《输电线路远程可视化智能监测系统及其规模化应用》

该成果属于计算机科学与技术领域。

架空输电线路是中国电网安全战略和全球能源互联的重要支撑,其安全保障至关重要。随着经济快速发展,线下施工、烟火和易漂浮物等外力破坏成为影响电网安全稳定运行的最主要因素。因此,一个亟需解决的问题就是准确监测和及时排除线路通道中的各种隐患。

常见的解决方案有人工巡视、无人机、巡线机器人和在杆塔上安装视频监控装置4种方式。但因架空线路点多、线长、面广,人工巡视难以及时发现隐患,携带摄像头的无人机巡线则需人工现场操控且滞空时间有限,巡线机器人尚不成熟;这三种方式都无法大面积及时监测通道中的隐患。规模化安装于杆塔上的视频监控装置则具备大面积及时监测通道隐患的能力,但因传统的视频监控装置是分体式结构,40kg左右,安装难、功耗高、寿命短、成本高,且需人工24小时“盯防”,一直未能规模化推广。因此研制一款体积小、功耗低、寿命长、价格低的可视化监拍装置,实时采集通道图像,利用图像处理技术实现隐患的前端检测和服务器端精准识别,并将告警信息推送至移动终端进行及时处置,成为解决大面积及时监测通道隐患的关键。

项目组从轻量型图像采集装置、隐患智能检测和系统架构三方面开展研发,实现了规模化推广应用。主要技术创新如下:

(1)设计了“超级电容+蓄电池”的双模电源储能供电模式,提出并采用移动嵌入式单芯片解决方案和集成一体化结构设计,研制了小型化、低功耗、寿命长、高可靠的系列可视化监拍装置。该系列装置只有5至10kg,防护等级高达IP68,采用间隔拍摄、休眠唤醒的监拍方式,功耗低至2Wh。

(2)提出了空间差分融合技术和构造多特征融合检测模型,实现了对线路隐患的快速准确检测;通过算法移植,在可视化监拍装置端实现了对线路隐患的有效检测。

(3)设计一种联合多尺度纹理特征与深度相似表征的识别模型,在服务器端实现了动态不确定环境下的线路隐患的精准识别。其中,施工机械、烟火和易漂浮物三大类隐患的识别准确率分别超96%、95%和85%。

(4)研制了工业级便携式专用巡线移动作业终端,构建了输电线路通道可视化远程巡检系统,形成了人防、物防和技防相结合的防护体系,实现了隐患实时监测、智能分析、预警推送和快速处置的全流程闭环,有效地保障了电网的安全稳定运行。

由长江学者、国家杰青高新波为组长的评价委员会对该成果给出了国际先进的评价。

在该成果带动下,三年来,该类装置已在全国尤其是500kV及特高压交直流等骨干网获得广泛应用,累计推广近12万套;其中项目完成单位市场占有率超50%,相关产品新增销售额52786万元,新增利润11659万元,新增税收5150万元。

该成果极大推进了线路通道由人工巡视向无人巡视工作模式的转变,有效避免了线路跳闸、停运事故的发生。系统在2018年“上合峰会”青岛保电、“中国国际进口博览会”上海保电等重大国际活动保电中发挥了重要作用。2017-2018年,仅国网山东省电力公司220kV及以上线路施工类外破跳闸次数同比减少43%。

成果说明

随着社会经济和城市规模的快速扩张,电网规模日益增长,作为保障电网安全稳定运行的输电线路通道,其防护面临的压力和挑战也越来越大,特别是工程机械、山火、漂浮物等外力破坏造成的线路跳闸呈逐年上升趋势。为解决输电线路通道防护难的问题,本项目综合机器学习、数字图像处理、计算机视觉、移动应用等先进信息化、智能化技术,开展输电线路通道图像监测装置的研制、隐患图像检测及防护体系建设方面的研究,研制了长寿命、低功耗、小型化、高可靠的系列通道可视化监拍装置,并进行规模化应用,实时获取线路通道环境图像;提出基于差分融合和深度学

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