試析輸電線路通道可視化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

段家振

摘? 要：特高壓輸電線路需要應(yīng)對多種自然環(huán)境，線路運行負荷高、運行條件惡劣，帶來一定的安全風(fēng)險。利用通道可視化技術(shù)能夠?qū)旊娋€路運行狀態(tài)進行全天候的監(jiān)管，確保線路運行安全。文章對輸電線路通道可視化系統(tǒng)技術(shù)特點進行分析，介紹通道可視化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能，并研究其技術(shù)實現(xiàn)過程。總結(jié)輸電線路通道可視化系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)成，為系統(tǒng)性能優(yōu)化升級提供參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;通道可視化;運行安全

中圖分類號：TM75? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）30-0151-02

Abstract： UHV transmission lines need to deal with a variety of natural environments， high load and poor operating conditions， which bring certain security risks. The use of channel visualization technology can monitor the operation status of transmission lines around the clock to ensure the safety of transmission lines. This paper analyzes the technical characteristics of transmission line channel visualization system， introduces the structure and function of transmission line channel visualization system， and studies its technical implementation process. The technical composition of transmission line channel visualization system is summarized in order to provide reference for the optimization and upgrading of system performance.

Keywords： transmission line; channel visualization; operation safety

特高壓輸電線路在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用剛剛起步，其建設(shè)、普及的速度遠高于運維管理方式及手段的完善。在輸電線路安全運行管理方面，國內(nèi)少有優(yōu)秀案例可供參考。結(jié)合傳統(tǒng)輸電線路安全監(jiān)管上存在的不足以及電力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展形勢，設(shè)計輸電線路通道可視化系統(tǒng)，通過對整個線路網(wǎng)絡(luò)的可視化管理，降低人工運維需求、提升安全風(fēng)險挖掘效率，帶來一種更加高效、可靠的安全監(jiān)測方式。

1 輸電線路通道可視化系統(tǒng)技術(shù)特點

1.1 VR技術(shù)

VR技術(shù)的融入在獲取輸電線路通道可視化系統(tǒng)監(jiān)控高清現(xiàn)場畫面的同時，能夠虛擬出與通道相關(guān)的情境，呈現(xiàn)出逼真的通道周邊環(huán)境、通道布局等，為輸電線路運維管理提供更豐富的信息依據(jù)。

1.2 圖文一體化技術(shù)

圖文一體化技術(shù)使得可視化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)審批過程與現(xiàn)場圖形信息相結(jié)合，采用圖形化的方法，為輸電線路通道管理重點任務(wù)的審批提供支持。

1.3 Openlayer與Three.js技術(shù)

Openlayer技術(shù)被應(yīng)用在系統(tǒng)設(shè)計過程中，該技術(shù)能夠訪問以標(biāo)準(zhǔn)格式發(fā)布的地圖數(shù)據(jù)，輔助GIS技術(shù)的應(yīng)用。Three.js技術(shù)是一種3D引擎，可進行運維管理立體模型的搭建[1]。

2 輸電線路通道可視化系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)

2.1 監(jiān)控終端技術(shù)

輸電線路通道可視化系統(tǒng)監(jiān)控終端主要為高清視頻監(jiān)測設(shè)備、電源系統(tǒng)和其他配套設(shè)施。將高清視頻監(jiān)測設(shè)備安裝在塔桿主材上，用于采集輸電線路通道的運行信息，獲取到的視頻資料首先存儲在與塔桿相鄰的變電站中。例如球型高清視頻監(jiān)測設(shè)備。該種監(jiān)控設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度為360°，最遠監(jiān)控距離為500m;采用CCD型感光器，尺寸為1/4″;鏡頭型號為36x，水平視距在1.7～57.8。觀測其拍攝的實際通道畫面，清晰度優(yōu)異，即便在惡劣天氣狀況下畫面質(zhì)量也較高。由于特高壓輸電線路一般設(shè)置在偏遠地區(qū)，周邊很難存在供電系統(tǒng)，因此在通道可視化系統(tǒng)中采用太陽能供電系統(tǒng)，對設(shè)備進行供電。該太陽能供電系統(tǒng)的運行原理為：陽光照射充足時，太陽能系統(tǒng)在為用電設(shè)備供電的同時，給自身蓄電池充電;當(dāng)光照不足時，由蓄電池為用電設(shè)備供電。目前，有單位提出以風(fēng)光結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)代替單獨的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，進一步提升供電電源的穩(wěn)定性。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前主流電力通道運維管理系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為C/S和B/S，通過遠程控制，實現(xiàn)對電力通道的監(jiān)管。可視化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要求采用2B/S，以瀏覽器或Web服務(wù)器為依托，任何服務(wù)器都可被當(dāng)作客戶服務(wù)程序，可接收由瀏覽器發(fā)出的超文本標(biāo)記語言。客戶服務(wù)界面與一般的瀏覽器大致相同，可通過URL向終端服務(wù)器傳輸請求，然后再由超文本標(biāo)記語言將最終的處理結(jié)果反饋到瀏覽器界面。例如，當(dāng)提出數(shù)據(jù)查詢請求或數(shù)據(jù)操作請求時，可借助網(wǎng)關(guān)截面技術(shù)或?qū)eb服務(wù)器與Internet服務(wù)器相整合，更好進行請求處理和反饋。相較于傳統(tǒng)電力通道管理系統(tǒng)的C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種新結(jié)構(gòu)存在明顯優(yōu)勢，如B/S結(jié)構(gòu)僅通過瀏覽器進行信息反饋，無需向系統(tǒng)添加邏輯框架，兼容性更高，可適用于多種計算機。另外，C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還能提供一定的網(wǎng)絡(luò)共享功能，軟件開發(fā)過程的重點放在服務(wù)器軟件，多種軟、硬件系統(tǒng)均可正常使用。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)硬件選擇

輸電線路通道可視化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)分為全無線、光纖無線結(jié)合和全光纖三種類型。其中，全無線又分為公用3/4G網(wǎng)絡(luò)和自建網(wǎng)絡(luò)。使用公用網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是造價低、效率高，若輸電線路通道區(qū)域存在公網(wǎng)信號且監(jiān)測點分布較散，可選用這種方案。特高壓輸電線路敷設(shè)地大多偏遠，因此該方案可實踐性并不強。自建網(wǎng)絡(luò)通過多點技術(shù)、LET技術(shù)，依照原本的地形、塔桿分布特點等將通道分段，集中建設(shè)基站，將每段通道的監(jiān)測信息傳輸至最近的變電站。光纖無線結(jié)合沿輸電線路敷設(shè)光纜，并在光纜接頭處所在的塔桿設(shè)置通信裝置，包括光通信設(shè)備和無線通信設(shè)備兩種。其他塔桿上僅安裝無線通信設(shè)備。這種方式能夠整合光纖和無線的優(yōu)勢，覆蓋范圍更廣，且不受到塔桿排布的限制。全光纖在輸電線路沿線敷設(shè)架空光纜，每個監(jiān)測點都安裝光纜接頭盒及光通信設(shè)備，即實現(xiàn)監(jiān)測點的全光纖覆蓋。該方案的設(shè)置需要為光纜設(shè)置單獨的塔桿系統(tǒng)。以上三種方案的選擇需要結(jié)合輸電線路通道具體情況進行，可將幾種方案混合使用。

2.3 監(jiān)控中心技術(shù)

2.3.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)包括五個部分，分別是用戶層、應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層和設(shè)施層。用戶層為管理者的操作終端，通過該層級獲取、監(jiān)測輸電線路通道的實時運行數(shù)據(jù)，并進行一定的操作和調(diào)控。用戶層的使用主體包括輸電管理單位、計劃發(fā)展部門及信息監(jiān)控中心。應(yīng)用層負責(zé)輸電線路通道可視化系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，本文設(shè)計的可視化系統(tǒng)融入VR技術(shù)，應(yīng)用層建立在VR全息教建模的基礎(chǔ)之上。應(yīng)用層實現(xiàn)的功能有高清視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息管理、電力通道管理規(guī)劃、系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析等，各個功能模塊之間相互獨立又相互協(xié)調(diào)，提供更佳的系統(tǒng)功能體驗。服務(wù)層包括中間件、業(yè)務(wù)組件和GISCOM組件，為可視化系統(tǒng)創(chuàng)建底層運行條件，并進行功能定義。數(shù)據(jù)層存儲來自通道監(jiān)控終端獲取的各項信息，在此進行數(shù)據(jù)的整理、分類、分析和管理，系統(tǒng)其他模塊所需的信息均由數(shù)據(jù)層提供。設(shè)施層包括服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)硬件兩部分，為系統(tǒng)運行提供支持。此外，設(shè)施層可在各類服務(wù)器支持的基礎(chǔ)上，為數(shù)據(jù)訪問提供條件。

2.3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）網(wǎng)絡(luò)管理功能。網(wǎng)絡(luò)管理功能中最基本的是通道監(jiān)測，對整個網(wǎng)絡(luò)中的監(jiān)控點進行集中管理，確保各監(jiān)控點的通信情況均在可視化范圍內(nèi)，監(jiān)測通道是否存在異常并在第一時間給出提醒[2]。拓撲管理能夠根據(jù)用戶需求，對網(wǎng)絡(luò)拓撲工具進行自定義管理，例如，結(jié)合輸電線路通道實際情況，選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的安裝位置，使得整個拓撲視圖更加直觀、清晰。性能管理功能對網(wǎng)絡(luò)性能進行監(jiān)控，分析其狀態(tài)并給出監(jiān)控及分析數(shù)據(jù)。挖掘網(wǎng)絡(luò)性能漏洞，依照既定的指標(biāo)對重要節(jié)點處的網(wǎng)絡(luò)性能進行評價。（2）視頻管理功能。視頻管理功能下設(shè)實時管理、巡檢管理、存儲調(diào)取及設(shè)備管理四個子功能模塊。其中，視頻實時管理是視頻的播放、切換、語音對講等操作。巡檢管理主要是對播放和云臺進行控制。存儲調(diào)取功能模塊提供視頻查詢、回放、搜索、下載等功能。設(shè)備管理是對視頻臺賬、參數(shù)、傳輸方式、終端監(jiān)控涉筆的管理。（3）電源管理功能。首先，管理電池系統(tǒng)的出廠、巡檢、維修等信息進行管理。其次，實時監(jiān)測電池運行狀態(tài)，獲取電流、電壓、負載、溫度、剩余電量、充放電頻率等信息。最后，收集電源的各項歷史信息，以便對其工作狀態(tài)做更正確的分析。

2.4 信息存儲技術(shù)

通道可視化系統(tǒng)長時間采集視頻信息，加上高清視頻的影響，其信息體量非常龐大，在傳輸過程中需要占用較大的寬帶。為確保獲取視頻信息的安全與完整，同時降低網(wǎng)絡(luò)運行壓力，選擇采用分級存儲的方式，對視頻信息進行保存。（1）塔桿級：高清視頻監(jiān)控終端本身安有存儲卡，可實現(xiàn)監(jiān)控視頻的實時保存。用戶可結(jié)合自身需求，設(shè)置定時存儲或移動偵測觸發(fā)采集等工作狀態(tài)。監(jiān)控終端工作時長為12h/d，按照1280×720、15幀的高清視頻計算，連續(xù)存儲7d，選用64G存儲卡即可。（2）變電站級：以斷點續(xù)存的方式將前端采集的視頻信息存儲至變電站。該方式的優(yōu)點就在于整合了網(wǎng)絡(luò)存儲和本地存儲兩種方式。常見的高清監(jiān)控裝置一般不具備自身存儲功能，僅依靠后端進行數(shù)據(jù)存儲，這樣的方式對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求較高，若網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不足，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、受損問題。因此在監(jiān)測終端設(shè)置視頻緩沖區(qū)，以免因傳輸負荷過大導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)、終端導(dǎo)致資料丟失。例如當(dāng)出現(xiàn)斷網(wǎng)情況時，前端可正常對視頻數(shù)據(jù)進行備份，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，再將緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)存儲到后端硬盤。連續(xù)存儲30d，若每個變電站接入30個監(jiān)控終端，設(shè)置硬盤4TB×2即可[3]。（3）主站級：在監(jiān)控中心設(shè)置存儲磁盤，將來自終端的信息分裂存儲在磁盤中，并進行檢索和調(diào)取。存儲時間為2年，需要8×4TB的磁盤陣列。

3 結(jié)束語

本文對輸電線路通道可視化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，通過分布于輸電線路沿線的高清監(jiān)控裝置，對線路運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。該系統(tǒng)的應(yīng)用對于提升輸電線路運行安全性及穩(wěn)定性非常關(guān)鍵，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將有更多先進技術(shù)被融合到可視化系統(tǒng)當(dāng)中，提升輸電線路運維管理的智能化、可視化水平。

參考文獻：

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