图像处理在输电线路防外力破坏监控中的应用
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蔡东 王洪成 王恒超
【摘 要】输电线路外力破坏是引起输电线路故障的主要原因之一。本文充分利用视频处理的软件优势，将图像中异物检测和轨迹检测引入到输电线路防外破工作，设计了分布式的输电线路外力破坏监测系统，将防外破工作由原来的被动报警，变成主动预警，成功的降低了输电线路外力破坏的概率。
【关键词】输电线路；外力破坏；视频；异物检测；轨迹检测
一、前言
大量的运行统计数据表明，输电线路外力破坏事件已成为危害电网供电可靠性和安全运行的重要隐患。随着经济建设与基础建设的发展，线路附近或走廊下方的吊车、泵车、挖掘机、顶管机等大型特种车辆的施工作业日益频繁，稍有不慎就可能造成线路外破事件。2017年辽宁地区发生十几起因吊车、顶管作业引起的输电线路外力破坏事件。
输电线路防外破工作得到了各级输电运行部门的重点关注，为了保证输电线路安全，公司采取了限高线、视频监控等技术措施防止大型施工机械碰线，对于危险性大的工地甚至安排专人现场24小时值守，消耗大量的人力物力。
现有的技术措施主要有：视频实时监测、激光雷达、红外实时监测技术，通过监测电气安全距离内是否有外物入侵，来判断是否存在危及线路安全的行为，并发送相关信息通知值守人员。由于应用模式和安装位置的限制，只具备被动的危险行为报警功能，不具备提前告知和面向机械操作者的预警，制约了应用效果和技术经济性。
本文拟基于机械视觉和移动互联网技术通过集成创新，构建＂人-机＂协同系统，对施工机械类外破危险源实施进场、施工、退场的全过程可视化主动管控，实现输电通道防外破技术从危险行为后的被动报警到危险源全程主动管控的技术升级，为输电通道的防外破提供新的思路和技术手段。应用模式和功能集成创新，将输电线路运行人员巡视监督与实时监测技防手段。
二、系统架构
本系统主要由防触装置，、图像处理模块和预警发布模块四部分组成，其示意图如图1所示。
防触装置安装在高压铁塔上，当大型特种车辆进入摄像机视场范围时，防触装置通过3G网络及时将图像回传至后台服务器，图像处理模块及时检测出吊车等大型车辆并计算其与架空线路间的距离，当车辆与导线的距离小于预警距离时，通过3G网络将告警信息推送至前端，实现输电线路外破风险的主动报警。
1.防触装置设计
防触装置主要有安装在输电线路上的视频监控终端、和太阳能供电系统组成。其中视频监控终端由一台枪机和一台球机组成，太阳能由两块太阳能板和充放电控制器组成，蓄电池由锂电池和保护电路组成。所有工作元器件均采用宽温和防水、防震设计，采用屏蔽和接地防止高磁场对通讯和电子设备的干扰。
防触装置设置为突发性工作模式，只在后台呼叫和触发报警时才向后台传输数据，避免图像在传输过程中的产生高昂流量费用。
2.图像处理模块设计
图像处理模块主要检测吊车的出现及计算其到输电线路的安全距离。本文首先采用Code Book方法对采样背景进行建模，由于吊车大多为黄色，本文把每个像素的RGB分量作为特征向量，从收集的包含吊车的视频中选取若干画面来训练颜色模型，当吊车进入到画面中可以拍摄图像中每个单独的联通区域提取形状特征，并根据形状特征选取最像吊车吊臂的区域。对于视频的每一帧，对疑似吊车的区域进行相关分析，得到其运行轨迹，同时根据空间几何计算出其到输电线路的距离，当其距离达到安全距离时，通过系统发出警报
3.预警发布模块
预警发布模块主要通过短消息，APP等方式，想电力运维人员和吊车作业人员发布，及时告知风险。
在监控系统中，由于监测环境与监测对象的特殊性，所使用的各部件均要求的具有低功耗性且智能化高。在对电力设施监测中，项目要求对电力设施进行全天候的视频监测、对异常情况进行智能分析、及时将突发情况上传图像至监控中心并自动告警。本系统结合低功耗的枪式摄像机和视频侦查分析仪来对电力设施进行全天候的监测，如有高大物体跨越线路最低处时，或电力设施出现异常情况时，前端视频分析模块自动分析、并发出告警、启用录像、拍照等告警行为，同时上传告警信息、告警图像到监控中心。
三、结论
本文研制的视频防外破系统已经在现场应用，并成功实現多起外破事件的预警，为输电线路的安全运行提供了安全保障，有望大规模应用。
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