技術(shù)方案 |?輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)解決方案（雷球聯(lián)動(dòng)）

基于毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備的

輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)解決方案

湖南時(shí)變通訊科技有限公司

Time Varying Transmission Co., Ltd

?

架空輸電線(xiàn)路長(zhǎng)期受人為等外力破壞的影響，如施工建房、大型工程車(chē)輛侵入輸電走廊等，均會(huì)威脅輸電線(xiàn)路的運(yùn)行安全。此外，近年來(lái)城市規(guī)模擴(kuò)大及基建項(xiàng)目加速實(shí)施導(dǎo)致的線(xiàn)路外破事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)施工人員生命安全的問(wèn)題，外力破壞已經(jīng)成為影響輸電線(xiàn)路安全可靠運(yùn)行的主要因素之一。

目前外力破壞仍依賴(lài)于人工巡視，感知手段匱乏。監(jiān)測(cè)手段方面，普遍采取的措施分為兩類(lèi)，一是由工作人員定期巡線(xiàn)、劃出保護(hù)區(qū)范圍、懸掛安全警示牌、在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作人員進(jìn)行安全培訓(xùn)等，該方式存在人員需求量大、人力成本高、人員無(wú)法監(jiān)督等問(wèn)題。二是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)3G/4G/5G等手段將視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回監(jiān)控中心，工作人員通過(guò)實(shí)時(shí)觀(guān)看或圖像處理算法對(duì)外破事故進(jìn)行判斷、對(duì)外破潛在行為進(jìn)行預(yù)警以及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督，該方式存在受天氣影響大、監(jiān)測(cè)范圍有限、夜晚需紅外輔助、功耗大等不足，且受視頻監(jiān)控設(shè)備角度影響無(wú)法對(duì)外破進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。

基于減少、防止架空輸電線(xiàn)路受人為等外力破壞影響等目標(biāo)，克服現(xiàn)有輸電線(xiàn)路外破單一視頻監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)范圍有限、易受天氣影響、夜晚需紅外補(bǔ)光輔助、功耗大等現(xiàn)狀，本項(xiàng)目著力研發(fā)一套毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備的輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)裝置。裝置結(jié)合最新的毫米波雷達(dá)技術(shù)、視頻處理技術(shù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)，融合雷達(dá)和視覺(jué)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電線(xiàn)路及輸電桿塔周?chē)笮蜋C(jī)械的全天候感知和探測(cè)，并減少數(shù)據(jù)傳輸量和能耗。

采用毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備組合外破監(jiān)測(cè)的方式，解決目前單一視頻監(jiān)控設(shè)備外破監(jiān)測(cè)存在的3個(gè)不足：

1、毫米波為全天候探測(cè)手段，可以穿云透雨，不受環(huán)境影響，與云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)形成互補(bǔ)；日常天氣下可用毫米波+云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)外破觀(guān)測(cè)，惡劣雨雪天氣可單用毫米波保證不漏檢；

2、毫米波觀(guān)測(cè)范圍廣，可通過(guò)雷達(dá)提前定位接近車(chē)輛，將車(chē)輛速度、方位等信息傳送至云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備，隨后云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備開(kāi)啟定點(diǎn)觀(guān)測(cè)，拍攝車(chē)牌號(hào)、車(chē)輛行為、人臉等信息方便追責(zé)；

3、毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)量小，響應(yīng)速度快，功耗小，可與云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備組合構(gòu)建監(jiān)測(cè)策略；如，毫米波給出大型機(jī)械接近預(yù)警，下達(dá)啟動(dòng)云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備指令，并控制云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備調(diào)整角度進(jìn)行精準(zhǔn)拍攝，拍攝完成后云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備關(guān)機(jī)，等待下次響應(yīng)。

毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備的輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)毫米波雷達(dá)傳感器的工作原理、測(cè)速測(cè)距方法以及探測(cè)角度，設(shè)計(jì)裝置后端硬件電路、軟件流程以及安裝角度，并以快速變換的經(jīng)典頻譜估計(jì)法為核心算法，對(duì)輸電線(xiàn)路周?chē)鷧^(qū)域侵入物體存在性探測(cè)以及距離、速度等信息進(jìn)行快速計(jì)算，保證對(duì)輸電線(xiàn)路外破危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解輸電線(xiàn)路狀況。

毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備的輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)裝置安裝距離桿塔底部3-8米處（按實(shí)際線(xiàn)路安全距離確定，詳見(jiàn)2.7章節(jié)系統(tǒng)部署規(guī)劃圖），通過(guò)雷達(dá)探測(cè)器在輸電線(xiàn)路走廊安全距離以下的區(qū)域進(jìn)行全方位覆蓋，對(duì)違章施工機(jī)械進(jìn)行分析告警，并聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)抓拍照片及錄像上傳到監(jiān)控中心管理平臺(tái)，并發(fā)送短信到相關(guān)人員手機(jī)上。監(jiān)控中心通過(guò)防外破監(jiān)控客戶(hù)端實(shí)時(shí)瀏覽觀(guān)測(cè)各監(jiān)控點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)情況，維護(hù)監(jiān)控人員通過(guò)從現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送來(lái)的視頻、圖片、外力破壞等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，如出現(xiàn)異常的預(yù)警信息，即立刻做出相應(yīng)的應(yīng)急處理，以確保輸電線(xiàn)路的安全運(yùn)行。

圖 2-1輸電線(xiàn)路外破示例

圖 2-2系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖 2-3系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

1、利用毫米波雷達(dá)高穩(wěn)定、高可靠和低功耗能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)的探測(cè)特性，對(duì)輸電線(xiàn)路周?chē)?-600 m范圍進(jìn)行24小時(shí)不間斷非接觸、低死角監(jiān)測(cè)。當(dāng)大型機(jī)械（包括不限于汽車(chē)吊、塔吊、挖掘機(jī)、翻斗車(chē)、鏟車(chē)、壓樁機(jī)、車(chē)輛(機(jī)械)、采砂船）進(jìn)入輸電線(xiàn)路300 m范圍內(nèi)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示一：“前方線(xiàn)路，安全駕駛。”（藍(lán)色預(yù)警）；同時(shí)發(fā)送信號(hào)至云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備，預(yù)啟動(dòng)云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備；

2、當(dāng)超限金屬機(jī)械（包括不限于汽車(chē)吊、塔吊、挖掘機(jī)、翻斗車(chē)、鏟車(chē)、壓樁機(jī)、車(chē)輛(機(jī)械)、采砂船）進(jìn)入輸電線(xiàn)路150 m范圍內(nèi)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示二：“前方線(xiàn)路，保持安全距離?！保t色預(yù)警）；同時(shí)發(fā)送信號(hào)至云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備，1s內(nèi)喚醒云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備拍照及視頻，發(fā)送雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)到云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備；

3、人工智能軟件系統(tǒng)將基于人工智能學(xué)習(xí)算法，事先對(duì)汽車(chē)吊、塔吊、挖掘機(jī)、鏟車(chē)等需求約定目標(biāo)車(chē)輛進(jìn)行訓(xùn)練，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)準(zhǔn)確識(shí)別。當(dāng)云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備收到毫米波雷達(dá)信號(hào)后，喚醒并開(kāi)啟拍攝功能，云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備對(duì)雷達(dá)預(yù)警目標(biāo)聚焦跟蹤拍攝，拍攝視頻10s-30s，并同步完成工程車(chē)輛的識(shí)別。

4、由軟件系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤功能，完成對(duì)識(shí)別車(chē)輛的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控；通過(guò)構(gòu)建的測(cè)距約束下的單相機(jī)測(cè)量模型，可實(shí)現(xiàn)圖像中識(shí)別車(chē)輛與高壓線(xiàn)/線(xiàn)塔相對(duì)距離或高度測(cè)量，并將相關(guān)預(yù)警信息回傳給管理平臺(tái)；

5、通過(guò)3G/4G/5G等無(wú)線(xiàn)信號(hào)將雷達(dá)數(shù)據(jù)、云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備照片或視頻傳回后臺(tái)管理中心及移動(dòng)端，管理人員復(fù)核并進(jìn)行相關(guān)處理；

6、云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)休眠，等待下一次喚醒拍攝。

2.5.1 毫米波雷達(dá)

24Ghz毫米波雷達(dá)是一款性?xún)r(jià)比非常高的智能區(qū)域安防毫米波雷達(dá)傳感器系統(tǒng)，探測(cè)距離達(dá)到600米（單雷達(dá)90o大視場(chǎng)），采用具有高復(fù)雜度的FMCW調(diào)制模式，能檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離、速度、角度信息，具有較高的測(cè)距與測(cè)速精度。

它采用獨(dú)特的DBF技術(shù)，具有高精度角度分辨能力，極低速度測(cè)量能力，可在長(zhǎng)度300米立體空間內(nèi)，對(duì)入侵目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、報(bào)警。通過(guò)后端信號(hào)處理和模式識(shí)別算法，部分濾除飛鳥(niǎo)等動(dòng)物干擾。數(shù)字波束形成（DBF）雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的角度分辨能力強(qiáng)，能夠區(qū)分角度較近的多個(gè)目標(biāo)。

2.5.2 智能分析云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備

圖 2-4視頻監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測(cè)效果圖（夜視自動(dòng)變焦補(bǔ)光+晝間長(zhǎng)距離拍攝）

2.6.1 線(xiàn)路及其附屬設(shè)備可視化

系統(tǒng)可以將當(dāng)前所有線(xiàn)路廊道、塔上設(shè)備的最新抓拍報(bào)警數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控的圖像和視頻展示到應(yīng)用平臺(tái)(web端客戶(hù)端云端等)，通過(guò)GIS地圖形式直觀(guān)展示監(jiān)控目標(biāo)的場(chǎng)景，現(xiàn)場(chǎng)狀況一目了然。

系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)用信息數(shù)據(jù)或啟動(dòng)前端監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)/回放監(jiān)的任意監(jiān)控場(chǎng)所，達(dá)到足不出戶(hù)掌握全局。

2.6.2 智能監(jiān)控與智能管理

雷達(dá)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置和視頻在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置對(duì)監(jiān)控的定位信息、圖片、視頻數(shù)據(jù)等通過(guò)邊緣人工智能處理，對(duì)異常情況傳回后臺(tái)管理系統(tǒng)和可以自動(dòng)推送給管理人員；防外破智能預(yù)警裝置本身具有預(yù)警判斷功能，自動(dòng)濾除非威脅干擾預(yù)警，若現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生威脅預(yù)警，會(huì)第一時(shí)間拍攝視頻或照片，發(fā)送到用戶(hù)手機(jī)并傳回管理系統(tǒng)。上述工作無(wú)需人員干預(yù)，均由系統(tǒng)自動(dòng)完成，從而實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路周?chē)鸂顟B(tài)監(jiān)控的智能管理。

系統(tǒng)根據(jù)收到的前端回傳信息和線(xiàn)路管理人員提供的數(shù)據(jù)，可以及時(shí)更新桿塔周?chē)[患信息、線(xiàn)路廊道信息，桿塔編號(hào)、裝置設(shè)備名稱(chēng)編號(hào)、地圖定位等詳細(xì)信息。

系統(tǒng)可以對(duì)轄區(qū)的所有隱患詳細(xì)信息列表統(tǒng)計(jì)、分類(lèi)、檢索、定位，并將隱患統(tǒng)計(jì)信息定期自動(dòng)形成報(bào)表分發(fā)。

圖 2-6后臺(tái)可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖 2-7系統(tǒng)部署規(guī)劃圖

毫米波雷達(dá)融合云臺(tái)視頻監(jiān)控設(shè)備的輸電線(xiàn)路外破監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)部署在輸電桿塔3-8米處，通過(guò)雷達(dá)與視頻監(jiān)控融合監(jiān)控，通過(guò)邊緣人工智能識(shí)別，智能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)死角監(jiān)測(cè)大型施工機(jī)械對(duì)輸電桿塔和輸電導(dǎo)線(xiàn)的破壞，并通過(guò)電子地圖實(shí)時(shí)監(jiān)控輸電線(xiàn)路相關(guān)狀態(tài)。

針對(duì)電塔100-500米間距，每個(gè)電塔布置2套毫米波雷達(dá)，橙色框內(nèi)為警戒區(qū)，紅色框內(nèi)為報(bào)警區(qū)，基本滿(mǎn)足無(wú)死解監(jiān)控與預(yù)警；

每個(gè)雷達(dá)可設(shè)置多個(gè)過(guò)濾區(qū)、預(yù)警區(qū)、報(bào)警區(qū)，確保雷達(dá)有效管理和雷達(dá)間不相互干擾。

圖 2-8 雷達(dá)預(yù)警機(jī)制圖

圖 2-9 雷達(dá)俯視覆蓋圖(100/500米)

圖 2-10 雷達(dá)側(cè)視覆蓋圖(100/500米)

圖 2-11 雷達(dá)側(cè)視覆蓋圖(300米)

圖 2-12 雷達(dá)側(cè)視覆蓋圖(300米)

圖 2-13 雷達(dá)側(cè)視覆蓋圖(200/400米)

圖 2-14 雷達(dá)側(cè)視覆蓋圖(200/400米)

圖 2-15 公路測(cè)高雷達(dá)監(jiān)