基于視覺(jué)分析軟測(cè)量的礦用輸電線路隱患識(shí)別處置技術(shù)研究與應(yīng)用

研發(fā)起止時(shí)間：2018年12月~2020年12月

完成單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司

獲獎(jiǎng)及評(píng)價(jià)：國(guó)際先進(jìn)

1 立項(xiàng)背景

輸電線路受到環(huán)境氣候影響、人類生產(chǎn)活動(dòng)及其它意外突襲干擾所造成的電網(wǎng)突發(fā)事故量也日趨上升。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)因外力破壞等危害線路安全運(yùn)行的事件約占35%以上，不僅帶來(lái)人員傷亡和設(shè)備毀損等直接財(cái)產(chǎn)損失，還對(duì)整個(gè)礦區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，輸電線路預(yù)防外力突襲破壞已經(jīng)引起相關(guān)領(lǐng)域的高度重視。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)電業(yè)有限責(zé)任公司現(xiàn)有輸電線路多處于高山樹(shù)林繁茂地帶，受大風(fēng)環(huán)境影響常有異物懸掛在輸電線路上，同時(shí)樹(shù)木不斷生長(zhǎng)形成的樹(shù)障對(duì)線路影響尤其巨大，可能引起線路短路跳閘。由于異物種類多樣，一般消缺裝置難以精確清除而且耗時(shí)緩慢，對(duì)消缺工作產(chǎn)生巨大阻礙。本項(xiàng)目研究對(duì)外破的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、通道危險(xiǎn)源預(yù)防。當(dāng)輸電線路有施工破壞時(shí)，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警；當(dāng)輸電線路懸掛異物時(shí)，可自主識(shí)別告警；當(dāng)樹(shù)障生長(zhǎng)突破輸電通道安全距離5 m，對(duì)樹(shù)障進(jìn)行預(yù)警，幫助工作人員預(yù)判外破具體情況并及時(shí)應(yīng)用遠(yuǎn)程處置技術(shù)對(duì)異物進(jìn)行快速清除。

本項(xiàng)目提出基于視覺(jué)分析軟測(cè)量的礦區(qū)輸電線路外破診斷及遠(yuǎn)程處置技術(shù)，通過(guò)在礦區(qū)輸電線路布置物聯(lián)網(wǎng)采集終端，對(duì)采集圖像進(jìn)行智能分析，（見(jiàn)圖1）發(fā)現(xiàn)異常可在管理平臺(tái)中安排運(yùn)維人員攜帶遠(yuǎn)程激光清除裝置快速趕赴現(xiàn)場(chǎng)，從地面發(fā)射激光，以“地對(duì)空”的方式將樹(shù)木、塑料異物等遠(yuǎn)程灼燒切割擊落，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、非接觸式、可帶電作業(yè)的異物清除方法，同時(shí)針對(duì)激光清障裝置進(jìn)行出光角度、熱感應(yīng)阻斷等安全技術(shù)管控，提高架空線路異物清除工作效率，降低維護(hù)成本，減輕作業(yè)人員工作強(qiáng)度和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，確保輸電網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

圖1 整體技術(shù)方案

2 研究?jī)?nèi)容

（1）針對(duì)礦區(qū)輸電線路危險(xiǎn)源識(shí)別跟蹤告警主要采用視頻在線監(jiān)控設(shè)備前端芯片內(nèi)置識(shí)別算法，發(fā)現(xiàn)隱患后后臺(tái)系統(tǒng)告警并生成隱患處置工單，采用激光除障設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)清除隱患。

（2）對(duì)于線路異物搭掛類隱患，提出基于特征診斷的識(shí)別方案。由于輸電線路異物多種多樣，形狀顏色特征各不相同，因此異物識(shí)別算法首先識(shí)別桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等主要設(shè)備，然后判斷導(dǎo)線上有非以上主要設(shè)備的物體存在則判斷為異物并進(jìn)行告警。

（3）對(duì)于線下施工類隱患，提出了基于深度學(xué)習(xí)的施工場(chǎng)景識(shí)別技術(shù)。自動(dòng)爬網(wǎng)采集海量的施工車輛圖像數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的標(biāo)定，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法訓(xùn)練分類器實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同拍攝角度不同時(shí)間拍攝圖像中施工車輛識(shí)別，達(dá)到準(zhǔn)確進(jìn)行防外破告警的目的。

（4）對(duì)于線下樹(shù)障隱患，提出了基于視覺(jué)分析軟測(cè)量的礦區(qū)輸電線路線下樹(shù)木安全距離判斷方法。通過(guò)視頻在線監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取輸電線下樹(shù)木圖像，灰度邊緣多尺度提取樹(shù)影特征圖像，根據(jù)太陽(yáng)方位角與坡向等數(shù)據(jù)建立樹(shù)高模型，與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計(jì)算樹(shù)尖到導(dǎo)線的距離，判斷是否需要清除樹(shù)障。

（5）為解決樹(shù)障和異物搭掛隱患，設(shè)計(jì)一款采用Yb3+、Tm3+共摻的錐形雙包層光纖作為主放大級(jí)增益介質(zhì)，分布反饋型光纖激光除障器，斜率效率達(dá)70%，工作功率達(dá)350 W。

（6）研究NBloT物聯(lián)網(wǎng)和北斗定位技術(shù)，設(shè)計(jì)的激光除障器具有遠(yuǎn)程授權(quán)指紋解鎖，熱感應(yīng)場(chǎng)景智能識(shí)別、角度鎖死等功能，保障激光除障器安全有序使用。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）提出了基于視覺(jué)分析軟測(cè)量的礦區(qū)輸電線路線下樹(shù)木安全距離判斷方法。研究了灰度邊緣多尺度提取樹(shù)影特征圖像樹(shù)高計(jì)算方法，與塔高、導(dǎo)線弧垂等數(shù)據(jù)計(jì)算樹(shù)木安全距離，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程樹(shù)障隱患監(jiān)控。替代人工巡線，降低線路運(yùn)維成本，提升線路運(yùn)行可靠性。

（2）提出了基于特征識(shí)別的輸電線路異物識(shí)別方法，通過(guò)識(shí)別線路桿塔、導(dǎo)線、絕緣子、防震錘等關(guān)鍵設(shè)備，判斷導(dǎo)線上出現(xiàn)其他物體為異物搭掛，能夠替代人工巡檢，及時(shí)快速發(fā)現(xiàn)線路異物搭掛隱患。

（3）選取了Yb3+、Tm3+共摻纖芯，設(shè)計(jì)錐形雙包層光纖作為主放大級(jí)增益介質(zhì)，開(kāi)發(fā)的分布反饋型光纖激光除障器，有效降低設(shè)備功耗同時(shí)具備更強(qiáng)的切割除障能力，減少了設(shè)備體積便于長(zhǎng)時(shí)間野外作業(yè)。

（4）提出了一種利用NBloT物聯(lián)網(wǎng)、北斗定位和熱感應(yīng)阻斷的激光設(shè)備安全管控技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)線路清障全過(guò)程智能安全管控，降低了因激光設(shè)備操作不當(dāng)導(dǎo)致事故的風(fēng)險(xiǎn)。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置支持太陽(yáng)能供電，攝像頭超過(guò)500萬(wàn)像素；

（2）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置兼容物聯(lián)網(wǎng)分析管控模塊，支持遠(yuǎn)程預(yù)警查詢；

（3）輸電線路遠(yuǎn)程巡視裝置識(shí)別外破準(zhǔn)確率不低于90%；

（4）異物遠(yuǎn)程清除裝置采用光纖型激光器，設(shè)計(jì)功率不小于300 W；

（5）異物遠(yuǎn)程清除裝置有效作業(yè)距離不小于200 m；

（6）異物遠(yuǎn)程清除裝置便攜式電源續(xù)航不低于30 min；

（7）異物遠(yuǎn)程清除裝置使用云臺(tái)控制，采用風(fēng)冷冷卻方式，兼容物聯(lián)網(wǎng)安全管控模塊。

5 研究成果及應(yīng)用效果

本項(xiàng)目獲授權(quán)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)2項(xiàng)。經(jīng)中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織專家對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行科技成果鑒定，成果達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。

自2019年1月6日在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司110 kV礦區(qū)輸電線路坊四線,35 kV巖線進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)運(yùn)行，后在10條線路上進(jìn)行推廣應(yīng)用。試點(diǎn)期間礦區(qū)輸電通道隱患識(shí)別平臺(tái)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)通道隱患7起并進(jìn)行告警，采用項(xiàng)目研發(fā)的激光清障裝置對(duì)隱患進(jìn)行了處置（見(jiàn)圖2），取得了較好的效果。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)隱患清除