基于智能视频识别的大型天馈线监测技术应用研究

黄佳旗+吴学智

【摘 要】基于大型天馈线线部署位置高，长期暴露在空气中，易受自然环境侵蚀、人工检测难度大等现实特点，本文将对架空天馈线监测进行应用需求分析，智能视频识别系统架构设计与关键技术研究，以提升天馈线运行的安全性能，减少天馈线工程检修难度。

【关键词】天馈线；监测技术；智能视频

0 绪论

大型天线是无线通信系统的重要组成部分，将空间的电磁波与传输线路的导行波相互转换，其运行的稳定性能直接影响着通信的有效性和可靠性。由于大型天馈线长期暴露于野外易受到自然环境的攻击，常常出现馈线老化、馈线断股、馈线覆冰、馈线打火、通信铁塔倾斜等现象，仍以传统的人工检测方式不仅费时费力、效率低下，而且巡检人员的人身安全也无法得到可靠的保障，采用智能视频识别技术是一种安全、高效的方法， 能有效增强天馈线的防护级别。

1 基于智能视频识别的技术分析与设计

1.1 天馈线监测应用需求分析

天馈线系统长期工作在大功率、高压、工作时间长、工作环境恶劣的条件下，导致馈线老化速度快，传统巡检手段存在许多弊端，为更好地升级替换传统人工巡检手段，查阅了历史数据并分析总结了架空天馈线监测五个方面的监测应用需求：

1.1.1 全天候24小时连续监测

天馈线监测要实现全天候24小时连续监测，本课题在研究过程中选用高清网络红外摄像机，这种镜头能够适应日夜两种模式，通过红外线截止滤片转换，白天开启过滤片将红外线阻挡在外，将可见光进入传感器，夜晚相反，关闭过滤片让红外线进入传感器进行成像[1]。

1.1.2 对馈线打火监测

长期裸露在空气中的馈线偶尔出现打火现象，需要进行监测，常见有这样几种：

1）馈筒内部馈芯的连接出现松动易产生打火现象；

2）支撑的瓷棒与输出的电容处易产生打火现象；

3）高压馈线与低压馈线连接处易产生打火现象；

4）由瓷棒和天线振子的松动或断裂引起特性阻抗变化易产生打火现象；

5）通过智能视频监视打火现象，及时定位至打火发生点，为检修人员排查故障提供有利的支撑[1]。

1.1.3 对天馈线姿态监测

在我国北方地区冬季特别寒冷，天馈线及铁塔经常被冰雪覆盖，大块冰雪及冰渣掉落对馈线造成一定的损害，通过智能视频监视手段及时发现并清理覆冰现场对于天馈线馈线安全是一个特别重要的维护保养的途径[2]。

由于通信铁塔安装位置高，遭受强风次数比较多，长时间运行后可能会出现塔杆倾斜甚至倒塌，馈线长期暴露与野外，经历着日晒夜露风吹雨打，偶尔出现某段馈线老化、线路断股，应用智能视频识别系统分析对比较倾斜或倒塌的通信铁塔与正常通信铁塔间的区别以及馈线线路状态的变化。根据图像匹配与识别算法计算天线姿态的变换情况，通过智能视频分析服务器进行处理，再对监控系统进行异常报警，及时将故障信息反馈给执勤人员，缩短故障抢修时间。

1.2 天馈线智能视频识别系统架构设计

天馈线智能视频识别系统主要由高清网络红外摄像机、网络交换机、监控服务器、监控软件、解码器以及电视墙显示设备组成，详见图1所示。利用网络交换机将监控设备构建在同一个局域网内，实现局域网内部设备的互联互通。其中网络高清红外摄像机主要是以监视天馈线或塔杆位为目标，对其进行二维可见光图像采集，视频服务器对采集的视频图像进行接入、存储并转发，解码器对网内传输的视频图像进行综合显示。

2 天馈线监测关键技术应用研究

天馈线监测系统主要利用智能视频识别技术对馈线状态及通信铁塔姿态进行检测分析，采用图像背景分离技术对图像变化情况进行检测识别。首先是高清网络红外摄像机摄像机对通信铁塔及馈线进行图像采集，并在此跟踪定位，通过智能视频监控服务器进行智能分析识别并设定判定规则，最后经判定后将告警信息综合呈现至监控终端及电视墙上，具体流程图如图2所示。

2.1 天馈线打火监测

天馈线打火监测采用局部特征检测法对天馈线线路或零部件进行检测分析。首先对前景区域进行检测（通过背景减除法），然后对前景区域的火花进行颜色分割，将不匹配的颜色特征的前景像素排除，获取待定火花区域，再对待定火花区域的特征进行分析（频闪特征、颜色变化特征），最后对火花待定区域进行分析及判决，天馈线打火监测流程图如图3所示[3]。

2.2 天馈线姿态监测

天馈线姿态检测用图像背景分离技术对图像变化进行监测分析，按预先设置的通信铁塔安装方向、结构等参数，设定基础模板，构建特征参量模型。图中t（黑色）表示为模板正常通信铁塔，t′（蓝色）表示为异常通信铁塔，两者之间的倾斜角度为θ，两者之间的重叠部分为Δt，近似于Dm（imax，jmax），天线宽度的为2a，天线高度为b，其模型如图4所示[4]。

3 结束语

本文通过现场咨询及数据收集梳理并明确了天馈线的应用需求，利用智能视频识别技术对天馈线监测系统架构队进行了设计，对监测流程、视频图像分析算法进行了应用研究，为天馈线巡检人员提供了高效安全的监测途径，将大大地节省天馈线巡检的时间成本和经济成本。

【参考文献】

[1]潘国辉.智能高清视频监控安防天下2 [M].北京：清华大型出版社，2014：324-347.

[2]彭向阳，陈驰，饶章权，等.大型无人机电力线路巡检作业及智能诊断技术[M]. 北京：中国电力出版社，2015，6：65-124.

[3]余家奎.基于智能的火花和烟雾检测检测算法研究 [D].中国科学技术大学毕业论文，硕士毕业论文，2015，5：27-33.

[4]李云龙.基于智能视频分析技术的天线巡检系统设计与实现 [D].海军工程大学硕士毕业论文，2013，1：33-46.

[责任编辑：田吉捷]