圖像處理在輸電線路防外力破壞監(jiān)控中的應(yīng)用

蔡東 王洪成 王恒超

【摘 要】輸電線路外力破壞是引起輸電線路故障的主要原因之一。本文充分利用視頻處理的軟件優(yōu)勢，將圖像中異物檢測和軌跡檢測引入到輸電線路防外破工作，設(shè)計了分布式的輸電線路外力破壞監(jiān)測系統(tǒng)，將防外破工作由原來的被動報警，變成主動預(yù)警，成功的降低了輸電線路外力破壞的概率。

【關(guān)鍵詞】輸電線路；外力破壞；視頻；異物檢測；軌跡檢測

一、前言

大量的運(yùn)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，輸電線路外力破壞事件已成為危害電網(wǎng)供電可靠性和安全運(yùn)行的重要隱患。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)與基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，線路附近或走廊下方的吊車、泵車、挖掘機(jī)、頂管機(jī)等大型特種車輛的施工作業(yè)日益頻繁，稍有不慎就可能造成線路外破事件。2017年遼寧地區(qū)發(fā)生十幾起因吊車、頂管作業(yè)引起的輸電線路外力破壞事件。

輸電線路防外破工作得到了各級輸電運(yùn)行部門的重點(diǎn)關(guān)注，為了保證輸電線路安全，公司采取了限高線、視頻監(jiān)控等技術(shù)措施防止大型施工機(jī)械碰線，對于危險性大的工地甚至安排專人現(xiàn)場24小時值守，消耗大量的人力物力。

現(xiàn)有的技術(shù)措施主要有：視頻實(shí)時監(jiān)測、激光雷達(dá)、紅外實(shí)時監(jiān)測技術(shù)，通過監(jiān)測電氣安全距離內(nèi)是否有外物入侵，來判斷是否存在危及線路安全的行為，并發(fā)送相關(guān)信息通知值守人員。由于應(yīng)用模式和安裝位置的限制，只具備被動的危險行為報警功能，不具備提前告知和面向機(jī)械操作者的預(yù)警，制約了應(yīng)用效果和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

本文擬基于機(jī)械視覺和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過集成創(chuàng)新，構(gòu)建“人-機(jī)”協(xié)同系統(tǒng)，對施工機(jī)械類外破危險源實(shí)施進(jìn)場、施工、退場的全過程可視化主動管控，實(shí)現(xiàn)輸電通道防外破技術(shù)從危險行為后的被動報警到危險源全程主動管控的技術(shù)升級，為輸電通道的防外破提供新的思路和技術(shù)手段。應(yīng)用模式和功能集成創(chuàng)新，將輸電線路運(yùn)行人員巡視監(jiān)督與實(shí)時監(jiān)測技防手段。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由防觸裝置，、圖像處理模塊和預(yù)警發(fā)布模塊四部分組成，其示意圖如圖1所示。

防觸裝置安裝在高壓鐵塔上，當(dāng)大型特種車輛進(jìn)入攝像機(jī)視場范圍時，防觸裝置通過3G網(wǎng)絡(luò)及時將圖像回傳至后臺服務(wù)器，圖像處理模塊及時檢測出吊車等大型車輛并計算其與架空線路間的距離，當(dāng)車輛與導(dǎo)線的距離小于預(yù)警距離時，通過3G網(wǎng)絡(luò)將告警信息推送至前端，實(shí)現(xiàn)輸電線路外破風(fēng)險的主動報警。

1.防觸裝置設(shè)計

防觸裝置主要有安裝在輸電線路上的視頻監(jiān)控終端、和太陽能供電系統(tǒng)組成。其中視頻監(jiān)控終端由一臺槍機(jī)和一臺球機(jī)組成，太陽能由兩塊太陽能板和充放電控制器組成，蓄電池由鋰電池和保護(hù)電路組成。所有工作元器件均采用寬溫和防水、防震設(shè)計，采用屏蔽和接地防止高磁場對通訊和電子設(shè)備的干擾。

防觸裝置設(shè)置為突發(fā)性工作模式，只在后臺呼叫和觸發(fā)報警時才向后臺傳輸數(shù)據(jù)，避免圖像在傳輸過程中的產(chǎn)生高昂流量費(fèi)用。

2.圖像處理模塊設(shè)計

圖像處理模塊主要檢測吊車的出現(xiàn)及計算其到輸電線路的安全距離。本文首先采用Code Book方法對采樣背景進(jìn)行建模，由于吊車大多為黃色，本文把每個像素的RGB分量作為特征向量，從收集的包含吊車的視頻中選取若干畫面來訓(xùn)練顏色模型，當(dāng)?shù)踯囘M(jìn)入到畫面中可以拍攝圖像中每個單獨(dú)的聯(lián)通區(qū)域提取形狀特征，并根據(jù)形狀特征選取最像吊車吊臂的區(qū)域。對于視頻的每一幀，對疑似吊車的區(qū)域進(jìn)行相關(guān)分析，得到其運(yùn)行軌跡，同時根據(jù)空間幾何計算出其到輸電線路的距離，當(dāng)其距離達(dá)到安全距離時，通過系統(tǒng)發(fā)出警報

3.預(yù)警發(fā)布模塊

預(yù)警發(fā)布模塊主要通過短消息，APP等方式，想電力運(yùn)維人員和吊車作業(yè)人員發(fā)布，及時告知風(fēng)險。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，由于監(jiān)測環(huán)境與監(jiān)測對象的特殊性，所使用的各部件均要求的具有低功耗性且智能化高。在對電力設(shè)施監(jiān)測中，項目要求對電力設(shè)施進(jìn)行全天候的視頻監(jiān)測、對異常情況進(jìn)行智能分析、及時將突發(fā)情況上傳圖像至監(jiān)控中心并自動告警。本系統(tǒng)結(jié)合低功耗的槍式攝像機(jī)和視頻偵查分析儀來對電力設(shè)施進(jìn)行全天候的監(jiān)測，如有高大物體跨越線路最低處時，或電力設(shè)施出現(xiàn)異常情況時，前端視頻分析模塊自動分析、并發(fā)出告警、啟用錄像、拍照等告警行為，同時上傳告警信息、告警圖像到監(jiān)控中心。

三、結(jié)論

本文研制的視頻防外破系統(tǒng)已經(jīng)在現(xiàn)場應(yīng)用，并成功實(shí)現(xiàn)多起外破事件的預(yù)警，為輸電線路的安全運(yùn)行提供了安全保障，有望大規(guī)模應(yīng)用。

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