陈丹 杨可林
国网菏泽供电公司 山东 菏泽 274000
摘要：随着社会经济的快速发展，各行各业对电力供应的质量和可靠性提出了更高的要求。由于输电线路绵延几十甚至上百公里，所处的环境具有不确定性，受所处地理环境和外部因素影响很大，输电线路运行是否安全已成为电网可靠性的重要指标。针对持续多发的输电线路外力破坏事件，人工巡视以及传统监控设备并不能及时有效发现事故隐患，因此提出基于图像识别技术的输电线路智能监控系统。该系统应用卷积神经网络的深度学习算法训练模型，可以智能识别出输电线路现场的安全隐患。文章针对输电线路智能监控技术的具体应用进行了研究，以供参考。
关键词：图像识别；输电线路；智能监控
1 输电线路智能监控系统结构
1.1系统功能介绍
输电线路智能监控设备一般安装在输电线路杆塔塔身上，在一定高度上对输电线路周围环境进行监控，通过通信链路将采集的视频及图像信息上传至系统服务器。系统服务器通过调用图像识别程序，对回传的数据进行实时判定分析。当识别发现输电线路走廊内存在会对输电线路产生危害的大型施工机械时，就会触发报警程序，系统将会对该隐患进行标注，并将相关信息自动报送给相应的运维工作人员。若输电线路走廊内不存在隐患，图像识别程序将判定线路环境正常，不会触发报警程序。系统会将监控设备采集的视频流及图像数据进行存档，并以一定的时间间隔截取图片，推送至企业微信公众号，工作人员可以通过系统后台直接访问，或者通过微信客户端进行查看，以便根据实际需要实时动态掌握施工现场信息。
1.2智能监控系统组
成智能监控系统分3个部分组成:塔上监控设备、通信系统、后台存储与数据处理平台。塔上监控设备实现对输电线路杆塔现场图像以及相关环境参数的采集。包括监控摄像头、供电模块、控制芯片(视频采集卡以及其他传感器控制芯片)、通信天线。通信系统实现前端监控设备与后台系统服务器的双向通信，包括视频(图像)回传及控制指令传输等功能。通信系统由工业路由器和4G无线网卡配置组成，在本系统中采用4G无线传输，监控摄像机将视频编码处理后的图像进行压缩、封装后再通过4G无线传输模块传送至后台终端服务器。这种方式保证了数据传输质量和速度。后台存储与数据处理平台实现对现场采集数据的实时分析，并依照设置好的规则对数据进行存档或推送功能。作为整个智能监控系统的核心部分，数据处理单元调用图像识别模型对收集的数据进行实时分析，对分析的数据进行统一归档存储。同时，将发现的问题分层、分组推送至相关的运维人员，时效性、针对性更强。
1.3系统功能的实现
智能监控系统的前端监控设备安装在线路周边有大型机械施工的杆塔上，对整个施工现场的情况进行视频采集存储、图像等数据传输。监控系统后台服务器对接收到的图像信息进行实时识别和分析处理，通过对图像特征值的提取、分析，实现对大型机械的判别和预警。一旦系统识别出大型机械闯入线路保护区，就会触发预警程序，自动将相关信息报送运维人员。若未发现大型机械入侵时，后台程序将按照预先设定的间隔对监控视频进行抽帧，并将每帧图像上传至服务器，服务器依据设定好的存储逻辑将图片归类并自动存档，同时提供一个外部访问端口，以便运维人员可以根据需要对数据进行查看，全方面掌握施工现场信息。(1)安装在输电线路杆塔上的前端监控设备采集图像信息；(2)图像数据通过4G信号上传到后台服务器；(3)后台服务器调用图像识别模型，并返回相关参数，服务端做分析记录；(4)在识别发现输电线路存在安全隐患时，自动向相关运维人员上报。
2 系统功能设计
现场视频监控装置采集现场实际情况，智能识别服务器识别出发生外力破坏时发出报警控制信号，控制现场声光报警，同时将报警信息通过短信猫将短信或彩信（报警地点现场图像）的方式发送到相应设备主管人员的手机上。为方便主管领导和设备主管人员随时可以查看远程输电线路及铁塔的情况，本技术支持手机通过网页访问的方式实时查看各监控点实时视频信息，实现远程监控。
2.1实时监控与控制功能
控制功能：通过后台视频服务器可以控制网络摄像机，实现水平转动角度为350°，垂直转动上、下各为75°，能够全面观察监控点的实际情况，包括铁塔的塔基等。实时监视功能：利用4G无线网络和公网网络，后台中心的视频服务器可实时监视经授权监控点的图像及控制监控点的辅助设备。并可通过手持移动终端，例如手机，PAD等远程实时监控。
2.2视频数据的管理与存储
视频服务器接收的现场视频数据，通过内部局域网传输到数据库服务器进行存储。该系统支持对多种类型视频数据的存储，且视频数据存储文件的大小支持可配置，存储功能支持自动循环覆盖。该系统支持视频数据的本地查询、回放功能，即可通过后台视频服务器查询到控制中心所有接入的视频数据清单，并可以回放所有清单中的视频。
2.3报警和联动机制设计
该系统设计了三级的报警和联动机制，详细设计如下：（1）现场视频监控装置的声光报警；（2）后台控制中心的报警联动：智能识别服务器处理到报警信息后，根据设定的报警信息类型不同，对报警信息联动处理。将报警信息通过短信猫将短信或彩信（报警地点现场图像）的方式发送到相应设备主管人员的手机上。该系统同时支持手机或者PAD等客户端通过网页访问的方式实时查看各监控点实时视频信息，实现远程监控和控制等。（3）客户端联动：接收到报警信息的客户端，可将画面切换到报警设备联动画面，响应报警信息回传到后台服务器，让设备主管领导知晓设备管理人员已接受信息，并进行相应处理。
2.4数字矩阵功能
（电视墙）控制中心设置了数字矩阵显示平台（电视墙），该平台可以将视频服务器接收的实时视频输出至视频分割器，电视墙上每个显示器对应显示一路视频监控信号。
3具体应用
3.1水泥泵车和吊车入侵检测
网络摄像机实时监控输电线路警戒区，当检测到水泥泵车和吊车行驶入道输电线路的警戒范围内时，智能识别服务器控制网络摄像机对该机械进行跟踪定位。如果水泥泵车和吊车行驶到高压线下方短暂停留并驶离开，则不报警；如果停留超过一定时间，智能识别服务器则发出报警信号给相应管理人员，并且启动现场声光报警，提醒水泥泵车和吊车不能停留在警戒区域内；随着水泥泵车和吊车在输电线路警戒区内停留时间的延长，并逐级提高警报级别，直至送达最高主管领导处。
3.2违章建筑检测
高压传输线下方一定范围内是禁止搭建房屋等建筑的，会危害到高压传输线的安全，如果触碰到高压线，容易造成跳闸事故。因此，当有违章建筑在高压线下开始搭建，一直到有一定高度，发出预警信号，并逐级提高警报级别，直至送达最高主管领导处。
结语
综上所述，相对于传统的人工巡检作业方式，利用4G无线通讯将现场实际情况传送到后台服务器进行智能识别，当识别出可能发生对输电线路破坏的情况时，发出预警信号通知相应的管理人员，并启动现场的报警装置警示具有非常明显的优势，可大幅减少停电次数，显著提升输电线路可靠性。
参考文献：
[1]赵建青,姚瑶,邱玩辉,等.基于输电线路在线巡视系统的智能预警系统研究.电力系统保护与控制,2013,41(23):49–54.
[2]刘高,曾懿辉.嵌入式视频和图像识别技术在架空输电线路智能监控中的应用研究.计算机系统应用,2013,22(11):58–61.
[3]姚瑶.基于输电线路在线巡视系统的智能预警技术研究[硕士学位论文].武汉:华中科技大学,2014.3