［關(guān)鍵詞］輸電線路；圖像可視化；監(jiān)測(cè)終端；無(wú)線通信

［中圖分類號(hào)］TM75 ；TN92 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0129–03

1輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)中，確保輸電線路的穩(wěn)定和安全運(yùn)行至關(guān)重要。隨著技術(shù)的發(fā)展，輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)已成為提高電力系統(tǒng)可靠性和效率的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)利用高分辨率攝像頭與先進(jìn)的圖像處理算法，實(shí)時(shí)捕捉輸電線路的物理狀態(tài)，并通過(guò)圖像分析技術(shù)進(jìn)行故障預(yù)警和維護(hù)決策支持。圖像可視化監(jiān)測(cè)終端能夠在各種氣候條件下操作，能檢測(cè)到如絕緣子污染、線路振動(dòng)、設(shè)備老化等多種問(wèn)題，極大地減少了因巡檢不足引起的事故風(fēng)險(xiǎn)，提高了電力系統(tǒng)的整體安全性。無(wú)線通信技術(shù)在輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中使得監(jiān)測(cè)終端可在偏遠(yuǎn)或難以布線的區(qū)域部署，而無(wú)需依賴傳統(tǒng)的有線通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，監(jiān)測(cè)終端收集的圖像和數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至控制中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院蜁r(shí)效性。

2輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)終端無(wú)線通信解決方案設(shè)計(jì)

2.1無(wú)線通信技術(shù)選擇

在設(shè)計(jì)輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)終端的無(wú)線通信解決方案時(shí)，選擇合適的無(wú)線通信技術(shù)是至關(guān)重要的步驟，直接影響到整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效能和可靠性。有效的無(wú)線通信技術(shù)選擇需要綜合考慮傳輸距離、數(shù)據(jù)帶寬需求、能耗限制、環(huán)境因素以及成本等因素。對(duì)于輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，監(jiān)測(cè)終端通常分布在廣闊的地理范圍內(nèi)，包括偏遠(yuǎn)和人跡罕至的區(qū)域，這就要求所選無(wú)線通信技術(shù)必須具備較強(qiáng)的信號(hào)穿透力和廣泛的覆蓋能力。當(dāng)前，常見(jiàn)的無(wú)線通信技術(shù)包括Wi-Fi、LTE、5G 及LoRa 等。Wi-Fi 雖然在局部范圍內(nèi)提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，但其覆蓋范圍較小，不適用于廣闊的輸電環(huán)境。LTE 技術(shù)提供了較好的平衡點(diǎn)，能夠在相對(duì)較廣的范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，但其部署和運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較高。無(wú)線通信技術(shù)選擇流程如圖1 所示。

2.2無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)終端的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)是確保整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須能夠支持高數(shù)據(jù)負(fù)載和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)確保在廣闊的地理環(huán)境中維持通信的連續(xù)性和可靠性。為此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)采用分層結(jié)構(gòu)，包括核心傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)聚合層和感知層，每層均采用最適合其功能和服務(wù)需求的通信技術(shù)。

在感知層，監(jiān)測(cè)終端裝備有高分辨率攝像頭，持續(xù)捕捉輸電線路的實(shí)時(shí)圖像，并通過(guò)邊緣計(jì)算技術(shù)進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，以減少傳輸至核心網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)聚合層作為感知層與核心傳輸網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，負(fù)責(zé)收集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行二次匯總和處理，這一層的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于確保數(shù)據(jù)的完整性和傳輸?shù)募皶r(shí)性。核心傳輸網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的關(guān)鍵，其不僅需要處理來(lái)自數(shù)據(jù)聚合層的大量信息，還必須確保這些信息能安全、快速地傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>

2.3圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸

在輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)終端無(wú)線通信解決方案的設(shè)計(jì)中，圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸是實(shí)現(xiàn)高效監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。該過(guò)程不僅需要高分辨率的圖像捕捉，還必須保證圖像數(shù)據(jù)能夠在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)且安全地傳輸至控制中心。圖像數(shù)據(jù)的采集與傳輸過(guò)程涉及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和通信調(diào)度，其效率和準(zhǔn)確性直接影響到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性能。

圖像數(shù)據(jù)的采集依賴于部署在輸電線上的高清攝像頭，這些攝像頭必須能夠在各種氣候條件下穩(wěn)定工作，捕捉到清晰的圖像。采集到的原始圖像數(shù)據(jù)Io通常具有高數(shù)據(jù)量，直接傳輸會(huì)消耗大量網(wǎng)絡(luò)資源并增加延遲。因此，引入高效的圖像壓縮算法是必需的。壓縮算法可以表示為：

在本次測(cè)試過(guò)程中，所使用的數(shù)據(jù)集是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，主要來(lái)源于專門為此目的配置的高分辨率攝像頭系統(tǒng)，這些攝像頭安裝在控制的室內(nèi)外環(huán)境中，用以模擬實(shí)際的輸電線路監(jiān)控情況。測(cè)試中數(shù)據(jù)使用的方式是針對(duì)性地進(jìn)行多輪試驗(yàn)以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。整個(gè)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行了5次獨(dú)立測(cè)試，每次測(cè)試都是一個(gè)單獨(dú)的實(shí)例，沒(méi)有將數(shù)據(jù)分組。在測(cè)試中，主要考察了4個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，即響應(yīng)時(shí)間、數(shù)據(jù)傳輸率、系統(tǒng)準(zhǔn)確性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。響應(yīng)時(shí)間指從圖像數(shù)據(jù)被捕獲到數(shù)據(jù)可供最終用戶訪問(wèn)的總時(shí)間，這個(gè)指標(biāo)反映了系統(tǒng)處理和傳輸數(shù)據(jù)的速度；數(shù)據(jù)傳輸率描述了數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)終端傳輸?shù)娇刂浦行牡乃俾?，衡量網(wǎng)絡(luò)通信效率；系統(tǒng)準(zhǔn)確性衡量圖像處理和數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度，反映了系統(tǒng)的操作精確性；系統(tǒng)穩(wěn)定性以百分比表示，顯示系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行過(guò)程中的可靠性。

對(duì)應(yīng)測(cè)試指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)表1 數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)在連續(xù)5 次測(cè)試中表現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的平均值分別高達(dá)98.63% 和99.81%。響應(yīng)時(shí)間在2.45～2.53s，顯示了系統(tǒng)處理和傳輸數(shù)據(jù)的高效性，而數(shù)據(jù)傳輸率在45.65～50.21 MB/s波動(dòng)，表明無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)能夠有效支持高速數(shù)據(jù)傳輸。這些測(cè)試結(jié)果反映了所設(shè)計(jì)的無(wú)線通信解決方案能夠滿足高性能要求，為輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)可靠和高效的技術(shù)支持。

4結(jié)束語(yǔ)

本研究圍繞輸電線路圖像可視化監(jiān)測(cè)終端的無(wú)線通信解決方案進(jìn)行深入探討，旨在為電力行業(yè)提供一個(gè)具備高效傳輸、廣覆蓋、強(qiáng)安全性的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)不同無(wú)線通信技術(shù)的綜合評(píng)估與優(yōu)化配置，結(jié)合先進(jìn)的圖像處理和數(shù)據(jù)安全技術(shù)，本研究提出的解決方案將極大地提升輸電線路圖像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和可靠性，為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。