浙江圖盛輸變電工程有限公司溫州科技分公司 諸加榮 魏征宇 汪大海

1 現(xiàn)狀概述

隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)手段被應(yīng)用到輸電線路巡視中，包括無(wú)人機(jī)、視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備、直升機(jī)等。但這些手段由于種種原因并沒(méi)有被廣泛推廣，大部分電網(wǎng)公司對(duì)輸電線路巡視仍以人工巡視為主，目前采用的巡視方式存在如下問(wèn)題：

一是輸電線路規(guī)?？焖僭黾?，線路巡視班組缺員嚴(yán)重。同時(shí)，巡線員普遍年齡偏大，面臨退休，而青壯年愿意進(jìn)入該行業(yè)的較少。在此情況下，輸電線路巡視的勞動(dòng)強(qiáng)度越來(lái)越大，而所管轄線路運(yùn)維環(huán)境差，地理環(huán)境惡劣，巡視人員野外作業(yè)不安全因素較大。

二是人工巡視效果有限，巡視效率低。目前的巡線方式對(duì)人員依賴較強(qiáng)，巡線人員技能水平直接影響巡視的效果；人工巡視由于受到觀察角度的限制，巡視全面性不足，人員工作效率較低。

三是線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備利用率較低，維護(hù)成本較高。盡管電網(wǎng)每年都在投入資金用于視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，以及通過(guò)提升輸電線路智能化水平，來(lái)提高輸電線路巡視效率。但由于視頻監(jiān)測(cè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，同質(zhì)化嚴(yán)重，設(shè)備質(zhì)量得不到保障，設(shè)備上線率低。

四是缺乏統(tǒng)一管理平臺(tái)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合利用。無(wú)論是人工巡視、視頻在線監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)巡視，這些巡視方式所采集的數(shù)據(jù)都對(duì)輸電線路意義重大。但由于沒(méi)有統(tǒng)一的系統(tǒng)管理平臺(tái)，數(shù)據(jù)的利用率低，信息反饋不及時(shí)。

2 輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)模式

本文中輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)模式結(jié)合太陽(yáng)能高清攝像頭、傳感器、無(wú)人機(jī)、自組微網(wǎng)、自研系統(tǒng)等配套設(shè)備、軟件，運(yùn)用大數(shù)據(jù)算法、圖像識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)輸電線路進(jìn)行高效巡視[1-2]。

相比于傳統(tǒng)單獨(dú)采購(gòu)各類(lèi)設(shè)備、系統(tǒng)平臺(tái)、維修維護(hù)，輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)將根據(jù)輸電線路實(shí)際線路情況及效益分析，考慮搭配運(yùn)用在線可視化監(jiān)測(cè)、無(wú)人機(jī)、線下人工監(jiān)測(cè)等巡視手段，特色化定制輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視方案，完成線路數(shù)據(jù)的采集、分析、處理，及時(shí)告警線路缺陷信息，7×24h維護(hù)線路運(yùn)行狀態(tài)，形成輸電線路運(yùn)行報(bào)告，高效完成線路巡視任務(wù)，保障輸電線路的安全運(yùn)行[3-4]。

通過(guò)部署自研輸電線路智慧巡視平臺(tái)系統(tǒng)系列軟件，結(jié)合自身研發(fā)數(shù)據(jù)、圖像識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)輸電線路大數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行線路運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控。該服務(wù)模式可實(shí)現(xiàn)線路數(shù)據(jù)的智能審核，人工二次審核驗(yàn)證并發(fā)布線路告警信息，及時(shí)聯(lián)系檢修班組處理線路缺陷，消缺處理后二次確認(rèn)缺陷，實(shí)現(xiàn)線路檢修閉環(huán)。

該服務(wù)模式采用支付技術(shù)服務(wù)廠家年技術(shù)服務(wù)費(fèi)的商業(yè)模式，每年對(duì)服務(wù)成果進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收，保證線路可視化覆蓋率、線路數(shù)據(jù)量、線路運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到合格水平。

3 智慧巡視服務(wù)類(lèi)型

3.1 全塔可視化巡視服務(wù)

輸電線路全塔可視化服務(wù)是數(shù)據(jù)采集最多、巡視范圍最廣的輸電線路智能巡視服務(wù)。其主要利用高清攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、輸電線路智慧巡視系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，采用分布式存儲(chǔ)、圖像識(shí)別、流媒體等技術(shù)，達(dá)到安全高效巡視、線路檢修閉環(huán)的效果。智慧巡視系統(tǒng)界面如圖1所示。

圖1 智慧巡視系統(tǒng)界面

運(yùn)用輸電線路全塔可視化服務(wù)，每個(gè)桿塔年數(shù)據(jù)采集量可達(dá)4000張，對(duì)線路桿塔絕緣子、通道、金具等部位設(shè)立預(yù)置位進(jìn)行圖片采集，運(yùn)用圖像識(shí)別與特定算法分析對(duì)可能造成線路威脅的信息進(jìn)行告警，每月按時(shí)編寫(xiě)線路巡視大數(shù)據(jù)報(bào)告。經(jīng)過(guò)對(duì)比測(cè)算，運(yùn)用輸電線路全塔可視化服務(wù)是傳統(tǒng)人工巡視效率的312倍。

自組微網(wǎng)方案如圖2所示。針對(duì)位于無(wú)信號(hào)區(qū)域、周?chē)h(huán)境惡劣的線路，采用自組微網(wǎng)技術(shù)對(duì)線路數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸管理；采用低功耗設(shè)備與高效太陽(yáng)能供能，保證數(shù)據(jù)在無(wú)信號(hào)區(qū)域按時(shí)采集；采用GPS與軌跡記錄技術(shù)，對(duì)輸電線路位置路線進(jìn)行標(biāo)注。

圖2 自組微網(wǎng)方案

3.2 無(wú)人機(jī)巡視服務(wù)

可提供輸電線路無(wú)人機(jī)精細(xì)化巡檢（可見(jiàn)光、紅外等）、通道巡檢、三維激光及可見(jiàn)光樹(shù)障巡檢服務(wù)。無(wú)人機(jī)精細(xì)化飛巡實(shí)時(shí)界面如圖3所示。

通過(guò)旋翼和固定翼無(wú)人機(jī)聯(lián)合線路巡檢，即可完成對(duì)輸電線路桿塔本體和走廊的大范圍快速普查，可高效獲取高清晰度線路設(shè)備照片，清晰分辨出常見(jiàn)輸電線路的缺陷，完成無(wú)人機(jī)的可見(jiàn)光數(shù)據(jù)的采集。

利用無(wú)人機(jī)搭載的激光雷達(dá)設(shè)備在輸電線路通道上方邊飛行邊采集數(shù)據(jù)，最后形成輸電線路通道點(diǎn)云數(shù)據(jù)，建立通道三維點(diǎn)云模型，可進(jìn)行交跨距離測(cè)量、弧垂測(cè)量、導(dǎo)線風(fēng)偏計(jì)算等分析，能夠大幅提升輸電線路巡視精確度[5]。

圖3 無(wú)人機(jī)精細(xì)化飛巡實(shí)時(shí)界面

3.3 山火、覆冰預(yù)測(cè)服務(wù)

基于氣象數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和線路常規(guī)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)建立山火、覆冰預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型學(xué)習(xí)、分層融合等系列深度學(xué)習(xí)流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可呈現(xiàn)的線路山火、覆冰預(yù)測(cè)概率等級(jí)分布。在此基礎(chǔ)上，利用設(shè)備“智能排班”技術(shù)進(jìn)行設(shè)備調(diào)用，提高監(jiān)測(cè)頻率，完成輸電線路特殊時(shí)期的高效巡視。

3.4 外破巡視服務(wù)

對(duì)線路進(jìn)行實(shí)地勘察后，確定外破點(diǎn)，完成專(zhuān)業(yè)外破監(jiān)測(cè)設(shè)備部署，定期采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)采集圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，若識(shí)別到異常圖像，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)通知大數(shù)據(jù)中心巡視人員，由巡視人員遠(yuǎn)程二次識(shí)別后，通過(guò)警示設(shè)備驅(qū)散外破人員、車(chē)輛等，高效保護(hù)線路安全運(yùn)行。

3.5 微氣象服務(wù)

微氣象服務(wù)主要融合了中國(guó)天氣預(yù)報(bào)預(yù)警中心、中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)、微氣象傳感器等多源氣象數(shù)據(jù)，對(duì)線路每個(gè)桿塔進(jìn)行實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)展示，歷史氣象數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)、未來(lái)氣象預(yù)告信息展示，并根據(jù)預(yù)設(shè)的告警閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常天氣的及時(shí)預(yù)警。

3.6 接地電阻檢測(cè)服務(wù)

在服務(wù)結(jié)構(gòu)中，除了在線上進(jìn)行遠(yuǎn)程智慧巡視，還有線下組織巡檢人員對(duì)線路進(jìn)行實(shí)地接地電阻檢測(cè)。利用移動(dòng)端“智能巡視”APP，進(jìn)行野外線路的導(dǎo)航和軌跡記錄，完成打卡確認(rèn)及數(shù)據(jù)輸入，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合管理和人員調(diào)度。

3.7 移動(dòng)端服務(wù)

移動(dòng)端服務(wù)系統(tǒng)界面如圖4所示。該模式平臺(tái)端下不僅利用輸電線路智慧巡視平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行線路管控、信息獲取，還特別開(kāi)發(fā)了移動(dòng)端服務(wù)，有移動(dòng)端“智能巡視”APP和微信小程序兩種移動(dòng)端服務(wù)。通過(guò)手機(jī)即可隨時(shí)了解線路數(shù)據(jù)，異常信息，氣象告警信息，實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行情況隨時(shí)可查。

圖4 移動(dòng)端服務(wù)界面

4 圖像識(shí)別技術(shù)運(yùn)用

目前，自研圖像識(shí)別分為外力破壞圖像識(shí)別、山火圖像識(shí)別、缺陷識(shí)別、微氣象識(shí)別。外力破壞系統(tǒng)的具體識(shí)別對(duì)象分別有工程車(chē)輛、運(yùn)輸車(chē)輛、挖掘機(jī)、吊車(chē)、塔下行人。對(duì)于山火識(shí)別的具體識(shí)別對(duì)象分別由煙霧、明火。

在研發(fā)初始，通過(guò)對(duì)大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的觀察發(fā)現(xiàn)，識(shí)別系統(tǒng)在基于對(duì)一般目標(biāo)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和識(shí)別的基礎(chǔ)上還需要對(duì)小目標(biāo)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測(cè)，現(xiàn)目前自研圖像識(shí)別所用技術(shù)是基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該算法的優(yōu)勢(shì)對(duì)小目標(biāo)識(shí)別更為準(zhǔn)確，相比于其他端到端的識(shí)別算法。

5 設(shè)備智能排版調(diào)度運(yùn)用

隨著山火、覆冰、缺陷、外破等相關(guān)智能感知監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用和預(yù)測(cè)預(yù)警技術(shù)的提升，輸電線路巡檢作業(yè)的種類(lèi)愈發(fā)繁雜。設(shè)備“智能排班”技術(shù)以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)巡檢作業(yè)開(kāi)展，形成更加科學(xué)合理的作業(yè)任務(wù)的分配和計(jì)劃的生成，并最終形成完整的“閉環(huán)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)巡檢作業(yè)”。

“智能排班”技術(shù)架構(gòu)圖如5所示。該技術(shù)運(yùn)用概率矩陣模型算法、空間近鄰匹配算法、多元回歸模型算法等大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)設(shè)備的綜合管理與調(diào)度，提高巡檢效率。

6 實(shí)例運(yùn)用效益分析

輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)模式自提出，經(jīng)過(guò)多次豐富完善并成功落地并開(kāi)展服務(wù)。到目前，已成功在很多國(guó)網(wǎng)公司進(jìn)行推廣，取得了各位行業(yè)專(zhuān)家、領(lǐng)導(dǎo)的高度評(píng)價(jià)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用效果對(duì)比，輸電線路智慧巡視模式與傳統(tǒng)人工巡視的效率有顯著提高，具體表現(xiàn)見(jiàn)表1。

圖5 “智能排班”技術(shù)架構(gòu)圖

表1 輸電線路智慧巡視模式與傳統(tǒng)人工巡視的效率對(duì)照表

綜上所述，本文基于傳統(tǒng)輸電線路巡視的弊端，提出了輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)模式研究。該服務(wù)模式主要包括全塔可視化巡視服務(wù)、無(wú)人機(jī)巡視服務(wù)、山火與覆冰預(yù)測(cè)服務(wù)、外破巡視服務(wù)、微氣象服務(wù)、接地電阻檢測(cè)服務(wù)、移動(dòng)端服務(wù)等多種類(lèi)型服務(wù)模式。同時(shí)，研發(fā)了圖像識(shí)別技術(shù)和設(shè)備“智能排班”技術(shù)作為服務(wù)模式的技術(shù)支撐，該輸電線路大數(shù)據(jù)智慧巡視服務(wù)模式經(jīng)過(guò)多次豐富完善已成功在很多國(guó)網(wǎng)公司進(jìn)行推廣，并且經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)用效果表明，輸電線路智慧巡視模式與傳統(tǒng)人工巡視的效率有顯著提高。