設備終端智能監控視區布點技術方案優化設計

許逵 羅顯躍 龍黔 唐衛華 張歷

摘 要：變電站安全監控與管理工作中，采用三維地理信息系統的實現視頻巡視終端布點，忽略了設備與設備之間的遮擋問題，正常布點后電力視頻巡視的監控盲區數量多。為此，提出基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點方法。運用柵格化思想對電力視頻巡視環境進行建模，將其劃分為多個巡視子區域，根據監控重要度指標確定巡視子區域的預期監控清晰度。采用多正方形單元擬合近似分析原理，建立電力視頻巡視終端監控范圍清晰度矩陣。定義最小平均監控距離后，引入監控乘子函數構造最優終端布點目標函數。通過多目標遺傳算法求出最優解，得到電力視頻巡視終端最優布點方案。實驗結果表明，運用新研究方法完成終端布點后，整個電力視頻巡視區域中僅存在2個監控盲區，實現對電力設備的全方面監控。

關鍵詞：柵格化理論；電力巡檢；視頻終端；清晰度；遺傳算法；布點；

中圖分類號：TP391.9;TM762

文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）11-0153-04

Optimization design of technical scheme for layout of intelligent monitoring visual area of equipment terminalXV

XU Kui1，LUO Xianyue2，LONG Qian2，TANG Weihua2，ZHANG Li3

（1.Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China;

2.Tongren Power Supply Bureau of Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Tongren 554300，Guizhou China;

3.Electric Power Science Research Institute of Guizhou Power Grid Co.，Ltd.，Guiyang 550002，China

）

Abstract： In the safety monitoring and management of substations，the deployment of video inspection terminals using a three-dimensional geographic information system ignores the issue of obstruction between devices，resulting in a large number of blind spots in the monitoring of power video inspection after deployment.Therefore，a grid based method for arranging power video inspection terminals is proposed.The power video inspection environment was modeled by using the idea of rasterization，which was divided into several inspection sub-regions，and the expected monitoring clarity of inspection sub-regions was determined according to the monitoring importance index.The definition matrix of monitoring range of power video patrol terminal was established based on the principle of multi-square unit fitting approximation analysis.After defining the minimum average monitoring distance，the monitoring multiplier function was introduced to construct the optimal terminal distribution objective function.The optimal solution was found by multi-objective genetic algorithm，and the optimal location scheme of power video patrol terminal was obtained.The experimental results showed that there were only 2 monitoring blind spots in the whole power video inspection area after the new research method was used to complete the layout of the terminal.

Key words：rasterization theory;electric power inspection;video terminal;clarity;genetic algorithm;arrange points

通過科學合理的布點方案和嚴格的實施規程，可以實現對電力設備的全面、實時監控，為保障電力系統的安全穩定運行提供有力支持［1］。傳統的電力視頻巡視終端布點方法主要依靠經驗進行選擇和設置，缺乏系統性和科學性。因此，各種結合現代化思想的終端布點方法涌現出來。如分析巡檢區域內電力設備布局情況，并獲取設備的距離尺寸，基于此構建三維空間模型。明確傳感器的最大監測范圍后，以實現電力運行環境的全方面監測為目標，生成分布式巡視終端布點結果［2］。但是，該布點方法應用后監控攝像頭的分布過于密集，會造成成本過高的問題。針對變電站場景進行建模仿真分析，獲取工頻電場、工頻磁場的空間變化數據，并提取二者的空間分布特征，在空間場強分布特征區域布設較多監測點，其他區域則布設少量監測點，實現電力環境的全面反映［3］。測試結果顯示，該布點方法應用后存在較多監控盲區。以積分方程理論為核心，建立終端布點所需的先進數值方程。再引入雙互易法，在徑向基函數的輔助下，將域內積分轉化為邊界積分，通過半數值半解析的方法求出自適應布點結果［4］。但是，該方法終端布點計算復雜復雜度較高。本文提出了一種基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點方法，旨在提高電力視頻巡視的效率和精度，為電力系統的安全穩定運行提供保障。

1 設計基于柵格化理論的電力視頻巡視終端布點方法

1.1 基于柵格化思想劃分電力巡視區域

針對電力視頻巡視區域，采集環境地理信息數據，并引入柵格化思想對環境信息進行柵格化處理［5］，得到包含簡單幾何關系的環境模型，如圖1所示。柵格模型是由無數個尺寸的柵格組成，其中標注為黑色的柵格代表環境中的電力設備，基于此可以充分描述巡視環境。

2 實驗分析

2.1 實驗環境

阿里聯網工程某220 kV變電項目于2016年10月15日開工建設，2020年7月26日全線貫通，該工程沿途16個縣的38萬農牧民將接入其中。本次實驗以該項目庫中的某一個占地面積為200 m×150 m的變電站為例，進行電力視頻巡視終端布點研究，以此來實現高質量的電力視頻巡視。通過調查可知，該220 kV變電站內包括4個變電區，2個綠化區和1個保安室。為了便于進行電力視頻巡視終端布點分析，對變電站平面圖進行柵格化處理，形成由無數個正方形小區域組成的區域離散化結果，結果如圖4所示。

由圖4可知，在電力巡視區域柵格化處理后，標注出所有可以安裝終端攝像頭的小區域集合。在此基礎上考慮變電站擬投資金額為20萬元，選取監控邊界系數為0.2、0.7和1的槍機和球機作為監控終端，2種攝像頭的具體參數如表1所示。

實驗過程中，采用新研究方法和文獻［2］、文獻［3］方法分別進行電力視頻巡視終端布點，并具體實施3種布點方案檢驗每種方法應用效果。

2.2 視頻巡視終端布點結果

定義電力視頻巡視終端布點目標函數后，進行300遺傳計算求解，得到16個最優解，每個pareto最優解都代表一個終端布點方案，考慮本次實驗的具體環境和工程需要，找到適應度最大的解作為目標函數的最優解。求解結束后，獲取最優解對應的電力視頻巡視終端布點方案，最終布點結果如圖5所示。

由圖5可知，新研究方法應用后可以在有限投資成本的條件下，針對重點巡視的變電站區域，穿插布置電力視頻巡視所需的終端槍機和球機，基本實現了期望監控要求，證明了所提方法是可行的。

2.3 視頻巡視盲區數量分析

為了加強實驗對比結果，采用2種文獻提出方法同樣給出終端布點方案。依次按照3種布點方案安裝電力視頻巡視終端后，觀察變電站中的視頻巡視盲區數量，以此來衡量每種方法布點質量。經過統計可知，不同布點方案的盲區數量，新研究方法布點結果的視頻巡視盲區只出現在變電區2和變電區3，總盲區數量為2個；另外2種方法布點結束后，分別出現了21個、22個視頻巡視盲區。綜上所述，結合柵格化理論可以充分考慮電力設備遮擋情況，給出更加科學的巡視終端布點方案，實現電力環境的全方面監控。

3 結語

本研究提出一種基于柵格化理論的布點方法。法將巡視區域劃分為等大小的網格單元，并根據實際需求和監控目標，對網格單元進行評估和選擇。通過優化終端的部署位置和角度，能夠提高巡視效率和精度，降低監控盲區。有利于提高電力系統的安全性和穩定性，為電力行業的可持續發展提供有力保障。

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收稿日期：2023-08-10；修回日期：2023-10-31

作者簡介：許 逵（1984-），男，碩士，高級工程師，研究方向：變電智能運檢；E-mail：13790996025@163.com。

引文格式：許 逵，羅顯躍，龍 黔，等.設備終端智能監控視區布點技術方案優化設計［J］.粘接，2023，50（11）：153-156.