夜視圖像監測關鍵技術與裝置在輸電線路監測中的應用

樊承鵬 姚庭鏡 吳陶

（1.國網安徽電力有限公司亳州供電公司，安徽亳州 236800；2.安徽繼遠軟件有限公司，安徽合肥 230088）

0.引言

夜視技術是借助于光電成像器件實現夜間觀察的一種光電技術。微光夜視技術又稱圖像增強技術[1]，是通過帶像增強管的夜視鏡，對夜天光照亮的微弱目標像進行增強，以供觀察的光電成像技術。采用雙攝像頭綜合拍照，通過數據優化，數據相結合成像，形成夜視全彩畫面。

2013年11月18日，美軍在阿富汗赫拉曼德省搜捕塔利班使用的彩色夜視儀[2]，是最先進的夜視技術，夜如白晝；我國使用夜視技術測試到夜間效果對比圖，可清晰地看到馬路兩側的綠化帶、路燈等設施；2018年輸電線路應用夜視技術后，線路通道日間和夜間圖片對比圖，見圖1，輸電線路達到全彩夜視效果。

現有輸電線路普通通道可視化設備，拍攝到的圖像和視頻信息主要工作在白天，無法實現夜間的監控，采用彩色夜視卡片機，在光線不足的夜晚也可以實時觀測到輸電線路狀況，能有效緩解線路巡視和維護工作的繁重程度，有效增加夜間監控時長。

隨著國民經濟的高速發展，輸電線路通道環境越來越復雜，線下施工作業、山火等隱患頻發，并且以傍晚和夜間居多，線路維護難度越來越高。現有在線監測設備，大多只能進行一個固定通道視角監測，僅在白天發揮有限作用，無法實現夜間清晰的巡視和更為全面系統的監控，尤其對重要“三跨”地段，在夜間無法實現24h彩色監控，這無疑給輸電線路通道外破隱患的發現、告警、分析和處理造成很大困難。同時除輸電通道安全監測外，輸電設備長期處于室外惡劣環境，且面臨諸多銹蝕氧化、外破、盜竊等風險，一旦發生倒塔、跳閘等事故，經濟損失巨大。

如何延長輸電線路通道運行維護時間，確保全天24h通道內發生的各類隱患得到有效監控，并且達到告警及時、分析準確、處理得當，緩解線路巡視和維護工作的繁重程度，成為輸電運維急需解決的首要難題。

1.研究目的與意義

本課題主要研究夜視圖像監測關鍵技術與裝置在輸電線路監測中的應用；主要目標是采用最新的人工智能物聯網架構，結合星光級彩色夜視技術、超高精度物態傳感器技術、高可靠性的防水抗老化材料技術、超低溫蓄電池充電技術，具備綜合技術指標及應用環境優勢。通過4G、5G網絡傳輸，完成對全電壓等級輸電線路的全天候環境安全及設備安全的監控，確保24h通道內發送的各類隱患得到有效監控，有效緩解線路巡視和維護工作的繁重程度，大大提高了輸電線路運維工作的效率[3]。最重要的是對輸電通道運維價值及意義。

圖1 線路通道日間和夜間圖片對比圖

（1）全面貫徹“泛在物聯”建設精神。目前，傳統運檢模式以大量人力投入為主；信息獲取方式傳統、來源單一，較多依靠電話和現場勘察等人工方式獲取設備相關信息；設備狀態感知仍以停電檢修、離線試驗為主，在線監測、帶電檢測、機器人、無人機等先進手段及數據利用率不高，各專業系統眾多，海量數據難以融合，無法實現多源數據融合和綜合評價。

全彩夜視監測裝置結合綜合管理系統堅決貫徹國網“泛在物聯”建設精神，實現運檢業務和管理信息化、自動化和智能化，能形成自我感知及環境感知、主動預測預警、輔助決策和集約管控，具有很強的實用價值。同時基于業務統一的數據中心與數據模型[4]，全面展開數據接入轉換和整合貫通，實現由終端設備引導各個環節萬物互聯，人機交互，大力提升數據自動采集，自動獲取，靈活應用能力，全面提升智慧運維能力，提高運維質效。

（2）延遲監控時長。現有輸電線路普通監測裝置，拍攝到的圖像和視頻信息主要工作在白天，無法實現夜間的監控，采用彩色夜視監測裝置，在光線不足的夜晚也可以實時觀測到輸電線路狀況，能有效緩解線路巡視和維護工作的繁重程度，有效增加夜間監控時間。

（3）拓展“三跨”監控工作的維度。基于現有普通監測裝置的圖像和視頻監控裝置，無法實現對重要“三跨”地段的夜間清晰監控，彩色夜視監測裝置采用最新的主被動結合夜視技術、視頻處理技術、圖像識別算法等技術對重要“三跨”地段進行全天候的監控[5]，極大方便地解決輸電線路實時監控在“三跨”地段的夜間監控難點，并能夠有效預防輸電線路“三跨”地段中的安全隱患。

（4）深化輸電線可視化運檢工作。彩色夜視監測裝置真正實現了全天候的輸電線路可視化。傳統監測裝置只能在白天提供可靠的圖片信息，晚上采集到的圖像模糊甚至漆黑一片，顏色還原度差，無法真實、準確地反映設備周邊的狀況。彩色夜視監測裝置能夠在白天和夜間采集到高亮度、高清晰度的視頻和畫面，并配以安全可靠的服務平臺、監控終端和手機客戶端進行智能化管理，更加深化輸電線可視化的重要意義。

2.夜視圖像監測關鍵技術研究

采用“物聯網+”技術、4G通信+云服務，貫徹國網“泛在電網”建設精神，同時系統設計遵循國網運維方式和操作習慣。

自主研制AI人工智能，具備行業定制化深度學習能力，隨數據量越大，AI會不斷成長進化，識別精度及效率也會越來越高，對隱患進行快速精準識別并告警，實現完全自動化分析處理；精準的圖像對比算法能夠及時準確地分析出通道可視化險情，能夠準確反映通道內的異常隱患，并進行自動推送告警；對所有裝置監控點進行直接監控查看，同時能按照電壓等級、線路、區域進行快速定位及查詢；具備GIS定位信息，在GIS地圖連接虛擬線路，可沿線設備進行遠程自動巡檢,裝置分布可視化瀏覽，可迅速定位桿塔位置了解周邊環境，一旦發現突發情況可迅速響應部署；提供各種預警統計信息，同時兼具強大搜索功能，能通過線路、桿塔、時間等信息對歷史信息進行搜索查找[6]。

2.1 項目技術先進性及創新性

2.1.1 設備端先進性及創新性

主機搭載高性能ARM內核處理器，定制專用微光級傳感器，通過VPN專用網絡，具備CCD深度調教的專利技術，最終實現了在夜間極微弱光線環境下實現彩色夜視效果。主機針對輸電線路及通道監測，同時強大的成像效果還能清晰捕捉輸電設備異常效果，7×24h全天候大數據采集。

2.1.2 平臺端先進性及創新性

平臺滿足國網提出全面建設物聯網側的精神，通過該技術將海量終端傳感器及各種類數據進行融匯，統一數據統一管理，實現數據應用服務化。

（1）提高全息感知能力，實現終端數據匯集、傳輸、轉換，利用于各環節，狀態全感知，業務全穿透；

（2）提高泛在連接能力，實現內部設備，用戶和數據的及時連接，實現各區域運維數據，運維公司的全實時泛在連接；

（3）提高平臺資源利用率，物聯網技術物物相息，實現終端及數據統一物聯管理，提升平臺軟硬件利用率，靈活調度，快速響應；

（4）結合平臺結合自主研制AI人工智能，具備行業定制化深度學習能力，隨數據量越大，AI會不斷成長進化，識別精度及效率也會越來越高；精準的圖像對比算法能夠及時準確的分析出通道可視化險情，能夠準確反映通道內的異常變動。目前AI智能系統已經能極為精準地識別煙/火、建筑施工、吊車、違停、異物等通道常見隱患。

2.2 三大核心技術應用研究

2.2.1 前端AI主動智能識別

監測裝置主機前端自帶AI主動識別分析功能，根據行業定制化深度學習能力、可全天候對通道險情進行前端自主偵測與預警，前端采集頻率最低可設置為1min間隔。

端AI智能系統能7×24h穩定運行，并準確識別通道內煙/火、建筑施工、吊車、違停、異物等通道常見隱患，自主識別發現隱患后自動上傳[7]。

2.2.2 全彩夜視星光級成像

監測裝置產品采用專用微光級傳感器，采用對CCD深度調教的專利技術，最終實現了在極微弱光線環境下實現彩色夜視效果。強大的成像效果還能清晰捕捉輸電設備異常效果。

最低照度：0.01Lux/F1.2；白天像素：1200W；夜間像素：200W～500W。

2.2.3 先進的性能技術

（1）監測性能先進。監測裝置采用星光級夜視鏡頭，夜間最低照度≤0.01Lux/F1.2，白天照片1200萬像素、夜間照片200萬像素。防護等級IP68，整機性能卓越。

（2）結構堅固穩定。監測裝置結構設計合理有成熟施工方案，包括鋼管塔、角鋼塔。整體產品體積小，總重低于12kg，結構穩定防抖動，無需停電作業。

（3）功耗低長續航。設備自帶高性能電池，且外部配置壽命長達20年的高可靠太陽能板進行外部供電，保障設備7×24h穩定運行，無光照條件下，每30min拍攝一張照片，電池可以支撐連續供電20d。

3.結語

利用太陽能電池供電，通過無線公網4G、5G、GPRS、EDGE、CDMA1X等通信傳輸方式，對輸電線路的遠程視頻、微氣象、桿塔傾斜、防盜報警、覆冰等線路情況進行監測，數據采集前端(太陽能供電系統、數據采集系統、通訊系統等)和后端分析處理系統組成；涉及人工智能技術、云計算及大數據計算、存儲技術、虛擬化技術、計算機網絡和控制技術、現代通信技術、系統集成技術、故障診斷技術、傳感技術、夜視技術等多個技術領域的交叉、融合發展；要求相應的生產企業不僅要具有專業系統的研究背景和扎實的技術基礎，技術水平及產品安全、穩定性、性能等方面通過國網電力科學研究院的嚴格的試驗檢驗。

隨著輸電行業內不斷推出新的輸電線路監測標準，以及新產品工藝、新流程、新技術的不斷出現，要求從業技術人員具備、掌握較寬的知識面和較強的學習能力，滿足業務和技術創新的發展趨勢；準入標準日趨提高。由于高壓輸電通道運檢工作情況極其復雜，尤其是在復雜環境下的夜間，現有輸電線路普通通道可視化設備，無法實現夜間的監控。因此輸電線路全天候的監測工作至關重要，不僅晝夜看得見、狀態能感知，而且監控平臺會思考、遇險能匯報。