夜视图像监测关键技术与装置在输电线路监测中的应用

樊承鹏 姚庭镜 吴陶

（1.国网安徽电力有限公司亳州供电公司，安徽亳州 236800；2.安徽继远软件有限公司，安徽合肥 230088）

0.引言

夜视技术是借助于光电成像器件实现夜间观察的一种光电技术。微光夜视技术又称图像增强技术[1]，是通过带像增强管的夜视镜，对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电成像技术。采用双摄像头综合拍照，通过数据优化，数据相结合成像，形成夜视全彩画面。

2013年11月18日，美军在阿富汗赫拉曼德省搜捕塔利班使用的彩色夜视仪[2]，是最先进的夜视技术，夜如白昼；我国使用夜视技术测试到夜间效果对比图，可清晰地看到马路两侧的绿化带、路灯等设施；2018年输电线路应用夜视技术后，线路通道日间和夜间图片对比图，见图1，输电线路达到全彩夜视效果。

现有输电线路普通通道可视化设备，拍摄到的图像和视频信息主要工作在白天，无法实现夜间的监控，采用彩色夜视卡片机，在光线不足的夜晚也可以实时观测到输电线路状况，能有效缓解线路巡视和维护工作的繁重程度，有效增加夜间监控时长。

随着国民经济的高速发展，输电线路通道环境越来越复杂，线下施工作业、山火等隐患频发，并且以傍晚和夜间居多，线路维护难度越来越高。现有在线监测设备，大多只能进行一个固定通道视角监测，仅在白天发挥有限作用，无法实现夜间清晰的巡视和更为全面系统的监控，尤其对重要“三跨”地段，在夜间无法实现24h彩色监控，这无疑给输电线路通道外破隐患的发现、告警、分析和处理造成很大困难。同时除输电通道安全监测外，输电设备长期处于室外恶劣环境，且面临诸多锈蚀氧化、外破、盗窃等风险，一旦发生倒塔、跳闸等事故，经济损失巨大。

如何延长输电线路通道运行维护时间，确保全天24h通道内发生的各类隐患得到有效监控，并且达到告警及时、分析准确、处理得当，缓解线路巡视和维护工作的繁重程度，成为输电运维急需解决的首要难题。

1.研究目的与意义

本课题主要研究夜视图像监测关键技术与装置在输电线路监测中的应用；主要目标是采用最新的人工智能物联网架构，结合星光级彩色夜视技术、超高精度物态传感器技术、高可靠性的防水抗老化材料技术、超低温蓄电池充电技术，具备综合技术指标及应用环境优势。通过4G、5G网络传输，完成对全电压等级输电线路的全天候环境安全及设备安全的监控，确保24h通道内发送的各类隐患得到有效监控，有效缓解线路巡视和维护工作的繁重程度，大大提高了输电线路运维工作的效率[3]。最重要的是对输电通道运维价值及意义。

图1 线路通道日间和夜间图片对比图

（1）全面贯彻“泛在物联”建设精神。目前，传统运检模式以大量人力投入为主；信息获取方式传统、来源单一，较多依靠电话和现场勘察等人工方式获取设备相关信息；设备状态感知仍以停电检修、离线试验为主，在线监测、带电检测、机器人、无人机等先进手段及数据利用率不高，各专业系统众多，海量数据难以融合，无法实现多源数据融合和综合评价。

全彩夜视监测装置结合综合管理系统坚决贯彻国网“泛在物联”建设精神，实现运检业务和管理信息化、自动化和智能化，能形成自我感知及环境感知、主动预测预警、辅助决策和集约管控，具有很强的实用价值。同时基于业务统一的数据中心与数据模型[4]，全面展开数据接入转换和整合贯通，实现由终端设备引导各个环节万物互联，人机交互，大力提升数据自动采集，自动获取，灵活应用能力，全面提升智慧运维能力，提高运维质效。

（2）延迟监控时长。现有输电线路普通监测装置，拍摄到的图像和视频信息主要工作在白天，无法实现夜间的监控，采用彩色夜视监测装置，在光线不足的夜晚也可以实时观测到输电线路状况，能有效缓解线路巡视和维护工作的繁重程度，有效增加夜间监控时间。

（3）拓展“三跨”监控工作的维度。基于现有普通监测装置的图像和视频监控装置，无法实现对重要“三跨”地段的夜间清晰监控，彩色夜视监测装置采用最新的主被动结合夜视技术、视频处理技术、图像识别算法等技术对重要“三跨”地段进行全天候的监控[5]，极大方便地解决输电线路实时监控在“三跨”地段的夜间监控难点，并能够有效预防输电线路“三跨”地段中的安全隐患。

（4）深化输电线可视化运检工作。彩色夜视监测装置真正实现了全天候的输电线路可视化。传统监测装置只能在白天提供可靠的图片信息，晚上采集到的图像模糊甚至漆黑一片，颜色还原度差，无法真实、准确地反映设备周边的状况。彩色夜视监测装置能够在白天和夜间采集到高亮度、高清晰度的视频和画面，并配以安全可靠的服务平台、监控终端和手机客户端进行智能化管理，更加深化输电线可视化的重要意义。

2.夜视图像监测关键技术研究

采用“物联网+”技术、4G通信+云服务，贯彻国网“泛在电网”建设精神，同时系统设计遵循国网运维方式和操作习惯。

自主研制AI人工智能，具备行业定制化深度学习能力，随数据量越大，AI会不断成长进化，识别精度及效率也会越来越高，对隐患进行快速精准识别并告警，实现完全自动化分析处理；精准的图像对比算法能够及时准确地分析出通道可视化险情，能够准确反映通道内的异常隐患，并进行自动推送告警；对所有装置监控点进行直接监控查看，同时能按照电压等级、线路、区域进行快速定位及查询；具备GIS定位信息，在GIS地图连接虚拟线路，可沿线设备进行远程自动巡检,装置分布可视化浏览，可迅速定位杆塔位置了解周边环境，一旦发现突发情况可迅速响应部署；提供各种预警统计信息，同时兼具强大搜索功能，能通过线路、杆塔、时间等信息对历史信息进行搜索查找[6]。

2.1 项目技术先进性及创新性

2.1.1 设备端先进性及创新性

主机搭载高性能ARM内核处理器，定制专用微光级传感器，通过VPN专用网络，具备CCD深度调教的专利技术，最终实现了在夜间极微弱光线环境下实现彩色夜视效果。主机针对输电线路及通道监测，同时强大的成像效果还能清晰捕捉输电设备异常效果，7×24h全天候大数据采集。

2.1.2 平台端先进性及创新性

平台满足国网提出全面建设物联网侧的精神，通过该技术将海量终端传感器及各种类数据进行融汇，统一数据统一管理，实现数据应用服务化。

（1）提高全息感知能力，实现终端数据汇集、传输、转换，利用于各环节，状态全感知，业务全穿透；

（2）提高泛在连接能力，实现内部设备，用户和数据的及时连接，实现各区域运维数据，运维公司的全实时泛在连接；

（3）提高平台资源利用率，物联网技术物物相息，实现终端及数据统一物联管理，提升平台软硬件利用率，灵活调度，快速响应；

（4）结合平台结合自主研制AI人工智能，具备行业定制化深度学习能力，随数据量越大，AI会不断成长进化，识别精度及效率也会越来越高；精准的图像对比算法能够及时准确的分析出通道可视化险情，能够准确反映通道内的异常变动。目前AI智能系统已经能极为精准地识别烟/火、建筑施工、吊车、违停、异物等通道常见隐患。

2.2 三大核心技术应用研究

2.2.1 前端AI主动智能识别

监测装置主机前端自带AI主动识别分析功能，根据行业定制化深度学习能力、可全天候对通道险情进行前端自主侦测与预警，前端采集频率最低可设置为1min间隔。

端AI智能系统能7×24h稳定运行，并准确识别通道内烟/火、建筑施工、吊车、违停、异物等通道常见隐患，自主识别发现隐患后自动上传[7]。

2.2.2 全彩夜视星光级成像

监测装置产品采用专用微光级传感器，采用对CCD深度调教的专利技术，最终实现了在极微弱光线环境下实现彩色夜视效果。强大的成像效果还能清晰捕捉输电设备异常效果。

最低照度：0.01Lux/F1.2；白天像素：1200W；夜间像素：200W～500W。

2.2.3 先进的性能技术

（1）监测性能先进。监测装置采用星光级夜视镜头，夜间最低照度≤0.01Lux/F1.2，白天照片1200万像素、夜间照片200万像素。防护等级IP68，整机性能卓越。

（2）结构坚固稳定。监测装置结构设计合理有成熟施工方案，包括钢管塔、角钢塔。整体产品体积小，总重低于12kg，结构稳定防抖动，无需停电作业。

（3）功耗低长续航。设备自带高性能电池，且外部配置寿命长达20年的高可靠太阳能板进行外部供电，保障设备7×24h稳定运行，无光照条件下，每30min拍摄一张照片，电池可以支撑连续供电20d。

3.结语

利用太阳能电池供电，通过无线公网4G、5G、GPRS、EDGE、CDMA1X等通信传输方式，对输电线路的远程视频、微气象、杆塔倾斜、防盗报警、覆冰等线路情况进行监测，数据采集前端(太阳能供电系统、数据采集系统、通讯系统等)和后端分析处理系统组成；涉及人工智能技术、云计算及大数据计算、存储技术、虚拟化技术、计算机网络和控制技术、现代通信技术、系统集成技术、故障诊断技术、传感技术、夜视技术等多个技术领域的交叉、融合发展；要求相应的生产企业不仅要具有专业系统的研究背景和扎实的技术基础，技术水平及产品安全、稳定性、性能等方面通过国网电力科学研究院的严格的试验检验。

随着输电行业内不断推出新的输电线路监测标准，以及新产品工艺、新流程、新技术的不断出现，要求从业技术人员具备、掌握较宽的知识面和较强的学习能力，满足业务和技术创新的发展趋势；准入标准日趋提高。由于高压输电通道运检工作情况极其复杂，尤其是在复杂环境下的夜间，现有输电线路普通通道可视化设备，无法实现夜间的监控。因此输电线路全天候的监测工作至关重要，不仅昼夜看得见、状态能感知，而且监控平台会思考、遇险能汇报。