输电线路激光防外力破坏智能预警系统研究

2020-03-06孙晓云

通信电源技术 2020年21期

孙晓云

（烟台国网中电电气有限公司，山东烟台 264000）

0 引言

近年来由于经济发展，城市、交通基础建设及个人施工急剧增加，越来越多的工程作业施工时需要在输电线路侧面及下方进行安装、吊运。由于现场人员很难判断吊车吊臂与高压线路的距离，因此输电线路面临外力破坏造成供电中断的威胁日益严峻[1-3]。目前影响高压输电线路运行安全的因素主要有人为偷盗、挖沙破坏塔基、恶劣的冰灾天气、施工现场塔吊及车辆等设备穿越架空线路、输电线路走廊高树成长以及偏远山区人工巡线困难等[4]。各超高压输电网局及电力公司迫切需要采取措施监视和防范发生影响输电线路安全的各种情况[5,6]。本文针对上述情况，利用激光测距传感器监测高压线路，提前预警可能会对输电线路造成破坏的外力，并智能分析报警图片，以有效防治外力破坏输电线路事件的出现。

1 系统概述

输电线路激光防外破智能预警系统采用先进的软硬件技术和工业级设计，保证了设备的高可靠性。系统使用成熟的高性能处理器，通过高精度云台搭载高频激光传感器进行水平扫描，由此判断有无外物入侵。采用边缘计算，在前端装置内置高效率算法，可通过软件修正扫描预警区域，并测定入侵物体，通过算法滤除掉鸟类、漂浮物以及恶劣天气等干扰，降低误报率，提高报警准确度。在管控平台二次识别报警图片，采用基于深度学习的图像智能识别技术，进一步提高报警的准确度。

输电线路激光防外破智能预警系统集合激光扫描、无线传输以及图像智能识别等先进技术，能够感知大型机械与架空高压电缆接近的危险程度，实时监测吊臂与高压输电线路件的空间距离，当吊臂接近高压输电线路时在现场进行声光报警，并向管控平台推送报警信息及报警图片，启动摄像机拍照，以避免机械臂伸缩移动时过度接近和触碰架空高压电力电缆，发生事故。

2 系统结构及总体设计

输电线路激光防外破智能预警系统主要由前端装置和管控平台两大部分组成，硬件技术成熟稳定，软件技术先进高效，能够及时发现入侵警戒区域的大型工程机械吊臂，具有优异的性能，同时设备采用模块化设计，支持无线接口，可根据需求灵活地提供不同的报警功能。系统平台采用了先进的基于深度学习的输电线路图像智能识别技术，改变了人工轮巡监控画面低效的工作模式，实现对施工机械、导线异物及烟火的高效识别及报警。采用基于GPU并行计算引擎的浮点运算技术，GPU在并行计算、浮点以及矩阵运算方面具有独特优势，而一般训练检测过程都是浮点运算，因此在大规模的数据计算应用中利用GPU强大的计算能力，可显著提高算法的检测速率，保证识别的实时性[7]。此外采用了特征识别技术，基于颜色、纹理以及边缘等特征二次过滤应用深度学习技术后的已识别目标，从而达到减少误报的效果。

2.1 前端装置

2.1.1 前端装置结构及功能

电线路激光防外破智能预警前端装置主要由激光测距传感器、小型云台、球形摄像机、声光警报器、主控板、充放电控制器、4G路由器、太阳能组件以及扩展电池箱组成，结构如图1所示。

图1 前端装置结构图

主控板采用STM32F4硬件平台作为核心控制器件，成熟度高，系统稳定。外观设计采用一体化结构，集成度高，降低了安装拆卸的复杂程度，便于安装，操作简单，适合于多种电压等级的输电线路。

输电线路激光防外破智能预警前端装置基于激光反射原理，通过云台将高频脉冲激光束虚拟成激光幕墙，形成警戒空间。主机安装于被监测线路铁塔高压导线下方安全距离2 m以外，实时对线路走廊进行监控，当发现有超高作业或靠近杆塔的大型机械突破警戒区域时，立即进行现场声光报警，提示现场相关人员对报警现场给予重视，制止现场违章操作。同时通过无线网络将报警信息推送给管控平台，并进行拍照取证，将照片也通过无线发送到管控平台。

装置采用边缘计算，就地对数据进行处理，可以实时发现目标进行报警，大大降低了漏报率。装置内置了加密芯片，设备全部采用加密通信，保证了数据的安全性，此外装置内置了定位芯片，能够实时准确地将地理位置信息上报管控平台。

2.1.2 前端装置的技术指标

前端装置的技术指标如表1所示。

表1 技术指标表

2.2 管控平台

输电线路立体综合防护管控平台是集台账管理、设备状态管理、数据管理与存储、报警识别、远程控制、图片智能分析、视频预览、地理位置定位以及微信推送等功能的综合管控平台。以下对台账管理模块、图像智能识别模块以及视频管理模块做简单介绍。

2.2.1 台账管理模块

台账管理模块是整个管控平台的核心模块，统一的管理和配置设备台账，提供各类设备的业务。平台登录后如图2所示，点击左侧列表树“输电线路”下的“立体安防”，对设备台账进行设置管理。

图2 管控平台台账管理模块图

2.2.2 图像智能识别模块

图像智能识别模块是该平台的重点模块，采用了先进的人工智能深度学习算法，对报警图片进行二次智能识别，对前端的报警进行二次筛选，大大减少了漏报和误报的可能性，并将报警的信息、图片以及地理位置等实时推送到相关人员的微信，极大地降低了巡检人员的劳动强度。现场图像识别的结果如图3所示。

图3 现场图像识别结果图

2.2.3 视频管理模块

管控平台具备实时视频浏览、录像回放以及云台远程控制等功能，可根据客户的需求对现场的情况进行实时视频播放或回放历史录像，可以让客户及时了解到现场的实时情况，而且还可以远程控制摄像机，便于管理人员随时随地察看现场情况。

3 应用场景及成功案例

3.1 应用场景

工程作业施工时，不可避免要在输电线路侧面及下方进行安装、吊运作业，现场人员很难判断吊车吊臂与高压导线间的距离，如果吊臂过于接近高压导线则会引发触电事故，目前主要是靠目测估算吊臂与高压线的安全距离，这种测距方式通常会存在较大误差，是现场工作的潜在危险源[8,9]。

输电线路激光防外破智能预警前端装置安装在与线路铁塔上线路安全距离2 m处，通过激光传感器实时监测大型机械是否在安全距离范围内，当大型机械突破安全距离，现场激光防外破装置进行现场声光报警，并向后台推送报警信息，提示现场所有人员及负责人及时对现场情况指导，杜绝事故的发生。安装应用如图4所示。

图4 安装位置图

3.2 成功案例

输电线路激光防外破智能预警系统已在北京220 kV安左一线、220 kV都苑二线、110 kV韩尚一线、110 kV岭杏西支线、110 kV康延杏西支线、110 kV王航线、110 kV湖门线以及110 kV清清线等线路部署运行，涉及多个属地公司，共计投入50余套，对线路保护区内进行不间断实时监控，解决了只靠看护人员目测监视吊臂与高压线的安全距离存在不确定性的问题，提高了现场施工人员的安全意识，杜绝发生大型机械碰线事故，保障了现场人员生命安全[10]。案例现场使用结果如图5所示。