（国家电网公司山西省电力公司检修分公司 山西太原）
关键词：针对特高压输电线路易遭受到外力破坏的威胁，管理部门难以提前对危险事件加以防范并予以处理的特点，本文论述了一种利用智能视频分析技术，通过塔上监控摄像机和云台，对高压输电线路及周边区域实行不间断监控的智能预警系统。通过使用高压输电线路的专用图像分析算法，可以对线路实时视频进行智能分析，自动对非法侵入、弧垂点异常和覆冰等危险事件进行预警，降低由于外力破坏和线路故障等因素带来的损失。
一、引言
与传统高压输电线路相比较，特高压输电线路（1000千伏）有着危险程度高，维护难度大，沿线自然条件恶劣等特点。目前特高压线路沿线区域，主要面临以下一些实际问题：易覆冰区线路结冰致使覆冰跳闸；采空区、即采区在保护区内进行违章施工、修筑违章建筑、煤层开采对杆塔造成基础沉降、杆塔倾斜；易发山火区山火或者人为燃烧农作物等活动而引发跳闸；易受外力破坏区，外力因素炸伤导线、铁塔、金具；易建房区和易施工区的违章施工、修筑违章建筑,影响线路安全运行等。
针对以上维护中的问题，传统方式通常使用微气象传感器、拉力张力传感器、导线应力传感器、杆塔倾斜仪等装置，对特高压线路的各项参数进行实时监控，一旦发现危险情况及时通知值守人员进行处理。但是这些在线监测装置功能单一，各自独立，并且不能使管理员直观的获取到现场的第一手图像，容易产生虚报、漏报的危险。
智能视频分析在输电线路智能视频监控领域的应用是最近几年出现的技术。通过开发专门的针对性的视频分析算法，可以对输电线路及周边区域进行实时监测，智能分析，自动报警，是一门具有摸索、创新意义的新技术。
二、特高压输电线智能视频预警系统的组成
特高压输电线智能视频预警系统主要由前端预警子系统、无线传输网络和后台监控中心三部分组成。其中前端预警子系统又包括了塔上电源管理系统、智能视频分析设备、各类数据传感器等模块。其中前端预警子系统中的智能视频分析设备是在特高压输电线智能视频预警系统中的关键设备，既承担前端现场传感器数据的采集、分析处理等功能，又负责对前端的监控视频图像进行实时分析，及时上报告警信息。
为集中处理来自电力线塔上各传感器的数据，必须依靠统一的前端智能视频分析设备来收集各种传感器的信息，处理这些信息，并通过统一的通信链路回传到监控中心。这些状态信息主要包括：通过云台摄像机和高速球机获取的实时视频图像；导线弧垂及温度的变化；气候和环境状况的变化；输电线路覆冰和舞动；杆塔和线路的外力破坏；线路高阻单相接地故障；线路故障位置，耐张塔均压环对绝缘子放电，微气象区瓷绝缘子覆冰闪络故障等等。
考虑到体积、功耗、性能等诸多方面的因素，此前端智能视频分析设备可以采用TI DM8127嵌入式硬件处理平台，通过RS-485总线扩展和SPI总线扩展，可以方便的接入多种不同类型的数据传感器。同时DM8127处理器自带VPFE前端视频采集接口，可以方便的接入ITU BT.656、BT.1120格式的串行数字视频信号。
图2-1前端预警子系统工作原理框图
三、智能视频检测算法设计
根据特高压输电线路预警需求内容，需要设计特定区域入侵检测、烟火检测、弧垂点检测和覆冰检测四项智能视频算法功能。
其中特定区域的入侵功能、烟火检测功能可归纳为目标检测、跟踪和识别模块；对于弧垂点检测和覆冰检测功能是与监控图像内的输电线具体位置相关，因此将此类功能归纳为对输电线进行检测、识别模式，通过检测出输电线图像位置为参考基准，再依据各功能的具体要求做进一步的实现。
图3-1 输电线智能视频检测算法整体结构框架图
1、智能视频分析算法底层结构实现
底层算法实现的意义在于能够为实际应用功能提供基础算法，建立底层算法模块，引入场景标定信息，同时为将来实际需求功能拓展提供一个具有很强通用性的接口。底层算法模块包含三个部分：场景标定、运动目标识别和输电线检测与识别。
场景标定模块
该模块主要是结合用户标定的场景信息与相机自身的内部参数，通过计算将二维平面坐标转化为三维坐标，辅助运动目标识别模块和曲线检测与提取模块，来准确地定位目标，从而更加保证算法的适用性和可靠性。
场景标定采用一种基于线段的标定方法进行实现。可以根据相机参数，获得并输出目标的标定参数；根据相机的高度、俯仰角、水平消失线的相机参数，计算图像中目标的包括目标对应于真实空间的坐标、目标的真实高度、目标的真实宽度标定参数，并且从输出模块输出该标定参数。
（1）运动目标识别算法模块
该模块主要是实现运动目标检测、运动目标跟踪和目标分类等功能，由于超高检测、特定区域的人员、车辆入侵和保护区内大型车辆停留这三个功能，从智能视频角度来分析都是与运动目标检测相关，因此对于这三个需求功能，完全能够以运动目标识别底层算法模块为基础进行实现；其中运动目标识别模块又包含运动目标检测、运动目标跟踪、运动目标分类三个子块进行实现。
与现有技术不同，本算法的运动目标分类方法是基于物理空间上的，可以直接满足摄像机的标定。
本算法的最大优点在于，可以准确地对运动目标进行分类，能实现人群与车的准确分类，因此能够为警戒区域内的大型车辆滞留检测提供基础，为应用功能的拓展提供一通用接口。
（2）曲线检测与识别模块
该模块主要是实现在一定干扰环境下，正确地检测识别出输电线在图像内位置；由于输电线晃动、弧垂点检测、线间距离变化、飘挂物检测，覆冰检测等实际需求功能，都是与输电线的具体位置相关的。因此将曲线检测与识别模块作为底层算法的一项，依据此模块提取出的曲线位置，再以曲线位置为参考，实现上述的各类实际应用功能。 其中曲线检测与识别模块又包含曲线检测和曲线识别模块两个子模块进行实现。
2、智能视频分析算法上层应用实现
上层应用是以底层算法模块为基础，根据实际应用需求的功能实现各个具体的算法模块。
（1）特定区域入侵输检测与报警
功能描述：完成对特定区域的人员（车辆）的入侵检测功能。
算法解决方案：算法首先背景建模、帧间差分、形态学过滤、光影检测和区域分类等技术提取真实的运动区域，然后基于模式识别技术对区域进行匹配跟踪获得运动目标并进行准确分类，再将检测得到的目标位置与用户设置的警戒区域进行比较，判断是否有人员（车辆）入侵。
图3-3输电线路弧垂点检测检测示意图
（3）输电线路覆冰检测与报警
功能描述：对输电线路覆冰厚度进行检测，超过警戒值报警。。
算法解决方案：算法首先采用边缘检测和模板匹配等技术图像中的输电线位置进行标定，然后定时对输电线的宽度进行检测，当检测到由于覆冰导致输电线宽超过预先设定的阈值时发出警报。
图3-4输电线路覆冰检测示意图
四、总结
智能视频预警系统成功采用先进的图像算法成功解决了特高压输电线路的安全需求。整个监控系统配置合理，精简实用，可以对特高压输电线路在出现可能安全威胁时自动产生报警，并将实时图像传递给管理员进行二次确认，便于管理者及时决策和指挥调度。可以弥补巡线工作人员不足，真正实现及时预防性、快速处理、减少经费成本开支。
参考文献
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收稿日期：2016-12-06。
作者简介：
王慧刚(1972—)，男，高级工程师，输配电线路在线状态监测技术研究方向。
论文作者:王慧刚
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：输电线论文; 算法论文; 线路论文; 目标论文; 模块论文; 智能论文; 功能论文; 《电力设备》2016年第22期论文;