模块

设置预警模块是及时向社会大众和灾区民众发布灾害预警信息的有效方式．信息发布既包括向社会大众发布，也包括向灾害预警区域相关专业人员定向发布灾害预警信息；前者侧重于区域灾害的广泛预报预警，后者侧重于灾害点的详情预报预警，同时也包括对预警区内重大灾害信息的查询．

监测预警是该系统的重点，关键在于数据服务器的质量与稳定性，关系到能否通过预警值声光报警和短信预警的方式，将灾害预警分析系统生成的预警信息向应急管理体系和灾害监测体系及时、准确发布，使相关人员能够获得预警信息，以便及时采取相应的防御措施．

3结论

综上所述，在本系统中，雨量计安装应与太阳能电池板一起布设在阳光充足、照射历时较长的线路铁塔上，以保证动力来源稳定可靠和不间断地监测雨情．在位移计安装工程中，灌浆压力的准确把握是难点，以避免保护管破坏和传感器失灵，从而造成位移计不能正常工作或者精度不满足要求．在测斜仪安装工程中，重点应做好电缆延长接头处的密封防水处理，以确保今后运行时传感器能够灵敏探测、测斜仪监测数据精度满足要求．视频监测布设在线路铁塔上视野开阔、3G通信信号稳定、日照条件良好、防雷等设备安全无虞的位置，以便摄像机能够准确监测．监测预警中心的数据服务器质量与稳定性也是重点，这会影响到将灾害预警分析系统生成的预警信息向应急管理体系和灾害监测体系及时、准确发布.这也是相关人员获得预警信息、及时采取相应预防措施的关键．

目前，该研究系统已在500 kV峡林Ⅰ回输电线路中投入应用，能够准确、可靠地对输电线路的降雨、位移、倾斜及外部环境等状态参数进行实时监测与监测数据的远程传输，运行状态良好，为今后输电线路防灾运行和及时检修提供决策依据．

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[责任编辑王康平]

DOI：10.13393/j.cnki.issn.1672-948X.2016.03.017

收稿日期：2015-11-02

基金项目：国家自然科学基金(51309143)

通信作者：方权(1983-)，男，工程师，主要从事输变电线路工程工作．E-mail：276924015@qq.com

中图分类号：TM764

文献标识码：A

文章编号：1672-948X(2016)03-0073-08

Research on Designing and Realizing of Early Warning System of Online Monitoring and Emergency Response of Transmission Line in Three Gorges Region

Fang Quan1Shi Yi1Hou Jinhua1Meng Lang1Zheng Sha2Cheng Bo2Tan Qinglin2

(1. Yichang Operation and Maintenance Department of Maintenance Branch of Hubei Electric Power Company, State Grid Corporation of China, Yichang 443000, China; 2. Power China Zhongnan Engineering Corporation Lilmted, Changsha 410014, China)

AbstractAlthough China in prediction and early warning of transmission line monitoring has made some achievements such as the rain weather, tower and its foundation deformation, video monitoring and other monitoring; but influence factors are considered incomplete; and applicable conditions are restricted to the application in Three Gorges region. In order to overcome above shortcomings, the early warning system of online monitoring and emergency response of transmission line in Three Gorges region consists of 12 components chiefly including rain gauge, displacement meter, inclinometer, video device, GPRS/3G, monitor warning center, users, etc. The system will can process some informations of the transmission tower at the center by the existing platform of GPRS/3G communication technology and real-time video monitoring. And then monitoring data of the rainfall along tower foundations, deep displacement and inclination, are pushed to users interface through the center. The center system mainly consists of four parts such as a communication module, data modules, management modules and early warning module. And the center will actively publish to the emergency management system and disaster monitoring system about informations of the disaster early warning analysis through audible-light alarm and SMS alarm value; so that the relevant users and their personnel will accurately obtain early warning informations to take defensive measures in time.

KeywordsThree Gorges;transmission line;monitoring and early warning;emergency response