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輸電線路在線監測系統綜述

文檔作者：牛育忠，楊哲，張春龍文檔來源：國家電網寧夏固原供電公司		點擊數：	更新時間： 2025年07月12日
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上一篇：輸電線路狀態檢修技術綜述

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《電氣開關》(2017．No．2)
文章編號：1004—289X(2017)02—0001—03
輸電線路在線監測系統綜述
牛育忠，楊哲，張春龍
(國家電網寧夏固原供電公司，寧夏 固原 756000)
摘要：本文闡述了目前的輸電線路在線監測技術，針對現有的視頻監測技術、超聲波技術以及雷達技術進行了
探討，介紹了監測技術的原理，綜合比較幾種監測技術的優點以及存在的不足。最后討論了一種新型輸電線路在
線監測系統的構思，表明了新型輸電線路若要投入運行則需要更多的完善與改進。
關鍵詞：視頻監測；超聲波；雷達
中圖分類號：TM72 文獻標識碼：B
Summarization of Transmission Line on-line M onitoring System
NIU Yu—zhong，YANG Zhe，ZHANG Chun—long
(State Grid Guyuan Electric Power Supply Company，Ningxia 756000，China)
Abstract：This paper expounds the current transmission line on—line monitoring technology，in view of the existing video
surveillance technology，uhrasonic technology and radar technology are discussed in this paper，this paper introduces the
principle of monitoring technology，the advantages of the comprehensive comparison of several monitoring technology and
the deficiencies．Finally discussed a new kind of transmission line on—line monitoring system for idea，shows that the new
type of transmission lines to be put into operation，need more perfect and improvement．
Key words：video monitoring；Ultrasound；radar
1 引言 2 視頻監測技術
由于建設環境和地理位置的特殊性，輸電線路需
要跨越河流、山川、公路、施工現場等特殊場地，導致輸
電線路遭受諸如樹木掛線、吊車碰線、違章施工、山火
以及人為盜竊等潛在的外力破壞，嚴重威脅了輸電線
路的安全運行。輸電線路在線監測技術是指直接安裝
在線路設備上可實時記錄表征設備運行狀態特征量的
測量系統及技術，是實現狀態監測、狀態檢修的重要手
段，狀態檢修的實現與否很大程度上取決于在線監測
技術的成功與否。本文主要在目前存在的檢測技術進
行了相關研究，闡述了視頻監測技術、超聲波技術以及
雷達技術及存在的不足，表明了需要一種可以對現場
狀況實時監視，對現場即將要發生的各類事故，起到積
極快速警告，避免現場可能產生損失的監測系統需要
出現。
目前的監測手段多為視頻監測技術。當有外物入
侵時，采用攝像頭捕捉現場畫面，采用背景差分法原
理，建立高斯背景模型算法，根據捕捉到的幀與背景模
型對比，判斷入侵物體類型，并結合現場情況進行緊急
處理。
背景差分法原理是對視頻背景的場景建模，然后
監測到的圖像序列幀與背景模型幀進行差值運算，然
后可以獲得差分圖像，將背景模型與差分圖像中的像
素值進行比較，如果改點的像素值大于給定的值則認
為該點屬于運動目標區域。否則為背景區域。
差分圖像為：A( ，Y)=，( ，Y)一B( ，Y)
其中：a(x，Y)為查分圖像；，( ，Y)為當前幀圖像；
B( ，y)為背景圖像。
檢測結果為： ，y，={ ：： ； 呂；
其中：Q為給定的值；R( ，Y)為視頻監測的差分
2 《電氣開關》(2017．No．2)
圖像。
背景差分法原理是對視頻背景的場景建模，然后
監測到的圖像序列幀與背景模型幀進行差值運算，然
后可以獲得差分圖像，將背景模型與差分圖像中的像
素值進行比較，如果改點的像素值大于給定的值則認
為該點屬于運動目標區域。否則為背景區域。背景差
分法的優點在于提取的運動目標更為完整，而且目標
定位準確，處理速度快。但是該算法也容易受到外界
環境如噪聲、陰影等影響，同時對背景模型的要求也很
高。因此，背景差分法的關鍵就在于背景得建模，它的
準確性對算法的結果騎著至關重要的作用。針對這一
現狀，很多的專家和學者們都進行了大量的研究，提出
了多種建模方法，在多種方法中，高斯模型的應用最為
廣泛。
高斯模型法可以根據某一點的像素值能否滿足高
斯分布來確定運動目標。當背景受到外界因素的干擾
時，目標的像素值會因受到干擾而產生微小的變化，這
個變化是服從高斯分布的；當視頻中有運動的目標存
在時，像素值會產生較大的擾動而不再滿足高斯分布。
高斯分布也稱為正態分布，隨機變量 的取值范
圍為一∞ ≤ ≤∞，概率密度函數為：
f(X) 麗 ，
式中：肛是期望；o-是標準差； 是隨機變量。
用高斯分布函數可以對背景建模，然后將視頻序
列中的像素值與背景模型點進行對比，從而判斷該點
是否屬于運動目標。視頻圖像中的像素點用向量描
述，V(x，Y)：(口，b，c)其中 ，Y表示像素點的位置；Ⅱ，
b，C表示各個點的顏色分量；三個向量相互獨立，每個
點屬于背景點的像素值概率密度可以用公式表示為：
． 1 (x-i．Li)
Pv( )=Σ 。
i 1 ori~／ 1r
式中： 、or 為各個分量的標準差和期望。
假設 。作為其初始值的背景估計， 。作為每一
個像素的均值， 作為每一個像素的方差值。其中
B0=[ 0， 20]
。( ，)，)=下1ΣX ( ，)，)
2
一(x，)，)= 1ΣEx ( ，y)一 。( ，)，)]
如果有外物人侵，則檢測到的視頻像素就會產生
相應的變化，此時背景圖像就會更新。更新的高斯分
布參數公式為：
t=(1一僅) t一1+ t
：=(1一Ot) 2t一1+ (Xt-／zt) (墨一 t—1)
Ot是一個介于[0，1]之間的常數，通常是已給定
的。如果Ot的值過小，則模型對外界環境的變化適應
能力比較低，系統將緩慢更新背景圖片；相反的 取
值如果較大，系統可以很快的更新背景圖片，但可能會
引入噪聲。
目前，輸電線路在線監測應用最多的是視頻監測
技術，視頻監測技術雖然可以準確的了解現場的情況，
但是受外界環境影響比較大，而且存在盲區等缺點。
3 超聲波技術
超聲波探測器可以利用回波測距，在周期內監測
目標與輸電線路之間的距離。如果外物人侵至安全距
離內，線上測距系統會通過無線傳輸模塊經距離信息
傳送至監控終端，由現場人員進行判斷處理，若存在隱
患，則執行現場喊話，語音報警操作，及時對危險行為
進行提醒并制止。
超聲波的頻率時高于20kHz的聲波，在介質中傳
播的距離遠，利用超聲波的回波，可以進行距離的測
量，而且設計方便，計算簡單，測量精度較高。超聲波
測距原理如圖1所示。
圖1 超聲波測距原理圖
系統的工作核心是PIC16F73單片機，通過超聲波
發射與接收電路進行信號的發出與接收，通過單片機
對接受的信號進行分析、處理并計算出目標的距離等
信息。并將該信號通過GPRS等無線傳輸方式傳輸至
監控終端，最后又監控人員對現場情況進行處理。
超聲波技術的優點是靈速度快、敏度高、而且成本
比較低等優點，但超聲波技術存在探測距離短、易受干
擾、發生誤報率高等弊端。
4 雷達技術
雷達信號發生器可以發出連續波，經三角波形調
制器調制之后，輸出帶有監測目標信息的信號 ， ，
然后經過濾波，A／D轉換等電路進行信號處理，在通
《電氣開關>(2017．No．2) 3
過信息傳輸模塊送至中心處理器。如果由外物入侵，
雷達模塊會將入侵物體的形狀，速度等信息傳輸至監
控終端，系統將發出報警，最終由工作人員確定現場情
況。
雷達傳感器可以探測動態的檢測目標的速度、距
離以及是否存在等特征。雷達模塊發射波和回波之間
時間差會引起差頻信號，而目標的距離和速度等信息
存在于差頻信號中，具體計算公式為：
= 2×廠0×f÷l×c0s
式中 為差頻 為雷達的發射頻率；c為光速；
l，為運動物體的速度范圍； 為運動的實際方向與傳
感器與監測物體連線之間的角度。
目標距離R與差頻 的關系式為：
(號 ×(
式中： 為調頻寬度；T為鋸齒波重復周期。
雷達技術優勢在于掃描分析監控范圍無死角，雷
達掃描分析是采用雷達監控技術手段，可根據設定的
安全范圍，所監測的范圍為塔基地面及上空的全景的
范圍，完全滿足監控輸電線路對各個空間環境及突發
性監控的要求。
5 一種新型輸電線路在線監測系統
新型檢測系統是綜合采用雷達與視頻相結合的監
控系統，將雷達裝置在現場部署時正對地面，其監控區
域屬于扇形區域，在兩級桿塔之間可以涉及的范圍幾
乎全部涵蓋。系統可以采用三塊雷達，三者分工明確，
組成監測前中后三個范圍，其中前后為斜面監測，三塊
雷達之間的夾角預示其監控視角，可根據現場實際情
況進行自由設置達到最佳監視。當物體移動至前后雷
達監視區域時，裝置捕獲到斜面測量距離，通過斜面與
垂直夾角，迅速計算出物體的垂直高度，繼而通過視頻
監測系統判定模型得出即將出現的危險，如果超過安
全距離，判定模塊會迅速將預警信息發送至集中控制
單元，單元將信號快速聯動發送至前端喊話與警燈裝
置，警示裝置以聲音和燈光震懾現場，起到預防作用，如
果入侵物體仍舊堅持通過垂直區域，標志事故已發生。
在雷達視頻分析設備聯合系統中，采用功耗低雷
達。雷達掃描部分可采用二次電壓變換和穩壓濾波處
理，外部提供電源。該部分整體功耗不超過1／5，而在
雷達掃描中，無破壞人侵物時，視頻監控系統中的云臺
設備處于休眠狀態，視頻球機處于關機狀態。這樣可
以使雷達視頻監控系統與傳統智能視頻系統設備功耗
比較大大縮減。雷達視頻監控系統能準確定位和判斷
入侵物體的位置推斷物體的類型，從而達到準確率高，
無誤報的目的。
6 結語
綜合以上幾種輸電線路在線檢測技術的研究，我
們可以知道：輸電線路防外力破壞應用最為廣泛的是
單一的視頻技術，但容易受到天氣的影響，而且功耗比
較大。超聲波技術同樣有監測死角，功耗較大等不足。
鑒于雷達所具有對溫濕度變化噪聲和光線靈敏度低以
及抗射頻干擾能力強等優點，作為新興技術，將被廣泛
的投入到實際應用當中。但是，雷達同樣存在價格、安
裝等問題，需要專家，學者進行進一步的研究和探討。
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收稿日期：2017—02—22
作者簡介：牛育忠(1971一)，寧夏固原人，高級工程師．主要研究方向電力系統及
其自動化。

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