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【摘 要】基于大型天饋線線部署位置高，長期暴露在空氣中，易受自然環(huán)境侵蝕、人工檢測難度大等現(xiàn)實(shí)特點(diǎn)，本文將對架空天饋線監(jiān)測進(jìn)行應(yīng)用需求分析，智能視頻識別系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)研究，以提升天饋線運(yùn)行的安全性能，減少天饋線工程檢修難度。

【關(guān)鍵詞】天饋線；監(jiān)測技術(shù)；智能視頻

0 緒論

大型天線是無線通信系統(tǒng)的重要組成部分，將空間的電磁波與傳輸線路的導(dǎo)行波相互轉(zhuǎn)換，其運(yùn)行的穩(wěn)定性能直接影響著通信的有效性和可靠性。由于大型天饋線長期暴露于野外易受到自然環(huán)境的攻擊，常常出現(xiàn)饋線老化、饋線斷股、饋線覆冰、饋線打火、通信鐵塔傾斜等現(xiàn)象，仍以傳統(tǒng)的人工檢測方式不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下，而且巡檢人員的人身安全也無法得到可靠的保障，采用智能視頻識別技術(shù)是一種安全、高效的方法， 能有效增強(qiáng)天饋線的防護(hù)級別。

1 基于智能視頻識別的技術(shù)分析與設(shè)計(jì)

1.1 天饋線監(jiān)測應(yīng)用需求分析

天饋線系統(tǒng)長期工作在大功率、高壓、工作時(shí)間長、工作環(huán)境惡劣的條件下，導(dǎo)致饋線老化速度快，傳統(tǒng)巡檢手段存在許多弊端，為更好地升級替換傳統(tǒng)人工巡檢手段，查閱了歷史數(shù)據(jù)并分析總結(jié)了架空天饋線監(jiān)測五個(gè)方面的監(jiān)測應(yīng)用需求：

1.1.1 全天候24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測

天饋線監(jiān)測要實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)連續(xù)監(jiān)測，本課題在研究過程中選用高清網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)，這種鏡頭能夠適應(yīng)日夜兩種模式，通過紅外線截止濾片轉(zhuǎn)換，白天開啟過濾片將紅外線阻擋在外，將可見光進(jìn)入傳感器，夜晚相反，關(guān)閉過濾片讓紅外線進(jìn)入傳感器進(jìn)行成像[1]。

1.1.2 對饋線打火監(jiān)測

長期裸露在空氣中的饋線偶爾出現(xiàn)打火現(xiàn)象，需要進(jìn)行監(jiān)測，常見有這樣幾種：

1）饋筒內(nèi)部饋芯的連接出現(xiàn)松動(dòng)易產(chǎn)生打火現(xiàn)象；

2）支撐的瓷棒與輸出的電容處易產(chǎn)生打火現(xiàn)象；

3）高壓饋線與低壓饋線連接處易產(chǎn)生打火現(xiàn)象；

4）由瓷棒和天線振子的松動(dòng)或斷裂引起特性阻抗變化易產(chǎn)生打火現(xiàn)象；

5）通過智能視頻監(jiān)視打火現(xiàn)象，及時(shí)定位至打火發(fā)生點(diǎn)，為檢修人員排查故障提供有利的支撐[1]。

1.1.3 對天饋線姿態(tài)監(jiān)測

在我國北方地區(qū)冬季特別寒冷，天饋線及鐵塔經(jīng)常被冰雪覆蓋，大塊冰雪及冰渣掉落對饋線造成一定的損害，通過智能視頻監(jiān)視手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清理覆冰現(xiàn)場對于天饋線饋線安全是一個(gè)特別重要的維護(hù)保養(yǎng)的途徑[2]。

由于通信鐵塔安裝位置高，遭受強(qiáng)風(fēng)次數(shù)比較多，長時(shí)間運(yùn)行后可能會出現(xiàn)塔桿傾斜甚至倒塌，饋線長期暴露與野外，經(jīng)歷著日曬夜露風(fēng)吹雨打，偶爾出現(xiàn)某段饋線老化、線路斷股，應(yīng)用智能視頻識別系統(tǒng)分析對比較傾斜或倒塌的通信鐵塔與正常通信鐵塔間的區(qū)別以及饋線線路狀態(tài)的變化。根據(jù)圖像匹配與識別算法計(jì)算天線姿態(tài)的變換情況，通過智能視頻分析服務(wù)器進(jìn)行處理，再對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行異常報(bào)警，及時(shí)將故障信息反饋給執(zhí)勤人員，縮短故障搶修時(shí)間。

1.2 天饋線智能視頻識別系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

天饋線智能視頻識別系統(tǒng)主要由高清網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控軟件、解碼器以及電視墻顯示設(shè)備組成，詳見圖1所示。利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將監(jiān)控設(shè)備構(gòu)建在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備的互聯(lián)互通。其中網(wǎng)絡(luò)高清紅外攝像機(jī)主要是以監(jiān)視天饋線或塔桿位為目標(biāo)，對其進(jìn)行二維可見光圖像采集，視頻服務(wù)器對采集的視頻圖像進(jìn)行接入、存儲并轉(zhuǎn)發(fā)，解碼器對網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)囊曨l圖像進(jìn)行綜合顯示。

2 天饋線監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究

天饋線監(jiān)測系統(tǒng)主要利用智能視頻識別技術(shù)對饋線狀態(tài)及通信鐵塔姿態(tài)進(jìn)行檢測分析，采用圖像背景分離技術(shù)對圖像變化情況進(jìn)行檢測識別。首先是高清網(wǎng)絡(luò)紅外攝像機(jī)攝像機(jī)對通信鐵塔及饋線進(jìn)行圖像采集，并在此跟蹤定位，通過智能視頻監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行智能分析識別并設(shè)定判定規(guī)則，最后經(jīng)判定后將告警信息綜合呈現(xiàn)至監(jiān)控終端及電視墻上，具體流程圖如圖2所示。

2.1 天饋線打火監(jiān)測

天饋線打火監(jiān)測采用局部特征檢測法對天饋線線路或零部件進(jìn)行檢測分析。首先對前景區(qū)域進(jìn)行檢測（通過背景減除法），然后對前景區(qū)域的火花進(jìn)行顏色分割，將不匹配的顏色特征的前景像素排除，獲取待定火花區(qū)域，再對待定火花區(qū)域的特征進(jìn)行分析（頻閃特征、顏色變化特征），最后對火花待定區(qū)域進(jìn)行分析及判決，天饋線打火監(jiān)測流程圖如圖3所示[3]。

2.2 天饋線姿態(tài)監(jiān)測

天饋線姿態(tài)檢測用圖像背景分離技術(shù)對圖像變化進(jìn)行監(jiān)測分析，按預(yù)先設(shè)置的通信鐵塔安裝方向、結(jié)構(gòu)等參數(shù)，設(shè)定基礎(chǔ)模板，構(gòu)建特征參量模型。圖中t（黑色）表示為模板正常通信鐵塔，t′（藍(lán)色）表示為異常通信鐵塔，兩者之間的傾斜角度為θ，兩者之間的重疊部分為Δt，近似于Dm（imax，jmax），天線寬度的為2a，天線高度為b，其模型如圖4所示[4]。

3 結(jié)束語

本文通過現(xiàn)場咨詢及數(shù)據(jù)收集梳理并明確了天饋線的應(yīng)用需求，利用智能視頻識別技術(shù)對天饋線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)隊(duì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對監(jiān)測流程、視頻圖像分析算法進(jìn)行了應(yīng)用研究，為天饋線巡檢人員提供了高效安全的監(jiān)測途徑，將大大地節(jié)省天饋線巡檢的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘國輝.智能高清視頻監(jiān)控安防天下2 [M].北京：清華大型出版社，2014：324-347.

[2]彭向陽，陳馳，饒章權(quán)，等.大型無人機(jī)電力線路巡檢作業(yè)及智能診斷技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2015，6：65-124.

[3]余家奎.基于智能的火花和煙霧檢測檢測算法研究 [D].中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文，碩士畢業(yè)論文，2015，5：27-33.

[4]李云龍.基于智能視頻分析技術(shù)的天線巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].海軍工程大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2013，1：33-46.

[責(zé)任編輯：田吉捷]