CN114333224B - 一种输电线路走廊林火预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路走廊林火预警系统，属于电力运维技术领域。包括图像采集模块、云台模块、风压检测模块、预警模块和显示模块；所述图像采集模块用于获取周围图像，包括摄像机；所述摄像机通过所述云台模块固定安装在输电线路的杆塔上；所述风压检测模块用于检测风压大小，固定设置在所述摄像机的竖直表面上；所述预警模块设置在监控中心，与所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块通信连接；所述显示模块设置在监控中心，与所述预警模块设置信号连接。本发明能够及时发现林火信息，当输电线路受到林火威胁时，就可以采取主动停电避火、备用线路输电等应急措施，避免因山火发生突然的跳闸停电事故。

Description

一种输电线路走廊林火预警系统

技术领域

本发明属于电力运维技术领域，具体涉及一种输电线路走廊林火预警系统。

背景技术

输电线路附近的森林发生火灾时，火焰的温度高、火焰周围空气的电导率升高以及燃烧产生的灰烬颗粒的特性，使得输电设备本身的机械性能和电气性能大幅度下降，输电线路常常因空气间隙被击穿而出现跳闸事故，而山火跳闸导致的输电线路故障的重合闸成功率非常低，从而出现长时间的停电事故。输电线路走廊一旦发生大面积森林火灾，将造成巨大的影响，因此，有必要加强对输电线路走廊附近林火的预警。

如专利文献CN113762805A提出一种应用于输电线路的山林火灾预警方法，包括获取历史山林火灾样本库，并进行特征筛选，获得最终历史山火样本库；将最终历史山火样本库中的所有样本划分为训练集和测试集，并计算样本失衡比例；构建火灾风险评估模型的总目标函数；构建第一棵决策树；确定第一棵树结构后，计算各叶子节点的权重；在第一棵树的基础上，逐个构建若干棵树，并进行训练；根据训练好的若干棵决策树，获得山林火灾风险评估最终模型；并对山林火灾发生风险进行实时预测。该专利侧重于对山林火灾的事前预警，无法监控突然发生的火情。

如专利文献CN108648400A提出一种基于多光谱的输电线路山火勘测预警装置，采用无人机本体底部固定有光电吊仓，光电吊仓上安装有可见光摄像机、测温型红外热像仪和激光测距模块；通过可见光摄像机拍摄监测区域视频图像；通过测温型红外热像仪检测实时检测温度，提供红外热像仪数据；通过激光测距模块检测监测区域距离数据；根据激光测距模块检测监测区域距离数据及POS系统数据得到目标火点位置；根据红外热像仪数据，判断火源的燃点；根据区域视频图像，提取目标颜色及亮度特征，判断山火的发展趋势。但采用无人机的方式无法进行不间断的林火监控，因为无人机多需要人工操控，其在飞行一定时间后也需要充电或补充燃料，无法实现不间断的飞行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种输电线路走廊林火预警系统。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种输电线路走廊林火预警系统，包括图像采集模块、云台模块、风压检测模块、预警模块和显示模块；

所述图像采集模块用于获取周围图像，包括摄像机，所述摄像机包括可见光镜头和红外热成像镜头；

所述摄像机通过所述云台模块固定安装在输电线路的杆塔上，所述云台模块用于带动所述图像采集模块进行不间断的转动，具有状态反馈功能；

所述风压检测模块用于检测风压大小，固定设置在所述摄像机的竖直表面上，且检测方向水平；

所述预警模块设置在监控中心，与所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块通信连接，用于从所述图像采集模块所采集的图像中识别出火情，用于根据所述风压检测模块的风压数据获取风向数据和风速数据，用于判断火情威胁并发出报警信息；

进一步的，于显示输电线路走廊附近的地图信息，并叠加显示所述图像采集模块的状态、风向数据、风速数据和火情信息。

进一步的，所述风压检测模块为无盖的扁盒状，内部设置有压力传感器和温度传感器，开口处用薄膜密封。

进一步的，还包括用于给所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块供电的独立电源。

进一步的，所述独立电源包括小型风力发电机、太阳能电池板、风光互补控制器和蓄电池。

进一步的，所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块还设置在输电线路走廊附近的第三方铁塔上。

进一步的，还包括卫星遥感模块，所述卫星遥感模块用于从卫星遥感数据中识别出火情，并将火情信息发送至所述预警模块。

山火产生的高温对杆塔、线路和绝缘子串的电气性能与机械性能产生很大影响，山火温度高达750-950℃，山火靠近导线时，导线温度急剧升高，导致导线因热膨胀从而弧垂增大，并且火焰高温会使得导线机械强度急剧下降，导致线路加速老化，山火条件下当线路出现太大的张力时，线路会因应力不够而发生断线。瓷质绝缘子处于高于300℃条件下绝缘性能下降进而失去绝缘效用，并且处于在山火中越长失效机率越大。山火产生的浓烟、灰烬和可燃物颗粒，在热对流的影响下飘浮在空中，会有部分附着在绝缘子上，致使绝缘子绝缘性能下降，引发绝缘污闪事故。

当输电线路附近发生森林火灾时，受现场温度、干燥程度、风速、风向等条件的影响，山火常常会在短时间内快速蔓延，传统的山火监测手段是通过故障巡视人员实地观测汇报，劳动强度大，且视野有限、监测不及时，效率较低、人员安全无法保障，浓烟和高温常常让故障巡视人员无法准确判断着火点，有时候为了保证故障巡视人员的人身安全，山火现场更是严禁靠近，这就无法快速准确的评估山火对输电线路的威胁。

随着科学技术的发展，也出现了如专利文献CN110634258A等利用卫星遥感技术进行林火监控的方法，但这种方法的精度和时效取决于卫星个数和卫星过境时间，对火情不能及时捕获，同时监测受环境的影响很大，环境、气候因素会影响卫星红外遥感的探测结果，误报率高。

也有如专利文献CN108648400A等采用无人机的方式监控火情，虽然这种方式能够作为卫星遥感监控的补充，但无人机多依赖于人工操作，且现有无人机的滞空时间短，因此，仍无法实现对林火的不间断监控。

要实现对林火的不间断监控，就需要采用安装在输电线路走廊或附近的前端监测设备。当前端监控设备监控到火情后，还需要及时根据风向数据判断输电线路受火情威胁的大小，虽然目前的气象数据中都包含有风向信息，但气象数据中的风向是大尺度环境下的风向，在山地环境下，实际风向可能与气象数据中的风向不同，因此，为实现对火情威胁的精准研判，就需要采集现场的风向数据。

如专利文献CN106920358A将现场检测终端设置于电塔塔架上，并且同步设置了风力测量装置，但所述风力测量装置仅能获取风力大小，无法获取风向数据。并且传统的风向和风速检测装置多设置有尾翼、风杯等部件，安装在杆塔上占用空间大，安装不便。

这种情况下，本发明人设计了一种小型的风向和风速检测装置，能够粘贴设置在其他设备上，安装方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的图像采集模块能够获取可见光图像和红外热成像图像，采用红外和可见光能够更准确的识别出火情。图像采集模块设在的输电线路的杆塔上，利用杆塔自身的高度，能够确保监控更大的范围。本发明的云台模块带动图像采集模块进行不间断的转动，使图像采集模块能够不断采集周围360度范围内的图像，使监控无死角。

本发明设置的风压检测模块能够检测出风压，风压检测模块小巧轻便，能够设置在图像采集模块的摄像机上，随摄像机一起转动，在转动一周的过程中，根据风压最大时自身的朝向获取风向数据，根据风压最大值获取风速数据。还可以统计一段时间内风向及风速的平均值，依此作为较准确的风向数据和风速数据。

本发明前端设备采用独立电源供电，独立电源利用风力发电和光伏发电，所采集的电能输送至前端设备使用，多余的电能输送至蓄电池进行储存，当发电功率不足时，能够自动利用蓄电池给前端设备供电。

本发明的图像采集模块、风压检测模块和云台模块还能够设置在输电线路走廊附近的第三方铁塔上，能够直接使用该铁塔的供电和网络通信，能够节约成本。

本发明利用卫星遥感模块作为火情识别的辅助措施，卫星遥感模块能够从卫星遥感数据中识别出火情，因此能够监控图像采集模块无法覆盖的区域，能够及时发现远方的火情，便于及时采取处理措施。

本发明能够及时发现森林火灾信息，当输电线路受到林火威胁时，就可以采取主动停电避火、备用线路输电等应急措施，避免因山火发生突然的跳闸停电事故。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明实施例1的示意图；

图2：本发明实施例3的示意图；

图3：本发明卫星遥感模块所识别出的火情示意图；

其中：1-图像采集模块，2-云台模块，3-风压检测模块，4-预警模块，5-显示模块，6-卫星遥感模块。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例1：

参阅图1，本实施例所提供的输电线路走廊林火预警系统包括图像采集模块1、云台模块2、风压检测模块3、预警模块4和显示模块5。

图像采集模块1设置在输电线路的杆塔上，包括摄像机，所述摄像机包括可见光镜头和红外热成像镜头，所述可见光镜头具有光学透雾功能。所述摄像机通过云台模块2安装在输电线路的杆塔上，云台模块2为高精度云台，用于调整所述摄像机的照射方位，云台模块2还具有状态反馈功能，控制系统能够获取云台模块2当前状态，以便获取图像采集模块1的朝向和仰角等信息。

图像采集模块1及云台模块2的设置间隔可以通过所述摄像机镜头的识别半径确定，确保图像采集模块1能够覆盖需要监控的输电线路走廊。

风压检测模块3用于检测风压大小。风压检测模块2为一无盖的扁盒，内部设置有气压传感器，盒口处用薄膜密封。当薄膜受风压变形时，盒内的气压会发生变化，因此所述气压传感器能够根据气压变化判断出薄膜所承受的风压。同时，风压检测模块3内部还设置有温度传感器，因温度不同，密封体内的气压也会不同，因此可以利用温度对气压值进行校正，使获得的风压数据更加精确。

风压检测模块3紧贴设置在所述摄像机外壳的一竖直表面上，风压检测模块3的薄膜竖直且外侧无遮挡，确保风压检测模块3的检测方向水平(即所述薄膜的朝向水平)。本实施例在工作时，云台模块2进行不间断的转动，带动图像采集模块1进行自动巡航，当周围环境有风时，风压检测模块3会检测到风压。在云台模块2转动一周的过程中，风压检测模块3所检测出最大风压时，风压检测模块3的薄膜所朝向的方位即为风的来向，因此，可根据此时所述薄膜的朝向判断风向。同时，在云台模块2转动一周的过程中，风压检测模块3所检测出的最大风压也与风速成正比，因此，也可根据最大风压值判断风速。

当然，周围环境中的风是间断和不断变化的，因此，可统计一段时间内风向及风速的平均值，依此作为较准确的风向数据和风速数据。

对于图像采集模块1、云台模块2和风压检测模块3的供电，可以利用电磁感应原理，使用电流互感器从高压输电线路中获得低压电源。但为了电网安全，可以选用其他独立供电线路，或选用独立电源供电。所述独立电源利用风能和光伏进行发电，包括小型风力发电机、太阳能电池板、风光互补控制器和蓄电池。太阳能电池板和风力发电机各自采集所需能源，将其转换为电能后，输送至风光互补控制器，风光互补控制器将电能输送至图像采集模块1、云台模块2和风压检测模块3，多余的电能输送至蓄电池进行充电储存。当太阳能电池板和风力发电机的发电功率不足时，风光互补控制器能够自动利用蓄电池给负载供电。

预警模块4设置在监控中心，与图像采集模块1、云台模块2及风压检测模块3通信连接，包括计算机设备和运行在包括计算机设备上的预警程序。预警模块4通过分析图像采集模块1所采集的图像，判断输电线路走廊附近是否出现火情，当发现火情后，预警模块4自动获取云台的状态，获取图像采集模块1的朝向，并根据火情距离自动估算出火点位置；预警模块4同时从风压检测模块3获取该位置的风向数据和风速数据，根据风向数据判断该火情是否会威胁到输电线路，若具有威胁，则向工作人员发出报警信息。同时，根据火情大小和风速大小确定威胁等级，便于工作人员及时采取处理措施。

同时，监控中心内还设置有与预警模块4信号连接的显示模块5，显示模块5采用GIS的方式显示输电线路走廊的地图信息，同时，各图像采集模块1状态、风向数据、风速数据均叠加显示在地图上，便于工作人员查看前端设备的工作状态。当发现火情后，地图上会叠加显示火点等火情信息，便于工作人员进行研判。

利用图像进行火焰识别为现有技术，不再赘述。

对于预警模块4与前端图像采集模块1、云台模块2及风压检测模块3的通信，可采用光纤等有线方式实现，也可采用4G/5G等公网无线通信实现，也可采用2.4G无线通信实现，也可利用电力系统专用的通信网络实现。

实施例2：

本实施例所提供的输电线路走廊林火预警系统与实施例1相比做了以下改进：图像采集模块1、云台模块2和风压检测模块3还设置在输电线路走廊附近的第三方铁塔上。

对于山林地区来说，设备的取电和通信成本较高，且图像采集模块1必须设置在高空才能确保监控范围。因此，如果输电线路走廊附近有第三方的铁塔，比如隶属于通信公司或铁塔公司的通信铁塔，则可将图像采集模块1安装在通信铁塔上，这样图像采集模块1、云台模块2和风压检测模块3的供电可直接使用该通信铁塔的电能，同时也可以直接使用该通信铁塔的通信网络以实现与预警模块4之间的通信。

实施例3：

参阅图2，本实施例所提供的输电线路走廊林火预警系统与实施例2相比做了以下改进：还包括卫星遥感模块6。

卫星遥感模块6设置在监控中心，为一运行在计算机设备中的应用程序。卫星遥感模块6自动从互联网中获取输电线路走廊沿途的卫星遥感数据，并从卫星遥感数据中识别火情。卫星遥感模块6所识别的火情信息如图3所示。从卫星遥感数据中识别火情为现有技术，不再赘述。

当卫星遥感模块6从卫星遥感数据中识别出火情后，将火情信息和火点坐标发送至预警模块4，预警模块4根据火点位置获取从最近的风压检测模块3获取附近的风向数据和风速数据，根据风向数据判断该火情是否会威胁到输电线路，若具有威胁，则向工作人员发出报警信息。同时，根据火情大小和风速大小确定威胁等级，便于工作人员及时采取处理措施。

本实施例能够对不属于图像采集模块1覆盖范围的火情进行预警，便于及时发现火情，及时采取处理措施。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种输电线路走廊林火预警系统，其特征在于：包括图像采集模块、云台模块、风压检测模块、预警模块和显示模块；

所述图像采集模块用于获取周围图像，包括摄像机，所述摄像机包括可见光镜头和红外热成像镜头；

所述摄像机通过所述云台模块固定安装在输电线路的杆塔上，所述云台模块用于带动所述图像采集模块进行不间断的转动，具有状态反馈功能；

所述风压检测模块用于检测风压大小，固定设置在所述摄像机的竖直表面上，且检测方向水平；

所述预警模块设置在监控中心，与所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块通信连接，用于从所述图像采集模块所采集的图像中识别出火情，用于根据所述风压检测模块的风压数据获取风向数据和风速数据，用于判断火情威胁并发出报警信息；

所述显示模块设置在监控中心，与所述预警模块设置信号连接，用于显示输电线路走廊附近的地图信息，并叠加显示所述图像采集模块的状态、风向数据、风速数据和火情信息；

所述风压检测模块为无盖的扁盒状，内部设置有压力传感器和温度传感器，开口处用薄膜密封；所述压力传感器和所述温度传感器分别用于获取所述风压检测模块内部的气压值和温度值；

所述风压检测模块用于根据内部的温度值对内部的气压值进行校正；用于根据内部校正后的气压值获取风压大小；所述风压检测模块在随所述云台模块转动一周的过程中，用于确定最大风压时所述薄膜的朝向为风向，用于根据最大风压值确定风速；用于根据一段时间内风向及风速的平均值获取准确的风向数据和风速数据。

2.根据权利要求1所述输电线路走廊林火预警系统，其特征在于：还包括用于给所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块供电的独立电源。

3.根据权利要求2所述输电线路走廊林火预警系统，其特征在于：所述独立电源包括小型风力发电机、太阳能电池板、风光互补控制器和蓄电池。

4.根据权利要求3所述输电线路走廊林火预警系统，其特征在于：所述图像采集模块、所述云台模块和所述风压检测模块还设置在输电线路走廊附近的第三方铁塔上。

5.根据权利要求4所述输电线路走廊林火预警系统，其特征在于：还包括卫星遥感模块，所述卫星遥感模块用于从卫星遥感数据中识别出火情，并将火情信息发送至所述预警模块。