CN115102292A - 一种电缆防外破监控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆防外破监控方法及系统，属于输电线路辅助设备技术领域；包括：利用监控设备获取电缆线路上方路面的监控信息，利用智能防外损装置获取电缆上方路面的振动信号，通过所述振动信号和监控信息判断是否存在电缆外破风险；本发明还提供了一种电缆防外破监控系统，包括：监控模块通过可视化摄像头获取监控信息；感应模块包括多个智能防外损地钉获取振动信号；采用GPS北斗定位模块获取智能防外损地钉的位置信息和日期信息，方便工作人员根据位置信息直接到达指定地点；传输模块采用无线通信方式与电缆监控中心进行信号传输。本发明提供的电缆防外破监控方法及系统应用场景广泛，减轻了班组运维负担，降低了电缆及通道事故的发生率。

Description

一种电缆防外破监控方法及系统
技术领域
本发明涉及输电线路辅助设备技术领域，尤其是指一种电缆防外破监控方法及系统。
背景技术
电力企业是服务于全社会的特殊行业，电力企业的生产经营活动不仅直接关乎本行业职工的工作和生活，还与全社会的发展和稳定息息相关，将“优质服务是电网公司的生命线”作为电力企业的核心理念是积极旅行国企社会责任的具体表现，通过不断创新以提供更为优质的服务，变被动处理问题为主动预防问题，让老百姓因电而感到幸福指数的提高是每一个电力人为之奋斗的目标。
随着社会经济的快速发展，电力设施所处的环境日益复杂多变，各类外破隐患层出不穷，对电力生产乃至省会公共安全构成了严重威胁，而对输电线路来说，其实际布局非常广泛，不但分布在城市之中，还分布在乡村之中，但是由于实际的外破具备突发性和随机性的特性，使得预防外破的工作受到了严重影响，因此相应的线路运维单位必须将实施一系列的防外破措施，使得输电线路运行的稳定性和安全性得到保证。
目前，供电公司还没有具体的防范措施，只能通过加强巡视、设立标识牌等措施加以防范，由于电缆分布光、运行环境复杂，所以传统的监测系统管理过程繁琐，涉及人员多，而传统不锈钢材质的圆形嵌地标识在夜间施工时无法清楚看到。
综上所述，现有的电缆防外破措施还不完善，电缆防外破监测涉及人员多，过程繁琐，辨别电缆外破风险效率以及精度不高。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中电缆防外破监测涉及人员多，过程繁琐，辨别电缆外破风险效率以及精度不高。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电缆防外破监控方法，包括：
获取监控设备采集的电缆线路上方路面的监控信息并发送至电缆监控中心；
利用电缆线路上方路面中埋设的智能防外损装置获取电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息并发送至电缆监控中心；
比较所述振动信号和振动阈值的大小，将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置，根据目标智能防外损装置的位置信息和时间信息调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控设备获取的监控信息；
根据所述监控信息判断所述位置信息处的电缆线路是否存在电缆外破行为，若是则判定电缆线路存在外破风险。
在本发明的一个实施例中，所述获取监控设备采集的电缆线路上方路面的监控信息并发送至电缆监控中心包括：
通过AI可视化摄像头获取电缆线路上方路面的监控画面；
采用无线传输方式将监控画面发送至电缆监控中心。
在本发明的一个实施例中，所述利用电缆线路上方路面中埋设的智能防外损装置获取电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息并发送至电缆监控中心包括：
通过智能防外损装置中的振动传感器获取电缆线路上方路面的振动信号；
通过智能防外损装置中的GPS北斗定位模块获取所述振动信号的时间信息以及智能防外损装置的位置信息；
采用无线传输方式将所述振动信号、时间信息以及位置信息发送至电缆监控中心。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述监控信息判断所述位置信息处的电缆线路是否存在电缆外破行为，若是则判定电缆线路存在外破风险包括：
将所述位置信息处的监控视频帧图像输入预先完成训练的电缆外破检测模型中，判断所述监控视频帧图像是否存在电缆外破行为；
若所述监控视频帧图像存在电缆外破行为，则判定所述位置信息处的电缆线路存在外破风险。
在本发明的一个实施例中，所述电缆外破检测模型的训练过程包括：
收集不同电缆外破行为历史图像并通过标签进行标注，形成卷积神经网络的训练数据集；
将所述训练数据集输入卷积神经网络的卷积层和池化层中进行特征提取，并将提取的特征信息经过一个softmax层输出图像的类别信息，不断调整模型参数直至损失函数收敛，得到训练好的电缆外破检测模型；
其中，所述卷积神经网络包括但不限于多尺度卷积神经网络、LsNet-5网络、ResNet残差网络。
在本发明的一个实施例中，所述判定电缆线路存在外破风险后包括：
电缆监控中心根据所述目标智能防外损装置的位置信息发送预警指令至目标智能防外损装置；
目标智能防外损装置中的LED灯开始闪烁进行警示。
本发明还提供了一种电缆防外破监控系统，包括：
监控模块，包括AI可视化监控摄像头，设置于电缆线路上方路边，用于获取电缆线路上方路面的监控信息；
感应模块，包括多个智能防外损装置，按照预设距离嵌于电缆线路上方路面，所述智能防外损装置内包括：
振动传感器，用于获取电缆线路上方路面的振动信号；
GPS北斗定位模块，用于获取智能防外损装置的位置信息和振动信号的时间信息；
传输模块，与振动传感器和GPS北斗定位模块相连，用于采用无线通信方式将所述振动信号以及时间信息和位置信息发送至电缆监控中心；
电缆监控中心，与所述监控模块和所述传输模块通信连接，其包括：
数据分析模块，用于将智能防外损装置获取的振动信号和振动阈值进行比较，将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置；
数据调用模块，用于根据目标智能防外损装置获取的时间信息和位置信息，调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控模块获取的监控信息；
数据检测模块，用于利用电缆外破行为检测模型检测所述监控视频帧图像中是否存在电缆外破行为。
在本发明的一个实施例中，所述智能防外损装置内还包括LED灯，当所述传输模块接收到电缆监控中心发出预警指令时LED灯开始闪烁。
在本发明的一个实施例中，所述传输模块包括物联网通讯子模块，采用NB-IoT物联网技术进行通信。
在本发明的一个实施例中，还包括多个多晶硅太阳能电池，用于为监控模块及多个智能防外损装置供电。
本发明所述的电缆防外破监控方法包括获取电缆线路上方路面的监控信息；利用智能防外损装置获取并识别电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息；通过所述振动信号和监控信息共同判断是否存在电缆外破风险。本发明提供的电缆防外破监控方法，通过结合电缆线路上方的监控信息和路面的振动信号判断电缆是否存在外破风险，可以有效并精确识别电缆外破风险，且能够获取电缆上方路面的振动信息以及发生振动的位置信息和日期信息，在施工防外破场景、监控预警场景和故障抢修场景中对于可能发生的电缆外破事件能够起到提前预防的作用，避免人身触电事故的发生，将被动地处理外破问题变为主动预防电缆外破，减轻了班组运维负担，按照系统后台指定的精确位置快速到达现场，及时制止外破行为，提高了工作效率。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为电缆防外破监控方法流程图；
图2为智能防外损装置示意图；
图3为电缆防外破监控系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的电缆防外破监控方法包括：
S1：获取监控设备采集的电缆线路上方路面的监控信息并发送至电缆监控中心，其具体包括：
S10：通过AI可视化摄像头获取电缆线路上方路面的监控画面；
S11：采用无线传输方式将所述监控画面发送至电缆监控中心；
本实施例采用可视化监控摄像头方便全天候在线监控待监测电缆，并将所有监控信息上传至电缆监控中心，方便电缆监控中心的工作人员进行“远程盯梢”，第一时间分析处理可视化摄像头反馈的图像视频。
S2：利用电缆线路上方路面中埋设的智能防外损装置获取电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息并发送至电缆监控中心，其具体包括：
S20：通过智能防外损装置中的振动传感器获取电缆线路上方路面的振动信号；
S21：通过智能防外损装置中的GPS北斗定位模块获取所述振动信号的时间信息以及智能防外损装置的位置信息；
S22：采用无线传输方式将所述振动信号、时间信息以及位置信息发送至电缆监控中心；
其中，所述智能防外损装置，如图2所示，能够自动识别挖掘机、铲车、炮捶、大撞击等具有破坏力的施工设施；宜用于机动车道、非机动车道、人行道、桥梁等一些不能立牌、立桩的区段，安装位置尽量靠近电缆通道所在位置正上方，安装间距可以根据电缆线路等级差异化设置，并可根据实际情况进行调整，例如，110KV和220KV通道适宜每隔20米安装一个智能防外损装置；
S3：比较所述振动信号和振动阈值的大小，将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置，根据目标智能防外损装置的位置信息和时间信息调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控设备获取的监控信息；
S4：根据所述监控信息判断所述位置信息处的电缆线路是否存在电缆外破行为，若是则判定电缆存在外破风险，其具体包括：
S40：收集不同电缆外破行为历史图像并通过标签进行标注，形成卷积神经网络的训练数据集；
S41：将所述训练数据集输入卷积神经网络的卷积层和池化层中进行特征提取，并将提取的特征信息经过一个softmax层输出图像的类别信息，不断调整模型参数直到损失函数收敛，得到训练好的电缆外破检测模型；
其中，所述卷积神经网络包括但不限于多尺度卷积神经网络、LsNet-5网络、ResNet残差网络。
S42：将监控视频帧图像输入预先完成训练的电缆外破检测模型中，判断所述监控视频帧图像是否存在电缆外破行为；
S43：若所述监控视频帧图像存在电缆外破行为，则判定电缆存在外破风险。
其中，电缆外破行为包括但不限于大型施工机械施工、倾轧、挖掘等行为。
由于需要从各种监控信息中提取图像特征，用以对不同的电缆外破行为进行分类，训练参数非常大，因此本发明的实施例采用卷积神经网络进行图像分类。
电缆监控中心获取到智能防外损装置发送的振动信号后第一时间判断其是否大于振动阈值，如果振动信号大于振动阈值，根据振动信号的时间调取监控信息，并判断监控信息中是否有导致振动信号发生的电缆外破行为，本发明实施例优选地采用卷积神经网络对所述监控信息进行判断，可以更加精确的识别监控信息中是否存在电缆外破行为，且节省了人力资源和时间成本。
如果确实存在电缆外破行为，则电缆监控中心根据目标智能防外损装置的位置信息发送预警指令至目标智能防外损装置，接收到预警指令的目标智能防外损装置中的LED灯开始闪烁进行警示。
本发明的具体实施例还提供了一种电缆防外破监控系统，如图3所示，包括：
监控模块10，包括可视化监控摄像头，设置在电缆线路上方马路边缘，获取电缆线路上方路面的监控信息；
感应模块20，包括多个智能防外损装置，按照预设距离嵌在电缆线路上方路面，其中每个智能防外损装置内均包含振动传感器、GPS北斗定位模块、传输模块：
振动传感器，通过振动传感器获取待监测电缆线路上方路面上的振动信号；
GPS北斗定位模块，获取智能防外损装置的位置信息和振动信号的时间信息；
采用GPS北斗定位模块，包含GPS定位和北斗定位双模定位终端，设置在所述智能防外损装置内，获取振动信号的时间信息以及智能防外损装置的位置信息；
所述GPS北斗定位模块能够获取每个智能防外损装置的位置信息，方便工作人员通过智能防外损装置的位置信息找到存在外破风险的地点并及时赶到现场。
传输模块，与振动传感器和GPS北斗定位模块相连，采用无线通信方式将振动信号以及时间信息和位置信息发送至电缆监控中心；
作为优选地，所述传输模块与电缆监控中心之间采用NB-IoT物联网技术进行通信，穿透力强且功耗低。
作为优选地，所述智能防外损装置内还设置有LED灯，当所述智能防外损装置接收到电缆监控中心发出的预警指令时，LED灯开始闪烁发出警示。
本实施例采用智能防外损装置进行感应，识别精度高，误报率低，应用范围也更广，灵活性更强，相比于传统的光纤传感技术，智能防外损装置可以应用在不同的施工场景，特别可对未敷设光纤的电缆沟以及隧道进行防外破监测预警，且基于模块化设计，可根据应用场景将智能防外损装置与功能需求进行模块组合，降低应用成本。
电缆监控中心30，与监控模块和传输模块通信连接，其包括：
数据分析模块301，用于将智能防外损装置获取的振动信号和振动阈值进行比较，并将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置；
数据调用模块302，用于根据目标智能防外损装置获取的时间信息和位置信息调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控模块获取的监控信息；
数据检测模块303，用于利用电缆外破行为检测模型检测所述监控视频帧图像中是否存在电缆外破行为。
作为优选地，该电缆防外破监控系统搭载有储能模块40，即太阳能电池储能系统进行使用，为保持电池稳定工作与阴雨天的续航，采用多晶硅太阳能电池为监控模块及多个智能防外损装置进行供电，其转化效率高，抗辐射和抗高温性能良好；
作为优选地，太阳能电池采用双MOS管抑制过充电、过放电以及过电流，实现高效电源管理和低功耗运行，经过测试发现，单次充放电周期为350小时，能够满足施工现场需求。
本发明提供的电缆防外破监控系统应用场景广泛，可应用于施工防外破、监控预警、故障抢修等场景，减轻了运维班组负担，工作人员无需花费大量时间和经理巡视线路，蹲守、盯防重点部位，当电缆线路发生外力破坏威胁时，只需要按照电缆监控中心指定的精确位置快速到达现场，及时制止外力破坏行为，提升了工作效率，除此之外，本系统可以大大降低电缆及通道事故发生率，切实加强属地化线路外力隐患管控力度，有效保障了用电客户的生活和生产，为电网安全运行和服务地方经济打造了良好的环境，避免不必要的电力电缆维修和更换，从而带来显著的经济效益和社会效益。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种电缆防外破监控方法，其特征在于，包括：
获取监控设备采集的电缆线路上方路面的监控信息并发送至电缆监控中心；
利用电缆线路上方路面中埋设的智能防外损装置获取电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息并发送至电缆监控中心；
比较所述振动信号和振动阈值的大小，将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置，根据目标智能防外损装置的位置信息和时间信息调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控设备获取的监控信息；
根据所述监控信息判断所述位置信息处的电缆线路是否存在电缆外破行为，若是则判定电缆线路存在外破风险。
2.根据权利要求1所述的电缆防外破监控方法，其特征在于，所述获取监控设备采集的电缆线路上方路面的监控信息并发送至电缆监控中心包括：
通过AI可视化摄像头获取电缆线路上方路面的监控画面；
采用无线传输方式将监控画面发送至电缆监控中心。
3.根据权利要求1所述的电缆防外破监控方法，其特征在于，所述利用电缆线路上方路面中埋设的智能防外损装置获取电缆线路上方路面的振动信号、时间信息，以及智能防外损装置的位置信息并发送至电缆监控中心包括：
通过智能防外损装置中的振动传感器获取电缆线路上方路面的振动信号；
通过智能防外损装置中的GPS北斗定位模块获取所述振动信号的时间信息以及智能防外损装置的位置信息；
采用无线传输方式将所述振动信号、时间信息以及位置信息发送至电缆监控中心。
4.根据权利要求1所述的电缆防外破监控方法，其特征在于，所述根据所述监控信息判断所述位置信息处的电缆线路是否存在电缆外破行为，若是则判定电缆线路存在外破风险包括：
将所述位置信息处的监控视频帧图像输入预先完成训练的电缆外破检测模型中，判断所述监控视频帧图像是否存在电缆外破行为；
若所述监控视频帧图像存在电缆外破行为，则判定所述位置信息处的电缆线路存在外破风险。
5.根据权利要求4所述的电缆防外破监控方法，其特征在于，所述电缆外破检测模型的训练过程包括：
收集不同电缆外破行为历史图像并通过标签进行标注，形成卷积神经网络的训练数据集；
将所述训练数据集输入卷积神经网络的卷积层和池化层中进行特征提取，并将提取的特征信息经过一个softmax层输出图像的类别信息，不断调整模型参数直至损失函数收敛，得到训练好的电缆外破检测模型；
其中，所述卷积神经网络包括但不限于多尺度卷积神经网络、LsNet-5网络、ResNet残差网络。
6.根据权利要求1所述的电缆防外破监控方法，其特征在于，所述判定电缆线路存在外破风险后包括：
电缆监控中心根据所述目标智能防外损装置的位置信息发送预警指令至目标智能防外损装置；
目标智能防外损装置中的LED灯开始闪烁进行警示。
7.一种电缆防外破监控系统，其特征在于，包括：
监控模块，包括AI可视化监控摄像头，设置于电缆线路上方路边，用于获取电缆线路上方路面的监控信息；
感应模块，包括多个智能防外损装置，按照预设距离嵌于电缆线路上方路面，所述智能防外损装置内包括：
振动传感器，用于获取电缆线路上方路面的振动信号；
GPS北斗定位模块，用于获取智能防外损装置的位置信息和振动信号的时间信息；
传输模块，与振动传感器和GPS北斗定位模块相连，用于采用无线通信方式将所述振动信号以及时间信息和位置信息发送至电缆监控中心；
电缆监控中心，与所述监控模块和所述传输模块通信连接，其包括：
数据分析模块，用于将智能防外损装置获取的振动信号和振动阈值进行比较，将振动信号大于振动阈值的智能防外损装置作为目标智能防外损装置；
数据调用模块，用于根据目标智能防外损装置获取的时间信息和位置信息，调取同一时间目标智能防外损装置所在位置处的监控模块获取的监控信息；
数据检测模块，用于利用电缆外破行为检测模型检测监控视频帧图像中是否存在电缆外破行为。
8.根据权利要求7所述的电缆防外破监控系统，其特征在于，所述智能防外损装置内还包括LED灯，当所述传输模块接收到电缆监控中心发出预警指令时LED灯开始闪烁。
9.根据权利要求7所述的电缆防外破监控系统，其特征在于，所述传输模块包括物联网通讯子模块，采用NB-IoT物联网技术进行通信。
10.根据权利要求7所述的电缆防外破监控系统，其特征在于，还包括多个多晶硅太阳能电池，用于为监控模块及多个智能防外损装置供电。
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