输电线路-在线监测系统解决方案-v1

输电线路防山火在线监测系统解决方案（简化版）
第一章系统概述
1.1 应用背景
架空输电线路是电网的重要组成部分，承担巨大的电能输送，架空输电线路的安全运行与电网的稳定密切相关，输电线路的运维工作尤为重要。

输电线路具有所处地理位置特殊、运行环境复杂、运维工作点多面广、涉及任务繁杂等特点。

山火可由雷击等自然因素所引起，也可因人类烧荒、焚烧垃圾、祭祀烧纸以及吸烟等人为因素引发，由于山火季节突发性强、蔓延速度快，一旦发生，很难受控制，往往会毁坏森林木材、污染空气，同时也会破架空输电线路以及通信铁塔等基础设施，烧毁村庄，威胁人民的人身财产安全，造成多重经济损失。

尤其是每年春季以后，随着春耕烧荒、扫墓祭祀以及户外踏青等活动增多，发生山火的机率也相应增大。

近几年来，架空输电线路因林区山火引发的跳闸停电事故越来越多，严重影响了电网的安全稳定运行，造成了供电经济损失和不良社会影响。

野外林区火灾，难以有效监测、定位和预警，“早发现、早预警、早处置”已成为中国乃至世界普遍性的难题。

1.2 需求分析
山火是引起电网线路跳闸的罪魁祸首之一，防山火工作也就变成了各地供电公司最为紧要的工作。

为了降低山火造成的停电事故率、缓解电网防山火的严峻形势，我国电力企业主要通过三种方式加强林区火灾监管：人员报警、卫星遥感及防山火在线监测。

1.2.1 业务需求
鉴于人员报警、卫星遥感都只能发现滞后山火，各地已开始加大防山火在线监测系统的建设。

为了避免山火灾情的漏报现象发生，防山火在线监测系统需全天候24小时工作，对山火易发区域进行实时监控，快速发现疑似火情及时预警并定位发生地点。

通过部署在监控中心的管理平台，能够及时接收火情信息。

当山火情况被核实后，监控中心将第一时间作出应对措施，减少火灾损失，确保输电线路安全稳定运行。

由于山火发生区域的风速风向、温湿度等气象数据，关系到火情趋势及扑救策略，因此监控中心也需动态呈现，以便为领导决策提供参考。

一旦展开山火扑救行动，为了尽快通知到大量相关人员，监控中心应采用信息化手段进行自动批量通知，被通知人员能够及时获取现场图文信息，以便根据现场情况准备灭火设备、部署扑救方案。

1.2.2 系统需求
根据防山火在线监测系统的应用场景及用户沟通，结合电网招标技术规范，我们对系统的需求归纳如下：
●系统主要由现场设备和中心管理平台组成，通过OPGW或者
WIFI+OPGW传输；
●现场设备具有良好的抗震、抗冲击、抗强电磁干扰、防尘、防雨和抗
高寒等特性，专为野外杆塔架设、强电磁高寒环境设计；
●现场设备主要包括山火监测单元、环境监测单元、通信单元及供电单
元；
●山火监测单元具备内置图像“防抖动”功能，能够提升在高风速环境
中的监控效果；
●山火监测单元应具备自动扫描功能，热成像机芯能够自动发现火点，
可见光机芯能够对火点进行核实；
●为了避免误报情况的发生，火点预警时山火监测单元会回传视频或
图片（视网络情况而定），以便监控中心进行人为确认；
●环境监测单元能够提供温度、湿度、风速、风向、雨量等信息，用于
预判火情趋势及走向；
●监控中心应部署强大的防山火专用视频平台，实时准确监测输电线
路走廊及杆塔周边，当发现火情能够进行火点定位并动态呈现现场信息。

第二章系统总体设计
2.1 总体目标
为了有效预防山火，各地供电公司纷纷出台山火防控措施，通过在线监测+无人机/直升机+人工巡检的组合方式来进行山火防控，大大提高了输电线路山火防控能力。

我们的目标是：建立覆盖输电线路走廊及杆塔周边的山火在线监测系统，运用现代科技手段建设输电线路防山火视频监控、智能预警、辅助决策及应急联动系统，实现防火工作的科学化、标准化、信息化和专业化，从而有效提高综合防控能力。

综合运用火点定位技术、物联网技术、GIS系统、计算机网络等高新技术和手段，实现集图像、报警、定位信息的全天候、全方位、网络化的远程高清晰度的实时管控系统。

输电线路防山火在线监测系统建成后，将有效减轻输电线路巡线人员的工作强度，进一步提高山火防控的工作效率，推动山火防控工作由单一依靠人防向人防和技防结合、以技防为主的改革，保障电网供电安全。

2.2 设计思路
在招标文件中，对输电线路防山火在线监测系统已经做了比较详细的定义。

某某品牌根据自身的产品体系，结合输电线路防山火在线监测系统的实际需求，我们的设计思路如下：
●输电线路防山火在线监测系统分为前端系统和中心系统，前端负责
现场监测，中心负责前端管理、报警处理、火点定位；
●前端系统包括山火监测单元、环境监测单元、通信单元及供电单元，
所选设备都需充分考虑野外杆塔架设、强电磁、高低温等环境适应性；
●山火监测单元选用热成像双光谱中型云台摄像机，热成像机芯采用
定焦镜头，可见光机芯采用变倍镜头，当热成像发现火点后，可见光机
芯进行场景放大；
●山火监测单元能够实现火情报警联动设备本地抓图及录像，并推送
火情信息及图片至中心，是否推送实时视频流至中心视预设策略而定；
●环境监测单元将选用温度、湿度、风速、风向、雨量等传感器，并通过环境采集主机进行信息汇总，向中心提供监测区域的微气象信息；
●前端与中心通信承载于电网公司的OPGW光纤传输网，通信单元将根据现场OPGW光纤接入点情况，接入点在本杆塔，可直接部署工业以太网交换机，接入点在其他杆塔，除了在本杆塔部署工业以太网交换机还需在两个杆塔间部署无线网桥；
●由于小型风力发电机易出故障，在光照情况良好的地区基本只考虑太阳能取电方式，而不考虑风光互补方式；
●中心系统部署有防山火在线监测平台，能够对前端系统进行统一接入管理，实时接收山火监测单元及环境监测单元上送的信息，并在中心客户端进行动态呈现及报警弹窗；
●当中心核实火情信息后，平台能够群发报警短信至所有相关责任人，责任人收到报警短信后，能够通过手机客户端查阅报警图片及实时视频。

2.3 总体架构
2.3.1 系统拓扑
图1输电线路防山火在线监测系统拓扑图
2.3.2 系统组成
输电线路防山火在线监测系统由前端系统、传输网络、中心系统这三个相互衔接、缺一不可的部分组成。

1)前端系统
前端系统包括山火监测单元、环境监测单元、通信单元及供电单元，主要负责对杆塔周围、输电线路走廊的视频图片、火情报警、微气象信息采集、编码、存储及上传，通过中心系统可实现前端系统的实时监测、报警处理。

前端系统通过工业以太网交换机或工业以太网交换机+无线网桥方式接入OPGW光纤传输
网。

2)传输网络
输电线路防山火在线监测系统承载于电力综合数据网，用于前端系统与中心系统的通信。

前端系统的视频图片、火情报警信息、微气象信息可上传至中心系统并进入MIS网，供中心值班人员及MIS网归口管理部门的用户调用查看。

同时，依托运营商移动网络，相关责任人可通过短信及移动APP方式实时获取现场情况。

3)中心系统
中心系统部署在监控中心，根据输电线路电压等级不同会分开部署，500kV 及以上电压会部署在省公司，330kV及以下电压会部署在地市供电公司。

中心系统可管理所辖区域的前端系统，接收由前端系统上报的视频图片、火情报警信息、微气象信息等信息，满足中心系统用户视频图片、信息查看的需求。

2.4 系统功能
1)实时监控
采用某某品牌高品质的热成像双光谱中型云台摄像机，具有防尘、防水、抗电磁干扰等功能特性。

实时获得监控区域内清晰的热感图像及可见光图像，同时能够对云台及镜头进行操作，对视角、方位、焦距的调整，实现全方位、多视角、无盲区、全天候式监控。

2)火点监测
通过红外热成像设备实施探测目标环境的温度，通过嵌入式DSP温度分析报警模块，探测分析环境热源，发现火点自动报警。

3)巡检预案
系统支持火点巡检预案，输电线路走廊及杆塔周边预置位添加进预案，设备能够自动执行。

相较于人工现场巡线的传统巡视方式，该预案可大大提高巡检实时性及可靠性，还可按季节情况进行巡检预案周期调整。

4)存储及检索
中心系统的网络存储设备可按需选择实时存储或报警存储录像、图片（包括热成像及可见光两部分），前端系统的热成像云台自带存储卡，可存储火情报警
时热成像及可见光的录像、图片，以满足前端与中心网络中断时的存储需求。

同时，在中心平台上，可按时间、报警等进行自定义搜索录像、图片。

5)环境监测
通过前端系统的传感器实时采集相关环境数据，例如温湿度、风速风向、雨量等相关信息，在中心平台实现信息汇聚，生成曲线和报表，方便实时监控、历史查询、统计分析，为火情趋势分析提供数据参考。

6)报警预案
前端系统在巡检过程中一旦发现火点，能够提供丰富的预案：设备及时上报中心并在本地录像抓图，中心存储报警录像图片，客户端联动弹窗，火点位置核实并发送通知短信等。

预案有助于相关部门第一时间核实火情，迅速做出灭火部署，适时启动停电安排，把损失控制到最小范围。

7)远程维护
通过平台软件能够对前端设备进行校时、重新启动、修改参数、软件升级、远程维护等功能。

设备提供远程访问功能，运维人员不必到达设备现场，就可修改设备的各项参数，提高的设备维护效率。

8)系统管理
通过平台软件能够进行全方位管理，提供中心管理、Web服务、认证授权、日志管理、资产管理、地图管理、流媒体服务、云台代理、存储管理、文件备份、设备代理、移动服务、报警管理、电视墙代理、网管服务等系统服务，提高整套系统的工作效率。

9)视频质量诊断（扩展）
平台软件的扩展功能，采用轮巡方式检测设备工作异常，如清晰度异常（图像模糊）、亮度异常（过亮、过暗）、偏色、噪声干扰（雪花、条状、滚屏）、画面冻结、信号丢失、云台失控等，及时系统的故障并报警通知，提高视频监控系统有效性。

第三章系统特点
3.1 火情自动报警
设备利用红外热成像设备实施探测目标环境的温度，通过嵌入式DSP温度分析报警模块，探测分析环境热源，跟随云台扫描过程中检测视场内着火点。

当检测出有超出设定的热点阈值时发出报警信号，同时调用云台进入火点定位扫描模式对可疑火点进行重新判断，确认为着火点后立即发出报警信号。

3.2 火点自动定位
监控系统发现火点或热点自动报警后，利用回传的数字云台俯仰角、方位角及安装点的地理位置信息（经纬度），计算出火点的具体位置。

当前端红外热成像摄像机发现火点时，在GIS系统中，标记出火点的相应位置，并用闪烁的方式给予提示。

3.3 火情等级判断
平台通过火点距离及火点像素点大小，判断火情大小。

同时结合现场微气象数据，对火情趋势进行预判，对火情等级进行定义。

3.4 正常火源过滤
在系统监测火点的过程中，需要过滤在监测半径内出现周期性的正常火源，第一次在客户端显示核实后应支持手动屏蔽，对于之前已明确的地点，应支持巡检过程中自动屏蔽。

3.5 系统防雷设计
系统前端设备除了电源部分采取了必要的防浪涌保护接地等措施外，对云台等设备本身也采取了部分防雷击保护措施，云台护罩内对所有的信号输入线路（如视频线路、控制线路、网络线路、低压控制线路）全部进行了电磁屏蔽和防浪涌保护措施。

3.6 设备防雾设计
部分防火期容易发生多云多雾现象，为了在这段时间内保证图像清晰度，前端设备的防凝雾功能就显得尤为重要。

针对上述现象，我们对前端设备采用密封加隔离的防护措施，内部集成风扇，防护罩内部设备就不会发生结雾和凝水现象。

3.7 智能透雾技术
林区可能存在多雾天气，结合安防监控领域视频图像透雾的特殊要求，开发了一种实时视频透雾技术。

该技术基于大气光学原理，区分图像不同区域景深与雾浓度进行滤波处理，获得准确、自然的透雾图像。

3.8 视频质量诊断
平台软件的视频质量诊断能够实现智能化视频故障分析与预警，其通过对前端设备传回的码流进行解码以及图像质量评估，对视频图像中存在的质量问题进行智能分析、判断和报警。

系统采用后端集中处理，在不改变原有监控系统情况下，可以实现无缝智能化升级，并支持第三方码流接入。

系统采用轮巡的方式，在短时间内对大量的前端设备进行检测。

检测内容包括信号丢失、图像模糊、对比度、图像过亮、图像过暗、图像偏色、噪声干扰、条纹干扰、黑白图像、画面冻结、视频剧变、视频抖动、场景变更、视频遮挡、云台失控、登录失败、取流异常共17种常见摄像机故障。