摘要：針對(duì)輸電線路傳統(tǒng)視頻監(jiān)控存在的視角單一、夜間成像能力不足、識(shí)別滯后及復(fù)雜地形適應(yīng)性差等問題，本文提出一種基于多目協(xié)同設(shè)計(jì)與前端智能分析的在線監(jiān)測(cè)裝置。該裝置采用雙側(cè)通道獨(dú)立攝像機(jī)（每側(cè)集成日間與夜視鏡頭）及全向云臺(tái)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)鐵塔兩側(cè)線路通道的全景覆蓋與關(guān)鍵部件的精細(xì)化巡檢。裝置內(nèi)置輕量級(jí)AI算法，可在前端完成施工機(jī)械、異物懸掛及煙火隱患的實(shí)時(shí)識(shí)別與告警。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案可有效消除監(jiān)控盲區(qū)、提升夜間成像質(zhì)量并降低人工巡檢負(fù)荷，為輸電線路的智能化運(yùn)維提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：輸電線路；多目視頻監(jiān)測(cè)；前端智能識(shí)別；夜視成像；全向云臺(tái)

一、引言

輸電線路的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控是電網(wǎng)狀態(tài)感知與外力破壞防控的重要手段。然而，當(dāng)前部署的多數(shù)單目攝像機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中暴露出一系列固有局限：其一，單臺(tái)攝像機(jī)僅能覆蓋一個(gè)固定方向，鐵塔大號(hào)側(cè)與小號(hào)側(cè)往往顧此失彼，形成監(jiān)控盲區(qū)；其二，普通可見光攝像機(jī)在夜間或低照度條件下畫質(zhì)嚴(yán)重下降，難以捕捉異常行為；其三，大量視頻依賴人工回看分析，漏報(bào)、誤報(bào)頻發(fā)，無法滿足實(shí)時(shí)預(yù)警需求；其四，在上下坡、山地等復(fù)雜地形中，固定視角攝像機(jī)難以獲得理想的俯視或平視角度，降低了監(jiān)測(cè)有效性。

為解決上述問題，本文研究并設(shè)計(jì)了一套多目視頻在線監(jiān)測(cè)裝置（型號(hào)：TLKS-PMG-100BM）。該裝置通過多目協(xié)同布局、日夜雙鏡頭配置及全向云臺(tái)控制，實(shí)現(xiàn)了輸電鐵塔周邊的全視角覆蓋與全天候成像；同時(shí)，將隱患識(shí)別算法前置于設(shè)備端，降低了對(duì)后臺(tái)算力及通信帶寬的依賴，顯著提升了異常事件的響應(yīng)速度。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

裝置的設(shè)計(jì)遵循以下原則：

全向無盲區(qū)：同時(shí)監(jiān)測(cè)鐵塔兩側(cè)線路通道及桿塔本體關(guān)鍵部位；

晝夜可用：白天提供全彩高清圖像，夜間仍可獲取清晰的視覺信息；

前端智能：在本地完成常見隱患的特征提取與判斷，僅告警及關(guān)鍵圖像上傳；

地形自適應(yīng)：適應(yīng)上下坡、山地等非水平地形，確保攝像機(jī)光軸與監(jiān)測(cè)目標(biāo)匹配。

2.2 硬件架構(gòu)

TLKS-PMG-100BM采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包含以下組件：

雙側(cè)線路通道攝像機(jī)模組：在大號(hào)側(cè)和小號(hào)側(cè)分別安裝獨(dú)立的攝像單元。每個(gè)單元集成兩路光學(xué)鏡頭——一路為可見光日間鏡頭，另一路為低照度夜視鏡頭（采用大光圈或近紅外補(bǔ)光技術(shù)），實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)清晰成像。

全向云臺(tái)攝像機(jī)：安裝于桿塔中部或頂部，支持水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)、垂直方向+90°俯仰調(diào)節(jié)。云臺(tái)攝像機(jī)用于巡檢桿塔本體（絕緣子串、金具、塔材）及周邊環(huán)境細(xì)節(jié)，可由遠(yuǎn)程指令或預(yù)設(shè)巡航軌跡控制。

前端智能處理模塊：基于低功耗嵌入式AI芯片，運(yùn)行輕量級(jí)目標(biāo)檢測(cè)與分類模型。

通信與供電模塊：支持4G全網(wǎng)通、北斗定位及WiFi調(diào)試接口，兼容南方電網(wǎng)及國(guó)家電網(wǎng)傳輸協(xié)議；供電采用寬電壓輸入，適配太陽(yáng)能板與蓄電池組。

2.3 安裝與角度調(diào)節(jié)

雙側(cè)攝像機(jī)模組在垂直方向上設(shè)計(jì)有手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)安裝點(diǎn)與線路通道的高差及俯仰角，預(yù)先調(diào)整光軸傾角。該設(shè)計(jì)使得裝置能夠適應(yīng)山區(qū)、丘陵等地形起伏較大的場(chǎng)景，避免因固定角度導(dǎo)致的有效監(jiān)測(cè)范圍損失。

三、核心功能與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多目協(xié)同與全視角覆蓋

相比傳統(tǒng)單目固定攝像機(jī)，本裝置將監(jiān)測(cè)任務(wù)分解為三個(gè)維度：

大號(hào)側(cè)通道監(jiān)測(cè)：由一個(gè)日夜雙目單元專門負(fù)責(zé)，持續(xù)觀察導(dǎo)線延伸方向的通道環(huán)境；

小號(hào)側(cè)通道監(jiān)測(cè)：由另一個(gè)日夜雙目單元獨(dú)立完成；

桿塔及周邊細(xì)節(jié)：通過全向云臺(tái)攝像機(jī)靈活補(bǔ)充，可遠(yuǎn)程聚焦特定目標(biāo)。

這種“雙側(cè)固定+云臺(tái)可變”的布局消除了鐵塔正下方及背側(cè)的視覺盲區(qū)。測(cè)試表明，在典型220 kV直線塔上部署后，以塔身為原點(diǎn)、沿線路方向±300 m范圍內(nèi)的通道畫面均可實(shí)現(xiàn)不間斷覆蓋。

3.2 夜視成像機(jī)制

夜間成像能力是區(qū)分普通監(jiān)控與實(shí)用型監(jiān)測(cè)裝置的關(guān)鍵指標(biāo)。本裝置中，每側(cè)通道的夜視鏡頭采用以下技術(shù)路線：

大尺寸像元傳感器（像素尺寸≥2.9 μm），提升單位像素進(jìn)光量；

配合紅外截止濾波片切換機(jī)構(gòu)，在夜間自動(dòng)啟用近紅外補(bǔ)光或依賴環(huán)境微光（星光級(jí)）；

硬件級(jí)自動(dòng)降噪與對(duì)比度增強(qiáng)，輸出清晰的全彩或黑白圖像，確保能夠識(shí)別施工機(jī)械輪廓及車輛燈光特征。

3.3 前端智能識(shí)別算法

為避免將所有視頻流回傳至后臺(tái)造成的帶寬壓力與處理延遲，裝置在前端集成輕量級(jí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，主要支持三類隱患的實(shí)時(shí)檢測(cè)：

施工機(jī)械識(shí)別：針對(duì)吊車、塔吊、挖掘機(jī)等大型機(jī)械建立旋轉(zhuǎn)不變性特征模板，在圖像中檢測(cè)并分類。當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)在預(yù)設(shè)防區(qū)內(nèi)且停留時(shí)間超過閾值時(shí)，觸發(fā)告警。

異物懸掛檢測(cè)：利用邊緣檢測(cè)與紋理分析，識(shí)別導(dǎo)線上的風(fēng)箏、飄浮薄膜、鳥巢等懸掛物。模型對(duì)細(xì)長(zhǎng)、不規(guī)則形狀具有一定的泛化能力。

煙火預(yù)警：采用顏色空間（RGB/HSV）與動(dòng)態(tài)特征融合方法，識(shí)別火焰及濃煙區(qū)域。該功能可及時(shí)發(fā)現(xiàn)線下焚燒、山火等隱患。

所有識(shí)別結(jié)果均于設(shè)備本地輸出，僅將告警信息、抓拍圖片及短視頻通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，有效降低了對(duì)通信鏈路的要求。

3.4 自動(dòng)控制與圖像增強(qiáng)

攝像機(jī)模塊內(nèi)置一系列自動(dòng)控制算法，包括自動(dòng)白平衡、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)曝光、自動(dòng)降噪及自動(dòng)對(duì)比度增強(qiáng)。在野外復(fù)雜光照條件下（如逆光、晨昏、霧霾），這些功能可保障圖像質(zhì)量穩(wěn)定，便于后續(xù)人工復(fù)核或機(jī)器識(shí)別。

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 城市核心區(qū)輸電線路

城市周邊工地密集，吊車、塔吊等大型機(jī)械鄰近線路作業(yè)頻繁。裝置的雙側(cè)通道日夜監(jiān)測(cè)能力可對(duì)兩側(cè)通道同時(shí)保持警戒，夜間同樣具備識(shí)別條件。前端識(shí)別模塊一旦檢測(cè)到機(jī)械進(jìn)入預(yù)定安全邊界，即通過本地聲光（可選配）或遠(yuǎn)程推送報(bào)警，輔助運(yùn)維人員及時(shí)干預(yù)。

4.2 山區(qū)及丘陵地帶線路

在起伏地形中，固定視角攝像機(jī)容易出現(xiàn)“仰拍天空”或“俯拍地面”的無效角度。TLKS-PMG-100BM雙側(cè)攝像頭的垂直角度手動(dòng)調(diào)節(jié)功能允許安裝人員根據(jù)實(shí)際塔位與導(dǎo)線弧垂關(guān)系調(diào)整俯仰角，使光軸對(duì)準(zhǔn)線路通道的有效范圍，顯著提升了復(fù)雜地形下的可用監(jiān)控視野。

4.3 重要輸電通道與保供電

對(duì)于跨區(qū)域骨干線路或在重要保電時(shí)段，運(yùn)維單位需要實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的高頻次、精細(xì)化監(jiān)視。全向云臺(tái)攝像機(jī)可預(yù)置多個(gè)巡航點(diǎn)，定期對(duì)絕緣子串、連接金具、塔材銹蝕等本體狀態(tài)進(jìn)行巡檢，減少了人工登塔或無人機(jī)航拍的頻次。

4.4 桿塔本體精細(xì)化巡視

當(dāng)調(diào)度中心收到某桿塔附近的外力破壞預(yù)警信息后，運(yùn)維人員可通過遠(yuǎn)程控制全向云臺(tái)，將攝像機(jī)聚焦于疑似入侵點(diǎn)，并通過變倍功能獲取局部放大畫面，快速確認(rèn)隱患類型與嚴(yán)重程度。同時(shí)，該功能也可用于非預(yù)警狀態(tài)下的例行遠(yuǎn)程巡檢。

五、性能對(duì)比與優(yōu)勢(shì)分析

為量化說明本裝置的改進(jìn)效果，將其與常規(guī)單目固定攝像機(jī)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)（在相同220 kV直線塔安裝，連續(xù)運(yùn)行7天）：

數(shù)據(jù)顯示，該裝置在覆蓋完整性、夜間性能、實(shí)時(shí)性及運(yùn)維效率方面均有顯著提升。

六、結(jié)論

輸電線路視頻監(jiān)控長(zhǎng)期受困于視角盲區(qū)、夜間失效、識(shí)別滯后及地形適配不足等問題。本文研究并驗(yàn)證的TLKS-PMG-100BM多目視頻在線監(jiān)測(cè)裝置，通過雙側(cè)通道協(xié)同、日夜雙鏡頭融合及全向云臺(tái)補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了全向、全天候的可視化覆蓋；通過前端輕量級(jí)AI算法，將施工機(jī)械、異物、煙火等隱患的識(shí)別與告警能力下沉至設(shè)備側(cè)，大幅縮短了響應(yīng)鏈路。技術(shù)參數(shù)與應(yīng)用測(cè)試結(jié)果表明，該裝置可有效降低人工巡線負(fù)荷，提升通道異常事件的發(fā)現(xiàn)及時(shí)率，為輸電線路的集約化、智能化運(yùn)維提供了一種可行的技術(shù)方案。

未來工作可進(jìn)一步融合毫米波雷達(dá)測(cè)距數(shù)據(jù)與視頻識(shí)別結(jié)果，實(shí)現(xiàn)入侵目標(biāo)的三維空間定位，從而更精準(zhǔn)地評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并聯(lián)動(dòng)差異化告警策略。

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審核編輯 黃宇