基于视觉分析软测量的矿用输电线路隐患识别处置技术研究与应用

研发起止时间：2018年12月~2020年12月

完成单位：晋能控股煤业集团有限公司

获奖及评价：国际先进

1 立项背景

输电线路受到环境气候影响、人类生产活动及其它意外突袭干扰所造成的电网突发事故量也日趋上升。据有关数据统计，近年来因外力破坏等危害线路安全运行的事件约占35%以上，不仅带来人员伤亡和设备毁损等直接财产损失，还对整个矿区电网的安全稳定运行和社会的经济稳定发展带来严重影响。因此，输电线路预防外力突袭破坏已经引起相关领域的高度重视。晋能控股煤业集团电业有限责任公司现有输电线路多处于高山树林繁茂地带，受大风环境影响常有异物悬挂在输电线路上，同时树木不断生长形成的树障对线路影响尤其巨大，可能引起线路短路跳闸。由于异物种类多样，一般消缺装置难以精确清除而且耗时缓慢，对消缺工作产生巨大阻碍。本项目研究对外破的实时监测、通道危险源预防。当输电线路有施工破坏时，可对现场进行实时预警；当输电线路悬挂异物时，可自主识别告警；当树障生长突破输电通道安全距离5 m，对树障进行预警，帮助工作人员预判外破具体情况并及时应用远程处置技术对异物进行快速清除。

本项目提出基于视觉分析软测量的矿区输电线路外破诊断及远程处置技术，通过在矿区输电线路布置物联网采集终端，对采集图像进行智能分析，（见图1）发现异常可在管理平台中安排运维人员携带远程激光清除装置快速赶赴现场，从地面发射激光，以“地对空”的方式将树木、塑料异物等远程灼烧切割击落，从而实现远程、非接触式、可带电作业的异物清除方法，同时针对激光清障装置进行出光角度、热感应阻断等安全技术管控，提高架空线路异物清除工作效率，降低维护成本，减轻作业人员工作强度和作业风险，确保输电网络安全可靠。

图1 整体技术方案

2 研究内容

（1）针对矿区输电线路危险源识别跟踪告警主要采用视频在线监控设备前端芯片内置识别算法，发现隐患后后台系统告警并生成隐患处置工单，采用激光除障设备现场清除隐患。

（2）对于线路异物搭挂类隐患，提出基于特征诊断的识别方案。由于输电线路异物多种多样，形状颜色特征各不相同，因此异物识别算法首先识别杆塔、导线、绝缘子、防震锤等主要设备，然后判断导线上有非以上主要设备的物体存在则判断为异物并进行告警。

（3）对于线下施工类隐患，提出了基于深度学习的施工场景识别技术。自动爬网采集海量的施工车辆图像数据，完成数据的标定，采用机器学习方法训练分类器实现对于不同拍摄角度不同时间拍摄图像中施工车辆识别，达到准确进行防外破告警的目的。

（4）对于线下树障隐患，提出了基于视觉分析软测量的矿区输电线路线下树木安全距离判断方法。通过视频在线监测设备获取输电线下树木图像，灰度边缘多尺度提取树影特征图像，根据太阳方位角与坡向等数据建立树高模型，与塔高、导线弧垂等数据计算树尖到导线的距离，判断是否需要清除树障。

（5）为解决树障和异物搭挂隐患，设计一款采用Yb3+、Tm3+共掺的锥形双包层光纤作为主放大级增益介质，分布反馈型光纤激光除障器，斜率效率达70%，工作功率达350 W。

（6）研究NBloT物联网和北斗定位技术，设计的激光除障器具有远程授权指纹解锁，热感应场景智能识别、角度锁死等功能，保障激光除障器安全有序使用。

3 创新点

（1）提出了基于视觉分析软测量的矿区输电线路线下树木安全距离判断方法。研究了灰度边缘多尺度提取树影特征图像树高计算方法，与塔高、导线弧垂等数据计算树木安全距离，实现实时的远程树障隐患监控。替代人工巡线，降低线路运维成本，提升线路运行可靠性。

（2）提出了基于特征识别的输电线路异物识别方法，通过识别线路杆塔、导线、绝缘子、防震锤等关键设备，判断导线上出现其他物体为异物搭挂，能够替代人工巡检，及时快速发现线路异物搭挂隐患。

（3）选取了Yb3+、Tm3+共掺纤芯，设计锥形双包层光纤作为主放大级增益介质，开发的分布反馈型光纤激光除障器，有效降低设备功耗同时具备更强的切割除障能力，减少了设备体积便于长时间野外作业。

（4）提出了一种利用NBloT物联网、北斗定位和热感应阻断的激光设备安全管控技术方案，实现线路清障全过程智能安全管控，降低了因激光设备操作不当导致事故的风险。

4 技术经济指标

（1）输电线路远程巡视装置支持太阳能供电，摄像头超过500万像素；

（2）输电线路远程巡视装置兼容物联网分析管控模块，支持远程预警查询；

（3）输电线路远程巡视装置识别外破准确率不低于90%；

（4）异物远程清除装置采用光纤型激光器，设计功率不小于300 W；

（5）异物远程清除装置有效作业距离不小于200 m；

（6）异物远程清除装置便携式电源续航不低于30 min；

（7）异物远程清除装置使用云台控制，采用风冷冷却方式，兼容物联网安全管控模块。

5 研究成果及应用效果

本项目获授权计算机软件著作权2项。经中国煤炭工业协会组织专家对本项目进行科技成果鉴定，成果达到了国际先进水平。

自2019年1月6日在晋能控股煤业集团有限公司110 kV矿区输电线路坊四线,35 kV岩线进行工业性试验运行，后在10条线路上进行推广应用。试点期间矿区输电通道隐患识别平台主动发现通道隐患7起并进行告警，采用项目研发的激光清障装置对隐患进行了处置（见图2），取得了较好的效果。

图2 现场隐患清除