摘要：針對(duì)傳統(tǒng)輸電線路人工巡檢存在效率低、覆蓋面不足、人員安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，本文提出一種基于前端AI識(shí)別與遠(yuǎn)程可視化技術(shù)的桿塔監(jiān)測(cè)裝置。該裝置以圖片監(jiān)拍為核心，通過部署工業(yè)級(jí)高清攝像頭、低功耗太陽(yáng)能供電及4G全網(wǎng)通通信模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)桿塔通道及周邊環(huán)境的全天候可視化監(jiān)控。裝置內(nèi)置AI圖像識(shí)別算法，將算力前置至設(shè)備端，可自動(dòng)識(shí)別吊車、塔吊、山火等外力破壞隱患并即時(shí)告警。同時(shí)，系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程參數(shù)配置、GIS可視化定位及靈活拍照策略。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置可顯著降低人工巡檢強(qiáng)度，提升隱患發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性與精準(zhǔn)度，為輸電線路的主動(dòng)預(yù)防式運(yùn)維提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：輸電線路；桿塔可視化；前端AI識(shí)別；圖片監(jiān)拍；遠(yuǎn)程管控

一、引言

輸電線路作為電網(wǎng)的“大動(dòng)脈”，其運(yùn)行安全直接關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我國(guó)擁有世界上規(guī)模最大的輸電網(wǎng)絡(luò)，線路總里程超過百萬(wàn)公里，且廣泛分布于山區(qū)、荒漠、密林等復(fù)雜地理環(huán)境中。長(zhǎng)期以來(lái)，人工巡檢是保障線路安全的主要手段。然而，隨著電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，傳統(tǒng)“人海戰(zhàn)術(shù)”式巡檢的局限性日益凸顯：運(yùn)維人員需背負(fù)沉重設(shè)備翻山越嶺，在惡劣天氣和復(fù)雜地形中面臨摔傷、中暑、野生動(dòng)物攻擊等安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，人工巡檢周期長(zhǎng)、覆蓋半徑有限，難以對(duì)外力破壞、山火等突發(fā)隱患實(shí)現(xiàn)及時(shí)響應(yīng)。

為解決上述問題，電力行業(yè)逐步探索將物聯(lián)網(wǎng)、圖像識(shí)別及遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用于輸電線路監(jiān)測(cè)。其中，桿塔可視化裝置因其部署靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)而受到廣泛關(guān)注。然而，早期設(shè)備多采用簡(jiǎn)單定時(shí)拍照回傳，缺乏前端智能分析能力，導(dǎo)致海量圖像需人工逐一甄別，實(shí)際預(yù)警效率不高。為此，本文研究并驗(yàn)證了一種將AI算力前置于設(shè)備端的桿塔可視化裝置——TLKS-PMG-100B（桿塔可視化裝置（視頻監(jiān)拍））。該裝置以圖片監(jiān)控為主線，融合前端圖像識(shí)別、遠(yuǎn)程操控與GIS定位功能，實(shí)現(xiàn)了從“人跑”到“數(shù)據(jù)跑”的轉(zhuǎn)變，為輸電線路通道的智能化運(yùn)維提供了可行方案。

二、裝置總體技術(shù)架構(gòu)

2.1 設(shè)計(jì)理念

TLKS-PMG-100B的設(shè)計(jì)遵循“輕量化部署、智能化前端、遠(yuǎn)程化管控”原則。與連續(xù)視頻流監(jiān)控不同，該裝置采用圖片監(jiān)拍模式，通過設(shè)定間隔（最短1分鐘）或觸發(fā)條件拍攝高分辨率圖像并回傳。此種方式大幅降低了通信帶寬需求與能耗，使其能夠在太陽(yáng)能供電下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，前端集成輕量級(jí)AI模型，在圖像采集瞬間完成隱患識(shí)別，僅將包含異?；蛑鲃?dòng)關(guān)心的圖片及告警信息上傳，從而兼顧了實(shí)時(shí)性與經(jīng)濟(jì)性。

2.2 硬件組成

裝置主要包含以下模塊：

圖像采集模塊：采用工業(yè)級(jí)高清攝像頭（可選配夜視攝像頭），具備自動(dòng)曝光、白平衡及寬動(dòng)態(tài)功能，適應(yīng)野外強(qiáng)光、背光等復(fù)雜光照條件。

供電模塊：由15W/6V太陽(yáng)能板與蓄電池組構(gòu)成，采用最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）充電管理，保證連續(xù)陰雨天氣下不低于7天續(xù)航。

通信模塊：集成4G全網(wǎng)通模組，兼容移動(dòng)、電信、聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)擇優(yōu)接入，保障偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)傳輸穩(wěn)定性。

邊緣計(jì)算單元：搭載低功耗AI芯片，預(yù)置目標(biāo)檢測(cè)與分類模型，實(shí)現(xiàn)圖像前端識(shí)別。

定位模塊：內(nèi)置GPS，用于設(shè)備坐標(biāo)采集與隱患點(diǎn)地理標(biāo)記。

2.3 軟件功能架構(gòu)

軟件層面，裝置支持以下功能：

靈活拍照策略：運(yùn)維人員可遠(yuǎn)程設(shè)定拍照間隔（1分鐘至數(shù)小時(shí)可調(diào)），或通過手動(dòng)指令觸發(fā)即時(shí)拍照。系統(tǒng)支持定時(shí)自動(dòng)拍攝并回傳關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)圖像，確保無(wú)縫記錄。

前端AI識(shí)別：圖像采集后立即進(jìn)入邊緣計(jì)算單元進(jìn)行推理，識(shí)別結(jié)果（含目標(biāo)類別、置信度、位置）與圖片關(guān)聯(lián)。

遠(yuǎn)程設(shè)備管理：支持遠(yuǎn)程攝像機(jī)開關(guān)控制、系統(tǒng)重啟、參數(shù)復(fù)位等操作，無(wú)需人員登塔。

GIS可視化：所有設(shè)備坐標(biāo)及歷史告警位置在后臺(tái)地圖上標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)“一張圖”式管理。

告警推送：當(dāng)AI識(shí)別到異常目標(biāo)（如吊車、塔吊、煙火焰）且滿足預(yù)設(shè)閾值時(shí)，自動(dòng)將圖片及告警信息通過4G網(wǎng)絡(luò)推送至監(jiān)控中心或移動(dòng)終端。

三、核心功能與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于圖片監(jiān)拍的輕量化監(jiān)測(cè)策略

與常規(guī)視頻監(jiān)控不同，TLKS-PMG-100B采用周期性圖片采集方式，主要原因如下：

能耗優(yōu)化：連續(xù)視頻傳輸功耗遠(yuǎn)高于定時(shí)拍照。太陽(yáng)能供電條件下，圖片監(jiān)拍可將運(yùn)行功耗控制在瓦特級(jí)以下，顯著提升系統(tǒng)續(xù)航能力。

帶寬適應(yīng)：偏遠(yuǎn)地區(qū)4G信號(hào)可能不穩(wěn)定，圖片傳輸比視頻流更易應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，且流量成本更低。

效率匹配：輸電線路通道隱患（如施工機(jī)械進(jìn)入、樹障、山火）變化相對(duì)緩慢，分鐘級(jí)或刻鐘級(jí)的圖片采樣足以捕捉關(guān)鍵事件，無(wú)需連續(xù)錄像。

系統(tǒng)支持最短1分鐘的拍照間隔，充分覆蓋吊車臂抬升、車輛穿越等快速動(dòng)作。同時(shí)，運(yùn)維人員可依據(jù)季節(jié)、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整拍照頻率——高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段加密至1~5分鐘，日常巡檢可延長(zhǎng)至30~60分鐘。

3.2 前端AI圖像識(shí)別技術(shù)

傳統(tǒng)“拍照+回傳+人工審核”模式存在兩大痛點(diǎn)：一是海量圖片造成人工負(fù)擔(dān)沉重，漏檢率高；二是從事件發(fā)生到人工發(fā)現(xiàn)存在數(shù)小時(shí)甚至數(shù)日延遲。本裝置將AI算力前置于設(shè)備端，在圖像采集后即時(shí)完成目標(biāo)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)隱患的秒級(jí)識(shí)別與告警。

識(shí)別目標(biāo)與模型設(shè)計(jì)：

物體類別：主要針對(duì)輸電通道威脅因素，包括吊車、塔吊、挖掘機(jī)、推土機(jī)、濃煙及明火區(qū)域。

模型輕量化：采用基于MobileNet或ShuffleNet骨架的單階段檢測(cè)器，經(jīng)剪枝與量化后部署于嵌入式AI芯片，推理延遲低于200 ms/幀。

誤報(bào)抑制機(jī)制：結(jié)合目標(biāo)尺寸過濾（僅關(guān)注設(shè)定區(qū)域內(nèi)的大中型機(jī)械）、連續(xù)多幀確認(rèn)（避免因飛鳥、昆蟲引發(fā)的瞬時(shí)遮擋誤報(bào)）及時(shí)間持久性閾值（物體停留超N秒才告警）。

識(shí)別效果：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，在典型220 kV線路通道（圖像分辨率1920×1080、覆蓋距離約200 m）內(nèi)，對(duì)吊車、塔吊的識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)92%以上，山火煙霧識(shí)別準(zhǔn)確率約88%，平均告警延遲從人工巡檢的“小時(shí)級(jí)”縮短至“秒級(jí)”。

3.3 遠(yuǎn)程全維度操控能力

為降低運(yùn)維人員上塔作業(yè)頻次與勞動(dòng)強(qiáng)度，裝置設(shè)計(jì)了較為完備的遠(yuǎn)程控制接口：

攝像機(jī)狀態(tài)控制：遠(yuǎn)程開啟/關(guān)閉攝像頭電源，減少非必要時(shí)段功耗。

系統(tǒng)重啟與復(fù)位：當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)軟件異?；蛲ㄐ殴收蠒r(shí)，可遠(yuǎn)程執(zhí)行軟重啟或恢復(fù)出廠設(shè)置。

拍照觸發(fā)：無(wú)需等待定時(shí)周期，可隨時(shí)下發(fā)手動(dòng)抓拍指令，獲取即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)畫面。

參數(shù)在線調(diào)整：拍照間隔、AI識(shí)別閾值、告警靈敏度等均可通過后臺(tái)平臺(tái)遠(yuǎn)程修改。

上述功能使得運(yùn)維人員可在地面完成過去需要登塔操作的絕大部分配置任務(wù)，尤其在惡劣天氣或夜間，顯著提升了作業(yè)安全性與便捷性。

3.4 GIS可視化與“一張圖”管理

裝置將GPS定位數(shù)據(jù)與每一幀圖像關(guān)聯(lián)，后臺(tái)系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)（GIS）底圖上標(biāo)注桿塔位置、歷史告警點(diǎn)及隱患熱力分布。該功能支持以下典型應(yīng)用：

快速定位：當(dāng)接收到告警推送時(shí)，運(yùn)維人員可一鍵導(dǎo)航至隱患所在桿塔。

趨勢(shì)分析：按時(shí)間維度統(tǒng)計(jì)某區(qū)域內(nèi)外力破壞告警頻次，輔助識(shí)別高發(fā)區(qū)段并優(yōu)化巡線計(jì)劃。

資產(chǎn)臺(tái)賬：所有在線設(shè)備在GIS地圖上直觀展示運(yùn)行狀態(tài)（在線/離線、電量、信號(hào)強(qiáng)度）。

四、主要技術(shù)參數(shù)

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景與效能分析

5.1 防外力破壞監(jiān)測(cè)

在城市周邊、開發(fā)區(qū)等施工密集區(qū)，吊車、泵車違規(guī)進(jìn)入線路通道是跳閘的主要誘因。TLKS-PMG-100B可部署在施工高發(fā)桿塔，以1~5分鐘間隔連續(xù)拍攝通道圖像。前端AI一旦識(shí)別出大型機(jī)械進(jìn)入預(yù)設(shè)安全邊界，立即推送告警附圖片至運(yùn)維人員手機(jī)，使其能夠及時(shí)聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)施工方停止作業(yè)或采取避讓措施。實(shí)際應(yīng)用表明，在部署該裝置的12基桿塔中，三個(gè)月內(nèi)成功預(yù)警吊車侵入事件23起，無(wú)一起演變?yōu)樘l故障。

5.2 防山火預(yù)警

在山區(qū)輸電線路，線下燒荒、祭祀用火等易引發(fā)山火，導(dǎo)致線路跳閘及設(shè)備損壞。裝置對(duì)圖像中的火焰及濃煙區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)（可選）判斷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。相比傳統(tǒng)人工瞭望或衛(wèi)星熱點(diǎn)監(jiān)測(cè)，該裝置可將火情發(fā)現(xiàn)時(shí)間提前30分鐘以上，為應(yīng)急撲救爭(zhēng)取寶貴窗口。

5.3 通道樹障與異物預(yù)警

定期拍照可記錄線下樹木生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，當(dāng)樹冠與導(dǎo)線的空間距離低于設(shè)定閾值時(shí)（需結(jié)合測(cè)距功能或人工判讀），系統(tǒng)提示預(yù)警。同時(shí)對(duì)風(fēng)箏、飄浮膜、鳥巢等異物懸掛現(xiàn)象，AI可識(shí)別并標(biāo)記，輔助安排清理任務(wù)。

5.4 運(yùn)維效率提升

以一條100 km、含150基桿塔的220 kV線路為例，人工月度全線巡檢需約12人·天（含交通與步行）。部署TLKS-PMG-100B于其中的30基高風(fēng)險(xiǎn)桿塔后，運(yùn)維人員可將日常巡視頻率降至每周1次（僅快速瀏覽回傳圖片），重點(diǎn)時(shí)段輔以遠(yuǎn)程手動(dòng)加密拍照。初步估算，可降低該區(qū)段人工巡檢工作量約60%，同時(shí)將隱患平均發(fā)現(xiàn)時(shí)間從2天縮短至15分鐘以內(nèi)。

六、與傳統(tǒng)方案的對(duì)比分析

為更直觀地說明本裝置的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將其與兩種常見方案進(jìn)行對(duì)比：

由上可見，本裝置在能耗、帶寬、實(shí)時(shí)性及遠(yuǎn)程可控性之間取得了較好的平衡，尤其適合無(wú)市電接入、通信條件有限的輸電桿塔場(chǎng)景。

七、結(jié)論

本文針對(duì)輸電線路人工巡檢效率低、外部隱患響應(yīng)慢的問題，研究并闡述了TLKS-PMG-100B桿塔可視化裝置（視頻監(jiān)拍）的技術(shù)架構(gòu)與核心功能。該裝置以圖片監(jiān)拍為主模式，通過前端AI圖像識(shí)別將算力下放至設(shè)備側(cè)，能夠自動(dòng)識(shí)別吊車、塔吊、山火等典型外力破壞隱患并即時(shí)告警；同時(shí)集成遠(yuǎn)程設(shè)備控制、GPS定位與GIS地圖管理，顯著降低了運(yùn)維人員登塔作業(yè)與現(xiàn)場(chǎng)巡查的勞動(dòng)強(qiáng)度。技術(shù)參數(shù)與實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，該裝置在能耗、通信適應(yīng)性、預(yù)警實(shí)時(shí)性及運(yùn)維成本方面均優(yōu)于傳統(tǒng)方案，是推動(dòng)輸電線路從“被動(dòng)響應(yīng)”向“主動(dòng)預(yù)防”轉(zhuǎn)型的有效工具。

隨著AI模型輕量化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來(lái)可在本裝置基礎(chǔ)上增加更多識(shí)別類別（如導(dǎo)線斷股、絕緣子破損）及多目標(biāo)跟蹤能力，并結(jié)合邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)跨桿塔協(xié)同感知，為電網(wǎng)的全面智能化運(yùn)維奠定更堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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審核編輯 黃宇