钟宏宇，吴 刚，尹婷婷，乔 羽

(1.国网通化供电公司，吉林 通化 134001；2.国网吉林省电力有限公司人力资源部，吉林 长春 130022； 3.沈阳嘉越电力科技有限公司，辽宁 沈阳 110136)

随着电网技术的快速发展，架空输电线路防外力破坏监控技术已经成为国内外学者们共同探讨的话题。根据实地了解，架空输电线路长期暴露在室外，其杆塔多、距离长、范围广的特点，恶劣天气变化(暴雨、雷电、冰雹等)和诸多人为因素(盗窃、非安全距离内的建筑施工等)对架空输电线路造成的异常，会给电力企业和电力大用户造成非常严重的后果。因此，加强设备、线路的远程监控应该提上日程。采用常规的调度安排人员对输电线路特巡周期长、效率低、可控性差，无法提前预判[1-3]，已经不能满足现代电网的需求。

基于此，为了及时发现并制止因各种外力破坏对架空输电线路造成的影响，本文在常规的架空输电线路防外力破坏监控技术基础上进行上科学化、模块化，将雷达技术融入其中，研制了一套基于雷达技术的输电智能监控预警系统，可以对现场状况实时监测，积极快速告警。该系统的研制可以更科学合理地指导后续的架空线路防外力破坏的监测工作，系统采用模块化方式，结构清晰，具有先进性、开放性、可扩展性，对进一步研究预测架空输电线路内部存在的潜伏性故障具有科学指导意义。

1 发展现状

目前，同行业学者们针对输电线路的监控系统开展了大量研究，较为成熟的视频监测装置能够及时观察到输电线路附近的杆塔、紧急事故发生地周围的环境动态因素，在诸多输电线路防外力破坏的实践中得到了广泛应用，但从使用者的反馈上来看，这种常规输电线路的防外力破坏系统仍旧存在如下不足[4-7]。

a.防外力破坏预防预判效果差；

b.抗干扰能力差，可信度低；

c.识别侦测物体能力差；

d.跟踪能力差，监测盲区范围多；

e.监测装置功耗大，供电系统困难；

f.智能化水平低，信息统计能力弱，例如何种物体、大小、形状、速度、行为模式等。

2 系统架构及原理

2.1 系统架构

基于雷达技术[8-15]的输电线路监测系统在传统的监控系统基础上进行了科学设计，将雷达原理和视频智能分析功能应用其中，并将图像处理技术、低功耗控制技术、无线通信技术、系统自检与恢复技术、数据采集等集成于一体，为输电线路智能监控服务。系统整体架构如图1所示。

2.2 主站系统工作原理

主站系统通过完成自身数据采集展示，存储以往的历史数据，并作定期统计，给出变化趋势，以便于运行专工了解现场的变化规律，也考虑与其他系统之间数据互动，起到承上启下的作用，做好过渡中间件的功能，可通过PC客户机访问模式迅速了解。软件研发考虑扩展性、实用性、准确性，自身可以独立工作同时，最大限度降低了与其他系统之间的耦合，以便于安装、维护和升级。主站系统工作原理思维导图如图2所示。

3 系统设计及功能概述

3.1 系统设计

本监控系统设计主要包括图像视频采集、智能监测和监测中心预警系统3个部分。

3.1.1 图像视频采集

工作原理是摄像机采集监控现场实时视频、音频、告警等信息数据，摄像机采用可见光，实现定时可控布防监控；对视频处理单元接收的摄像机视频信号进行编码以及智能算法分析，并将视频信息和报警诊断信息通过4G网络方式传送至监控中心或智能监控服务器，监测中心或智能监控服务器将诊断信息和异常图像以发送到信号触发端，以激活语音报警模块发出报警信号。图像视频采集主要由高精度雷达接口、高精度加速度传感器和高清红外摄像机3个模块组成。

a.高精度雷达接口

高精度雷达接口主要用以探测目标(包括静态目标和动态目标)的距离，以及被监控目标的速度矢量，监测范围在0.05～50 m。雷达接口面与天线面如图3所示，其性能参数如表1所示。

表1 性能参数

b.三轴高精度加速度测量

基于雷达技术的输电智能监控预警系统采用的三轴加速度传感器，如图4所示。其最大优势在于，当无法获取目标的速度矢量时，三维加速度传感器可用来测量和弥补。由于体积小、质量轻的优点被广泛用来测量空间加速度，能够更精确反映入侵外物的运动性质。性能参数如表2所示。

表2 性能参数

c.高清红外摄像机

高清红外摄像机如图5所示，主要用于远程受控视频信号采集、处理和传输，对摄像机及云台的可控加热，对摄像机外壳具有自动控制和远程控制功能，可以实现远方常态化操作的自控控制，包括电源、图片采集、IP编辑、断线连接、数据储存以及红外探测等。性能参数如表3所示。

表3 性能参数

3.1.2 智能监测

智能监测与智能监测服务器进行交互沟通，用于控制图像视频采集单元电源的开启与关闭；智能监测分机主要用来接收图像视频采集单元传递的数据，经过分析、处理将数据发送到监测中心服务器。大量的数据采集、存储、管理和远程通信等功能都是通过智能监测分机来实现的。智能监测主要由智能监测装置主板来实现，智能监测装置主板如图6所示。

3.1.3 监测中心预警系统

监测中心预警系统是所有模块中最重要的部分，用以实时监控视频、图像的状态信息以及对敏感信号发出告警。整体模块采用集成架构，内部存储容量大，读写速度快，功能可拓展。监测中心预警系统主要用于对探测的信号发出警告，声控由高功率喊话喇叭来是实现。

a.报警方式

报警方式主要包括现场报警和监控中心报警2种。现场报警可连接智能视频分析单元和声光报警声，警报一旦被触发，智能视频分析单元中的I/O开关将被关闭，以致触发前端声光报警器。监控中心报警的视频分析管理软件安装在某台PC机中，当有人为或客观因素触发报警，PC就会发出报警，并在管理软件上显示报警时间、地点和报警事件及现场图片及录像信息。

b.报警器连接

报警器连接如图7所示。智能视频分析单元提供报警输出口，绿色端口可连接报警器或视频服务器的报警I/O口。报警输出端用开关对信号进行开断，当AB接通时，表示产生报警信号，当AB断开时，表示无报警信号。

3.2 系统功能

基于雷达技术的输电智能监控预警系统通过摄像机采集到周围的图片元素和视频元素，经过通信技术传输到主控监控室，例如：当画面中1台车辆出现在监视范围中，图像就会将车辆的矩形区域实时绘制，车辆移动中，矩形也会跟踪在车辆周围，并在监视画面中告警为外力入侵对象，引起监控值班员注意，关注事态发展过程。

基于雷达技术的输电智能监控预警系统可以防止输电线路人为因素和客观因素的破坏发生，可在监控区域内辨识出输电线路不安全距离范围内是否有大型的建筑施工、人为盗窃塔材行为，或有无风筝等异物飘挂到架空线路上，对于入侵检测、异物检测，可以归结为对输电线路周围的外界事物进行识别、报警，以便工作人员采取有效的措施避免输电线路危害行为的发生。

对于外力破坏的监测，首先从现场图像序列中将感兴趣的区域(高大建筑机械、人体目标)从背景图像序列中抽取出来，结合颜色特征以及运动目标区域面积大小，实现大型机械与人体目标的分类、检测。当大型机械驶入并停留在监控保护区域时，监控现场会予以发出警告，以警示该物体不得停留在监控保护区域，当大型机械继续停留在监控保护区域，进行电工作业，如吊车臂伸展，则对吊车臂进行检测与运动跟踪，估算吊车臂的伸展角度，并提高预警级别，警报信息将逐级上传。当有人体目标进入保护区内并停留，现场语音警示，提醒人体目标盗窃国家电力设备属于违法行为，并将警报信息逐级上传。

4 系统应用

基于雷达技术的输电智能监控预警系统已在国内某供电公司推广应用，有效解决了传统输电线路监控系统信息量小、功耗大、抗干扰能力差的问题，在提高输电线路的可靠运行中具有举足轻重的位置。

a.人体目标检测

图8—图11为检测塔下人体目标检测的分析图。

b.大型机械检测

塔下大型机械的检测算法原理与人体目标检测一致，由于杆塔下如挖掘机、塔吊等大型机械颜色与面积与人体大不相同，所以要对算法中的一些特定参数进行修改，例如阈值分割时的阈值设定不同，面积阈值分割时的面积阈值也不同，不同机械检测结果见图12—图14。

c.异物检测

对飘挂到输电线路导线上的风筝等异物进行检测，利用背景建模的方法，具体算法和前面的理论一致，也要根据异物特征对一些参数进行修正，不同异物检测结果如图15—图16所示。

5 结语

架空输电线路防外力破坏系统在供电公司及电力用户发挥着重要的作用，常规的架空输电线路防外力破坏系统存在着诸多不足，如预警不及时、现场误报率高、物体种类识别不明显等。因此，本文根据雷达检测高精度的智能监测预警技术，基于雷达技术的输电智能监控预警系统模块化设计精良，构架逻辑清晰，对检测人体目标、大型机械、异物均起到了良好的预警效果。