一种交叉跨越线路健康管理系统

技术领域

本发明涉及交叉跨越线路管理系统技术领域，更具体地，涉及一种交叉跨越线路健康管理系统。

背景技术

21 世纪以来，伴随着国民经济的发展和科学技术的进步，对电力的需求呈直线增长 趋势，发展电力系统是电力业发展的必然趋势。输电塔线体系是高负荷电能输送的载体， 是重要的生命线工程结构。近年来，在持续增加电能开发的同时，输电方式也由传统的高 压、超高压输电技术，开始进入特高压输电技术的科学研究与建设规划阶段。输电线路的整体建设的工程规模趋于大型化，结构形式复杂多变，工程造价指标大幅提高。

由于输电线路走廊与各类交通走廊相互交叉，造成电力线路与交通线路的交叉点不断 增多，使得各种事故和潜在风险在交叉跨越点显得尤为突出。2016年，广西电网防城港供电局220kV海琴线地线断线掉落在高铁接触网上，导致铁路运行异常，造成较大影响。一个地区内，输电线路布线复杂、种类繁多，交叉跨越线路的跨越方式也很多，重要交叉跨越线路所处的环境复杂，存在交通、河流等不同的环境，人工健康检查需要耗费人力物力，且肉眼观察存在误差。

对于交叉跨越线路健康的管理开展研究工作，形成规范的设计方法和要求、提出合理的检测手段以及监测方法，建立一种交叉跨越线路健康管理系统，节约成本，提升健康管理效率，对于保障电网的安全具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交叉跨越线路健康管理系统，能够适应交叉跨越线路复杂的环境，快速、精准判断出交叉跨越线路的目标，如导线、金具、杆塔等的健康状况。

为达到上述目的，提供了一种交叉跨越线路健康管理系统，包括调度子系统、规约子系统、传感器子系统和智能分析子系统；

所述传感器子系统用于对若干个传感器进行传感器管理、传感器电源控制和数据采集，所述数据采集为对目标进行图像数据的采集和传感数据的采集；所述目标包括重要交叉跨越线路的导线、金具、杆塔的一种或多种；所述传感器子系统还用于将传感数据发送至智能分析子系统，将图像数据发送至调度子系统；

所述调度子系统用于对传感器子系统进行数据采集管理、整个系统的运行环境的初始化以及可配置参数的管理；所述数据采集管理为将获取传感器子系统的图像数据交给规约子系统处理；

所述规约子系统用于预设规约，并根据预设规约对获取的图像数据编码或解码处理并将处理结果数据上发至智能分析子系统；

所述智能分析子系统包括传感器控制系统、智能识别推理模块、异常诊断模块以及智能分析参数配置模块；所述传感器控制系统用于接收传感器的自身参数信息及图像数据或传感数据；

所述智能识别推理模块内置图像识别模型，用于对图片数据进行目标物体检测获得识别结果，规范识别结果，将输出结果按识别结果的坐标区域、识别结果的目标类型格式化返回；所述识别结果为只存在导线、金具、杆塔的一种或多种的图像数据；

所述异常诊断模块用于将各类异常检测方法的判断依据进行汇总，规定智能分析结果的格式，还用于将输入的识别结果找到对应的异常检测方法，结合智能分析参数配置模块获得对应的智能分析结果；所述智能分析结果为坐标区域、目标类型和目标的结果参数；

所述智能分析参数配置模块用于设置传感器的自身参数、设置不同场景使用传感器的所需监测的参数、设置目标在异常状态下的参数。

特别的，所述传感器包括用于导线温度及电流监测的导线侧无线子机、用于导线对地距离监测的导线侧无线子机、用于杆塔倾斜监测的杆塔侧无线传感器、摄像机控制模块。

特别的，所述摄像机控制模块包括红外双光谱云台摄像机、可见光球型摄像机，所述红外双光谱云台摄像机用于获取图像数据的同时获取红外测温信息；所述红外测温信息包含测温区域的最低温、最高温、平均温度数据。

特别的，所述调度子系统还用于休眠管理，数据库管理和数据补发处理。

特别的，所述数据库管理为创建和维护数据库，从传感器子系统获取数据后写入数据库并根据规约子系统上发数据的结果更新数据库中的上发状态；所述上发状态包括成功或失败；所述数据补发处理为查询数据库并根据上发数据的结果判断是否需要补发，若上发状态为失败为需要补发则从数据库读取相应的图像数据并交给规约子系统进行数据补发。

特别的，所述金具包括间隔棒、防震锤、绝缘子。

特别的，所述智能分析子系统还包括升级模块，所述升级模块用于将新的图像识别模型的文件替换旧的图像识别模型的文件。

特别的，对图片数据中的图像目标识别的操作需要经过以下步骤：

步骤（1），加载图像识别模型，建立目标识别网络结构；

步骤（2），对图像数据预处理，将图像大小进行归一化处理；

步骤（3），向图像识别模型中输入预处理后的图像；

步骤（4）， 获取图像识别模型的推理结果。

特别的，所述目标还包括工程车辆。

本发明的有益效果如下所示：

本发明提出的一种交叉跨越线路健康管理系统，包括调度子系统、规约子系统、传感器子系统和智能分析子系统。

传感子系统能够对目标进行图像数据的采集和传感数据的采集。

调度子系统对传感器子系统进行数据采集管理、整个系统的运行环境的初始化以及可配置参数的管理，数据采集管理为将获取传感器子系统的图像数据交给规约子系统处理。调度子系统可在传感器子系统与规约子系统之间进行数据调度，优化传输速率。

规约子系统，预设规约，并根据预设规约对获取的图像数据编码或解码处理并将处理结果数据上发至智能分析子系统。由于数据类型更新换代，规约不断更新，设置规约子系统能够更规范化图像数据，实现交互和具体规约的编解码逻辑，为智能分析子系统高速分析提供基础。

智能分析子系统结合传感子系统、调度子系统和规约子系统实现前端摄像机 图像采集并进行重要交叉跨越线路上导线、间隔棒、防震锤、绝缘子、外力破坏的异常诊断，最终获得智能分析结果；智能分析结果为坐标区域、目标类型和目标的结果参数，能够快捷找到找到有异常的目标，并能够适应交叉跨越线路复杂的环境，快速、精准判断出交叉跨越线路的导线、金具、杆塔的健康状况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的工作原理图。

图2为本发明实施例的硬件实施原理图。

图3为本发明实施例的调节子系统进行数据补发的逻辑流程图。

图4为本发明实施例的智能分析子系统的主要工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

如图1所示，本发明实施例的一种交叉跨越线路健康管理系统，包括调度子系统、规约子系统、传感器子系统和智能分析子系统。

传感器子系统用于对若干个传感器进行传感器管理、传感器电源控制和数据采集，数据采集为对目标进行图像数据的采集和传感数据的采集。目标包括重要交叉跨越线路的导线、金具、杆塔、工程车辆的一种或多种。金具包括间隔棒、防震锤、绝缘子。传感器子系统还用于将传感数据发送至智能分析子系统，将图像数据发送至调度子系统。传感器包括用于导线温度及电流监测的导线侧无线子机、用于导线对地距离监测的导线侧无线子机、用于杆塔倾斜监测的杆塔侧无线传感器、摄像机控制模块。摄像机控制模块包括红外双光谱云台摄像机、可见光球型摄像机。红外双光谱云台摄像机用于获取图像数据的同时获取红外测温信息。红外测温信息包含测温区域的最低温、最高温、平均温度数据。

本实施例的硬件实施图如图2所示，调度子系统、规约子系统和智能分析子系统内置在主机内，主机包含基于 IMX.6UL 设计的主控模块、基于 Atlas 200 AI 加速模块设计的智能分析推理模块两个组件，两大组件通过 100Mbps 以太网协同工作以及数据交互。

红外双光谱云台摄像机搭载可见光及红外双通道。绝缘子状态监测要求除绝缘子掉片、掉串外，还需要对绝缘子串进行测温。针对绝缘子场景下的绝缘子掉片、掉串等异常进行检测并测量绝缘子串、线夹等区域温度。红外双光谱云台摄像机通过 100Mbps 以太网与健康状态评价主机通讯。本发明实施例选用海康威视生产的红外双光谱云台摄像机作为绝缘子状态监测的摄像机。

可见光球型摄像机针对重要交叉跨越线路上导线是否断股、间隔棒是否脱落、防震锤是否脱落移位等异常状态检测，同时可对杆塔周围是否存在外力破坏进行检测。可见光球型摄像机通过 100Mbps 以太网与健康状态评价主机通讯。 重要交叉跨越线路健康状态监测要求对交叉跨越线路上的导线、间隔棒、防震锤、绝缘子状态进行监测，同时具备预防外力破坏的能力。由于重要交叉跨越线路导线离杆塔塔身较远，需要摄像机具有良好的的成像能力，同时云台转动范围要大。因此，本发明实施例选用海康威视生产的可见光球型摄像机。

导线侧无线子机采用导线取能方式供电，设计有两种形态分别进行导线温度及电流监测和导线对地距离监测，即用于导线温度及电流监测的导线侧无线子机和用于导线对地距离监测的导线侧无线子机。上述导线侧无线子机通过 Lora 协议与健康状态评价主机组网，进行数据传输。

导线温度及电流监测的导线侧无线子机采用申请人自研的铝合金外壳，铝合金外壳分上下半圆设计，上半外壳内嵌控制电路板（导线测温和导线倾角模块集成在内嵌控制电路板中）。下半外壳内置电源处理模块和锂电池组。上下外壳通过 4 个螺丝固定，上下外壳之间垫有硅橡胶圈。上下外壳紧固牢靠后，硅橡胶圈进入压紧导线状态。防止装置在导线上滑动。感应取能的核心部件是开口型电流互感器，分上下半圆，最终通过螺丝紧固，同时固定到装置内部。

测量导线对地距离的导线侧无线子机集成激光测距模块和北斗 RTK 模块。若安装在单根导线 20A 以上交流线路，即可支持使用激光测距模式；当安装在单根导线 60A以上交流线路时，可支持北斗、激光两种测距模式。

杆塔侧无线传感器采用电池供电模式，实现杆塔倾斜监测，通过 Lora 协议与健康状态评价主机组网进行数据传输。

调度子系统用于对传感器子系统进行数据采集管理、整个系统的运行环境的初始化以及可配置参数的管理。数据采集管理为将获取传感器子系统的图像数据交给规约子系统处理。

调度子系统负责的功能如下：

（1）软件基础环境的初始化：

软件基础环境包括了日志系统初始化，线程池的创建，异步处理框架的初始化等。

（2）配置文件的读取和修改：

配置信息包括软件运行环境的参数，传感器参数信息，以及规约服务器信息，装置ID 等。某些配置信息例如传感器采样周期支持通过规约命令进行修改。

（3）传感器子系统的初始化。

调度子系统还用于休眠管理，数据库管理和数据补发处理。数据库管理为创建和维护数据库，从传感器子系统获取数据后写入数据库并根据规约子系统上发数据的结果更新数据库中的上发状态。上发状态包括成功或失败。如图3所示，数据补发处理为查询数据库并根据上发数据的结果判断是否需要补发，若上发状态为失败为需要补发则从数据库读取相应的图像数据并交给规约子系统进行数据补发。休眠管理是由于本实施例使用IMX.6UL的物联代理主机采用太阳能供电，受天气因素影响，为尽可能节约电量，降低IMX.6UL的功耗，于是在调度子系统在没有采集和数据上发/补发时控制IMX.6UL进入休眠至下一个采集周期。休眠控制由调度子系统在初始化工作完成后启动一个监测子线程进行处理。

规约子系统用于预设规约，并根据预设规约对获取的图像数据编码或解码处理并将处理结果数据上发至智能分析子系统。从功能上看规约子系统可以脱离调度子系统和传感器子系统单独运行，只负责规约数据的收发。因此在IMX.6UL软件系统中使用IPC这种进程间通讯方式实现规约子系统与调度子系统之间的交互。

规约子系统功能负责的功能如下：

（1）建立与平台的连接并保持连接：

规约子系统在初始化后与智能分析子系统建立连接并注册，然后一直对连接进行监测，当出现中断或丢失连接时，尝试重新建立连接。

（2）实现规约的编解码：

将具体规约的编解码逻辑从业务逻辑中独立出来，当规约发生更新或是更换后利于维护。

（3）按照规约要求组织上送报文：

接收来自调度子系统的数据上送请求，将数据根据规约进行组帧，上送报文到智能分析子系统。

（4）接收规约下发命令：

接收来自服务器的规约命令，将规约报文中的信息解析出来并通过 IPC 通知调度子系统，由调度子系统执行命令。

如图4所示，智能分析子系统包括传感器控制系统、智能识别推理模块、异常诊断模块以及智能分析参数配置模块。

智能分析子系统在进行健康管理的过程中，由于调用海康威视提供的 HTTP 接口，智能分析子系统需要知道访问摄像机的 IP、端口、通道号、预置位等参数信息。智能分析应用获取到摄像机采集到的图像进行图像识别。该过程中，智能分析应用需要将图像输入到训练好的推理模型中并得到一系列识别结果。智能分析应用通过对识别结果汇总，并结合预先配置的异常诊断参数，最终得到该图像是否存在重要交叉跨越线路状态监测中的异常状态。该过程中，需要预先设置摄像机各通道号、预置位下针对何种异常状态及待异常诊断目标坐标信息。因此，智能分析子系统需要获取传感器的自身参数信息，即如摄像机需要摄像机各通道号、预置位下针对何种异常状态及待异常诊断目标坐标信息，本发明实施例由此而设计了传感器控制系统。

传感器控制系统用于接收传感器的自身参数信息及图像数据或传感数据。

智能识别推理模块内置图像识别模型，用于对图片数据进行目标物体检测获得识别结果，识别结果为只存在导线、金具、杆塔的一种或多种的图像数据。智能识别推理模块规范识别结果，将输出结果按识别结果的坐标区域、识别结果的目标类型格式化返回。

本发明对收集到的重要交叉跨越线路上的间隔棒、防震锤、绝缘子、工程车辆的图像数据进行训练得到基于 YOLOv5 的识别模型，并将该模型转换成 Atlas 200 AI 加速模块支持的 om 模型。

对图片数据中的图像目标识别的操作需要经过以下步骤：

步骤（1），加载图像识别模型，建立目标识别网络结构；

步骤（2），对图像数据预处理，将图像大小进行归一化处理；

步骤（3），向图像识别模型中输入预处理后的图像；

步骤（4）， 获取图像识别模型的推理结果。

异常诊断模块用于将各类异常检测方法的判断依据进行汇总，规定智能分析结果的格式，还用于将输入的识别结果找到对应的异常检测方法，结合智能分析参数配置模块获得对应的智能分析结果。智能分析结果为坐标区域、目标类型和目标的结果参数。以下为针对不同目标进行智能分析获得的智能分析结果的结果参数：

（1）针对导线断股：

将摄像机控制模块获取到的导线图片，按照智能分析参数配置模块中设定的导线区域，对导线进行提取。对提取的导线应用预设的导线断股检测方法检测。最终若得到导线断股区域坐标，返回 IMX.6UL 主应用导线断股区域坐标；如无导线断股，返回 IMX.6UL 主应用本次无异常存在。

（2）针对间隔棒：

将智能识别推理模块获取到的间隔棒区域坐标与智能分析参数配置模块中设定的初始间隔棒区域坐标进行比对，如绝对距离偏差 10%以上，则认为此次目标识别存在间隔棒脱落，并返回 IMX.6UL 主应用间隔棒移动的位置。如智能识别推理模块未识别到间隔棒，则直接返回 IMX.6UL 主应用间隔棒脱落的位置。

（3）针对防震锤：

将智能识别推理模块获取到的防震锤区域坐标与智能分析参数配置模块中设定的初始防震锤区域坐标进行比对，并应用前述防震锤异常检测方法研究，计算防震锤移位距离，返回 IMX.6UL 主应用防震锤的移动位置。如智能识别推理模块未识别到防震锤，则直接返回IMX.6UL 主应用防震锤脱落的位置。

（4）针对绝缘子 ：

将智能识别推理模块获取到的绝缘子区域坐标与智能分析参数配置模块中设定的初始绝缘子区域坐标进行比对，并应用前述绝缘子异常检测方法，判断绝缘子是否掉片，返回 IMX.6UL 主应用间绝缘子掉片的位置。如智能识别推理模块未识别到绝缘子，则直接返回IMX.6UL 主应用绝缘子掉串的位置。

（5）针对工程车辆：

如智能识别推理模块识别到重要交叉跨越线路周边存在工程车辆，则将智能识别推理模块识别到的工程车辆类型返回 IMX.6UL 主应用，如无，则返回 IMX.6UL 主应用本次无异常存在。

Atlas 200 AI 加速模块作为重要交叉跨越线路状态监测设备的一部分，需要考虑

与 IMX.6UL 主控进行数据通讯，即 IMX.6UL 主控可以对 Atlas 200 AI 加速模块下发智能分析请求，并获取最终智能分析结果。针对该需求，智能分析应用采用基于gRPC 远程调用框架，实现数据的交互。

智能分析参数配置模块用于设置传感器的自身参数、设置不同场景使用传感器的所需监测的参数、设置目标在异常状态下的参数。

传感器的自身参数主要是摄像机类型的区分。红外双光谱云台摄像机和可见光球型摄像机以局域网 的方式接入到 Atlas 200 AI 加速模块中。在局域网中，摄像机可以设置静态 IP，并以该静态 IP 作为摄像机唯一标识。智能分析应用智能分析参数配置模块内部维护摄像机静态 IP 唯一标识。

设置不同场景使用传感器的所需监测的参数主要是需要解决不同场景下需要使用不同的摄像头进行智能分析。 以绝缘子串异常状态分析为例，需要使用可见光通道进行绝缘子掉串掉片的异常状态分析，同时需要使用红外通道，对绝缘子区域进行测温。另外可见光球型摄像机云台转动角度大、分辨率高，对于导线上防震锤、间隔棒识别更为方便。智能分析应用将本发明中的需要识别的异常状态列举出来，并分配标识。实际应用过程，重要交叉跨越线路上存在的待监测目标分散，往往需要不同的预置位对应不同的监测目标。因此，智能分析参数配置模块将摄像机通道号、预置位与异常状态标识进行关联映射。

需要考虑分析异常状态下的参数设置。例如，进行导线断股时，记录下导线区域；进行间隔棒异常检测时，记录下间隔棒的初始坐标；进行防震锤异常检测时，记录下防震锤的初始坐标；进行绝缘子异常检测时，记录下绝缘子的初始坐标；进行绝缘子测温时，记录下温差告警阈值、测温区域。各类异常检测所需的参数与异常状态标识关联并交由智能分析参数配置模块维护。

另外，考虑到模型的不断升级替换，智能分析应用需要设计升级模块，以便更新推理模型。因此，智能分析子系统还包括升级模块，升级模块用于将新的图像识别模型的文件替换旧的图像识别模型的文件。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。