CN115297304A - 一种输电线路的视觉监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路的视觉监测系统及方法，属于输电线路监测技术领域，包括前端采集系统、电源管理模块、主控及AI计算模块、警示模块、通信系统、太阳能模块、后台监控中心。本发明采用嵌入式芯片解决方案和集成式设计技术，研制长寿命、低功耗、小型化、高可靠的视觉监测系统，实现降低监拍装置重量和体积，并采用图像处理技术在视觉监测系统中对通道隐患进行快速检测，为实现全天候、全时段、全方位的输电线路远程可视化智能监测提供了前端平台，推动输电线路在线监测技术的创新发展；内嵌AI人工智能处理器，针对输电线路通道隐患、设备缺陷进行前端识别，实现输电图像智能检测领域的边缘计算。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域，具体涉及一种输电线路的视觉监测系统及方法。
背景技术
由于施工、极端天气等原因导致的意外停电事故不仅会严重影响人们的生活，还会造成巨大的经济损失。线路运行是否安全一直是电网可靠性的一项重要指标。因此，需要定期对输电线路的运行状态进行监测。
以前的人工巡视方式是人员密集型工作，人工巡视虽能发现设备隐患，但由于本身的局限性，缺乏对特殊环境和气候的检测，不能及时掌握线路状态，容易由于监测不到位而发生线路事故。传统对输电线路的人工巡视方式已经暴露出许多的缺陷和不足，包括巡线记录等技术资料不齐全、没有科学的巡视制度、巡视引导路线描绘不规范、路线引导方向不明确、巡检工具的落后以及不正确使用等。同时由于大雾、雷雨、浮冰等自然情况对输电线路正常巡视的妨碍，增大了缺陷发现率和判断准确率的难度，漏检、错检、没按规定时间巡视等情况时有发生。
为了改善上述输电线路中长期存在的问题，构建智能运检体系是破解线路运检发展难题的必由之路。现有的视频监控装置存在供电系统不可靠、前端装置笨重、成本高、安装维护麻烦、智能化程度低等问题。因此，提出一种输电线路的视觉监测系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有视频监控装置存在供电系统不可靠、前端装置笨重、成本高、安装维护麻烦、智能化程度低等问题，提供了一种输电线路的视觉监测系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括前端采集系统、电源管理模块、主控及AI计算模块、警示模块、通信系统、太阳能模块、后台监控中心；
所述前端采集系统，用于对输电线路走廊监控区域进行实时状态数据采集；
所述电源管理模块，用于存储电能并进行供电；
所述主控及AI计算模块，用于对前端采集系统和警示模块进行控制，并利用神经网络单元对图像数据及设备运行状态数据进行分析计算，判断输电线路走廊监控区域内设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息；
所述警示模块，用于根据告警信息进行报警；
所述通信系统，用于完成控制信息、图像数据、告警信息的传输工作；
所述太阳能模块，用于将太阳能转化为电能；
所述后台监控中心，用于通过通信系统接收告警信息，并将告警信息推送至管理人员所持的移动终端上，并将控制信息发送至主控及AI计算模块中。
更进一步地，所述前端采集系统包括在线传感器、视频/图像采集模块，所述视频/图像采集模块用于通过摄像头对输电线路走廊监控区域进行拍摄，所述在线传感器用于对输电线路走廊监控区域设备的运行状态数据进行检测，并将运行状态数据通过RS485/232接口传输至主控及AI计算模块。
更进一步地，所述主控及AI计算模块包括主控模块和AI计算模块；所述AI计算模块包括信号处理单元、视频解码单元、AI计算单元、主控模块；所述信号处理单元用于图像数据进行实时存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理；所述视频解码单元用于对经过图像处理软件处理后的图像数据进行解码，获取解码后的图像数据；所述AI计算单元用于通过神经网络单元对解码后的图像数据进行分析计算，同时对设备运行状态数据进行计算，判断设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息；所述主控模块用于接收后台监控中心的控制信息，对前端采集系统中的在线传感器和视频/图像采集模块以及警示模块进行控制。
更进一步地，所述警示模块包括警示牌单元、声光报警器单元、远程喊话扩音器单元，所述警示牌单元用于根据告警信息通过现场警示牌进行报警，所述声光报警器单元用于根据告警信息通过现场警灯持续闪烁进行报警，所述远程喊话扩音器单元用于根据告警信息通过现场喊话扩音器进行报警。
更进一步地，所述电源管理模块包括电源控制单元与蓄电池单元，所述蓄电池单元用于存储太阳能模块产生的电能，所述电源控制单元用于为主控及AI计算模块、通信系统供电。
更进一步地，所述控制信息由后台监控中心发送。
本发明还提供了一种输电线路的视觉监测方法，采用上述的视觉监测系统进行输电线路监测工作，包括以下步骤：
S1：通过在线传感器、视频/图像采集模块获取输电线路走廊监控区域设备的运行状态数据与输电线路走廊监控区域图像数据，利用AI计算单元通过神经网络单元对解码后的图像数据进行分析计算，同时对设备运行状态数据进行计算，判断设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息，并经告警信息传至后台监控中心；
S2：联动远程喊话扩音器进行喊话报警，同时将现场图像数据远程传输到后台监控中心，后台监控中心工作人员通过后台与就近运维人员发送告警信息内容，进行及时的排查和消除；
S3：将告警信息推送至相关专项管理人员的手机上，促使其立即到达现场。
更进一步地，在所述步骤S2中，若设备出现异常或者风险，则触发现场警灯持续闪烁报警，即采用声光报警器单元进行报警。
本发明相比现有技术具有以下优点：该输电线路的视觉监测系统，采用嵌入式芯片解决方案和集成式设计技术，研制长寿命、低功耗、小型化、高可靠的视觉监测系统，实现降低监拍装置重量和体积，并采用图像处理技术在视觉监测系统中对通道隐患进行快速检测，为实现全天候、全时段、全方位的输电线路远程可视化智能监测提供了前端平台，推动输电线路在线监测技术的创新发展；内嵌AI人工智能处理器，针对输电线路通道隐患、设备缺陷进行前端识别，实现输电图像智能检测领域的边缘计算。
附图说明
图1是本发明实施例中输电线路的视觉监测系统的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中输电线路的视觉监测系统硬件架构设计示意图；
图3是本发明实施例中输电线路的视觉监测系统软件系统架构示意图；
图4是本发明实施例中电源管理模块的供电框图；
图5是本发明实施例中AI计算模块及外围电路的设计示意图；
图6是本发明实施例中设备供电控制示意图；
图7是本发明实施例中算法模型及模块固件升级示意图；
图8是本发明实施例中目标测距功能示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种输电线路的视觉监测系统，包括前端采集系统、电源管理模块、主控和AI计算模块、警示模块、通信系统、后台监控中心、太阳能模块（太阳能板）；采用小型一体化设计，将前端采集系统、电源管理模块、主控和AI计算模块、通信系统等集成为一个整体，实现视觉监测系统的小型化，便于安装维护。
在本实施例中，所述前端采集系统，用于通过在线传感器和视频/图像采集模块对输电线路走廊监控区域进行实时状态数据采集；
具体地，所述在线传感器为温度传感器。
具体的，所述视频/图像采集模块包括摄像头与图像传感器，所述摄像头用于对输电线路走廊监控区域进行实时拍摄，图像传感器用于对实时拍摄的光学数据进行成像，得到图像数据；
在本实施例中，所述主控和AI计算模块包括主控模块和AI计算模块；所述AI计算模块包括信号处理单元、视频解码单元、AI计算单元、主控模块；所述信号处理单元用于图像数据进行实时存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理；所述视频解码单元用于对经过图像处理软件处理后的图像数据进行解码，获取解码后的图像数据；所述AI计算单元用于通过神经网络单元对解码后的图像数据进行分析计算，同时对设备运行状态数据进行计算，判断设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息；所述主控模块用于接收后台监控中心的控制信息，对前端采集系统中的在线传感器和视频/图像采集模块以及警示模块进行控制。
在本实施例中，所述警示模块包括警示牌单元、声光报警器单元、远程喊话扩音器单元，所述警示牌单元用于根据告警信息通过现场警示牌进行报警，所述声光报警器单元用于根据告警信息通过现场警灯持续闪烁进行报警，所述远程喊话扩音器单元用于根据告警信息通过现场喊话扩音器进行报警。
在本实施例中，所述电源管理模块包括电源控制单元与蓄电池单元，所述蓄电池单元用于存储太阳能模块产生的电能，所述电源控制单元用于为主控和AI计算模块、通信系统供电。
在本实施例中，所述通信系统，用于完成控制信息、图像数据、告警信息的通信工作，其中，控制信息由后台监控中心发送，通过网络接口与后台监控中心实现通信。
在本实施例中，所述后台监控中心，用于通过通信系统接收告警信息，并将告警信息推送至管理人员所持的移动终端上，并将控制信息通过通信系统发送至主控模块。
在本实施例中，视觉监测系统的小型化主要从以下几个方面考虑：
1）、利用图像、温度传感技术，通过声光、语音控制，实现输电线路运行状态数据的实时采集和风险预警；
进行实时采集和风险预警的具体过程如下：
第一步：目标检测，通过在线传感器（温度传感器）、图像等技术手段对进入到输电线路走廊监控区域的设备风险实时采集，实时进行图像抓拍分析计算，一旦设备异常或者风险，触发现场警灯持续闪烁报警（也可以通过警示牌进行报警）；并经告警信息传至后台监控中心。
第二步：系统联动，联动远程喊话系统（远程喊话扩音器）进行喊话报警，同时将现场图像通过自动化智能预警分析功能远程传输到后台监控中心，后台监控中心工作人员通过后台与就近运维人员发送告警信息内容，进行及时的排查和消除。
第三步：将告警信息推送至相关专项管理人员的手机（移动终端）上，可使其立即到达现场，缩短事故处理周期，双重保障降低事故的发生。
2）、利用休眠及空中唤醒技术，实现对输电线路接触线夹、引流板及导线的测温，产品微型化、长寿命、低成本、可带电安装。
具体地，在本实施例中，所述AI计算单元计算各模块耗电功耗依以及当前蓄电池的电量，指令电源控制单元对各模组进行休眠和唤醒。
3）、利用自定义传感信息交互规约，采用多种无线接入技术，实现本视觉监测系统的逻辑复用，接入各种线路运行状态传感器，开放性高、兼容性好，支持功能板、控制板、接口扩展板；控制板连接功能板，功能板上安装有接口扩展板，具备使用方便、集成度高、系统兼容性好等优点。
4）、实现多通道图像扩展，有效提高视觉监测系统的安装和利用效率，每通道摄像头（镜头）均支持日光及星光条件下拍摄，具备多视角全时段监控功能。
下面对本系统的硬件架构设计进行说明。
硬件架构方面，嵌入式硬件架构采用通用处理器加AI处理器的异构架构模式。视觉监测系统仅仅依靠通用处理器（CPU）提供的算力很难能够完成复杂的算法运行，其核心数据处理模块必须采用异构计算的架构，给通用处理器提供一个强大的AI处理器才能使边缘计算节点实现本地自治能力。
基于异构计算的硬件架构设计如图2所示，由SoC、安卓主控板、STM32芯片、电源模块、存储系统、通信串口及通讯模组组成。
3）、软件系统架构设计
如图3所示，软件系统架构主要包括图像采集模块（前端采集系统中视频/图像采集模块）、通信模块（通信系统）、图像处理模块（信号处理单元）等几个部分，其中图像采集模块和图像处理模块是重要的两个模块。整机系统方案包括有视频处理模块设计、电源管理模块设计以及传感器模块设计等几个部分；
具体地，图像采集模块，相当于普通意义上的CCD/CMOS相机和图像采集卡；它将光学图像转换为模拟/数字图像，并输出至图像处理模块；图像处理模块类似于图像采集、处理卡，它可对图像采集单元的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理；通信模块主要完成控制信息、图像数据以及神经网络单元输出的告警信息等的通信任务。电源模块（电源管理模块），是对整个设备组件模块的供电进行控制管理；传感器模块（在线传感器）通过RS485/232等通信协议接入系统，电源管理模块、主控模块进行供电和控制。
下面对电源管理模块的设计的进行详细说明：
电源管理模块是任何电子系统中最基本的模块，也是最重要的模块。对于电子系统的电源模块，要能对输入电源的波动能够有一定的容限，而且输出端能够提供稳定的电源电压以及足够的工作电流，以保证芯片都能正常工作。常用的芯片的供电电压为 3.3V，1.8V，部分器件的核心电压为1.2V，此外，部分器件如电平转换芯片等，可能还需要 5V 的电压。因此需要合理的设计电源系统，保证每一等级的电压都能够稳定输出。根据芯片的供电要求，电源系统的供电框图如图4所示。
下面对核心处理器（AI计算模块）的外围电路设计进行说明
AI图像分析需要有超高的运算性能，同时对功耗又非常敏感。采用嵌入式人工智能芯片AR9201作为核心处理器，酷芯微的嵌入式人工智能处理器针对嵌入式人工智能、特别是在嵌入式视觉处理，提供高性能、高功耗比、高集成度、高扩展性的芯片解决方案。核心处理器采用多种、多核处理器结合的异构处理器架构，集成了高性能ISP、视频编解码、高性能无线数据基带和多种高速接口。外围电路设计包括复位电路、内存电路、存储电路、以太网通信电路等，核心处理器及外围电路设计如图5所示。
下面对本视觉监测系统的实体结构设计进行说明：
主要包括镜头玻璃、前盖、图像传感器组件、雨罩、后壳及硬件电路。图传感器组件用于采集图像数据，数据处理及控制核心电路板安装在主板支架上，雨罩与后壳使用卡扣连接，便于安装和检修。摄像机外壳材料采用轻型铝合金，质量轻、硬度高。
在本实施例中，本视觉监测系统采用主控模块与套片方案的核心模组技术：对设备供电统一智能化电量管理，实现休眠、唤醒、关机、启动等实现超低功耗。正常工作功耗低至3W，支持智能电源管理；支持配置低功耗模式，支持多种形式从低功耗状态唤醒；休眠模式下,按30分钟唤醒一次计算可支持20个连续阴雨天气，具体设备供电控制示意图如图6所示。
在本实施例中，采用AI处理器进行AI智能分析，基于分级编码、记忆联想等机制，应用图像增强和去噪、去雾、稳定、增强技术，结合图像语义理解和分析技术，实现对施工车辆、异物入侵、导线断股等巡检缺陷图像信息感知识别。AI计算模块集成深度学习、计算、调度等领域技术架构，实现图像数据的统一的输入、输出和算法的协同工作。算法模型经过裁剪、移植、量化、加速等优化，实现高精度识别。统一输出缺陷告警数据，进行统一的分类存储。
在本实施例中，AI处理器中的人工智能算法模型支持远程算法模型及模块固件升级：内置智能分析算法以及识别模型库，可以在设备端实现图像的智能分析和缺陷识别，并生成告警信息。设备支持算法和模型库的远程在线升级，随着算法的优化升级和模型的不断完善，使得设备的分析能力逐步提高。（如图7所示，为算法模型及模块固件升级示意图）
在本实施例中，本视觉监测系统自带AI图像分析算法，隐患图片自动识别上传，减少云端后台监控中心图像识别的压力，两级筛选端侧的实时计算分析，无风险信息不回传，有告警信息传至云端监控中心，经云端监控中心人工复核，标注处理，为后期图像识别的准确度进行有效提升。
在本实施例中，本视觉监测系统支持外接传感器（如微气象、塔杆倾斜、风偏等传感）多方位监测，即通过RS485/RS232、以太网、4G无线网的通信协议接入接入，实时采集传感数据，综合研判分析，对输电线路进行多方位立体监测。
在本实施例中，本视觉监测系统内置AI计算芯片，模型固化层将训练压缩后的深度学习模型采用数据流处理固化为硬件模块，于底层硬件系统运行；应用顶层根据不同目标调整深度学习网络架构，将人工智能算法进行裁剪、压缩、移植至嵌入式系统，前端相机实时拍照并进行检测，将异常结果回传到后端，减少大量无用数据的传输。
在本实施例中，本视觉监测系统支持目标测距功能：通过定焦相机，提取图像中目标物的特征点，根据图像间匹配，结合相机透视投影算法模型计算目标点距摄像机的距离，实现目标物的测距，如图8所示。
综上所述，上述实施例的输电线路的视觉监测系统，采用嵌入式芯片解决方案和集成式设计技术，研制长寿命、低功耗、小型化、高可靠的视觉监测系统，实现降低监拍装置重量和体积，并采用图像处理技术在视觉监测系统中对通道隐患进行快速检测，为实现全天候、全时段、全方位的输电线路远程可视化智能监测提供了前端平台，推动输电线路在线监测技术的创新发展；内嵌AI人工智能处理器，针对输电线路通道隐患、设备缺陷进行前端识别，实现输电图像智能检测领域的边缘计算，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于，包括前端采集系统、电源管理模块、主控及AI计算模块、警示模块、通信系统、太阳能模块、后台监控中心；
所述前端采集系统，用于对输电线路走廊监控区域进行实时状态数据采集；
所述电源管理模块，用于存储电能并进行供电；
所述主控及AI计算模块，用于对前端采集系统和警示模块进行控制，并利用神经网络单元对图像数据及设备运行状态数据进行分析计算，判断输电线路走廊监控区域内设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息；
所述警示模块，用于根据告警信息进行报警；
所述通信系统，用于完成控制信息、图像数据、告警信息的传输工作；
所述太阳能模块，用于将太阳能转化为电能；
所述后台监控中心，用于通过通信系统接收告警信息，并将告警信息推送至管理人员所持的移动终端上，并将控制信息发送至主控及AI计算模块中。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于：所述前端采集系统包括在线传感器、视频/图像采集模块，所述视频/图像采集模块用于通过摄像头对输电线路走廊监控区域进行拍摄，所述在线传感器用于对输电线路走廊监控区域设备的运行状态数据进行检测，并将运行状态数据通过RS485/232接口传输至主控及AI计算模块。
3.根据权利要求2所述的一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于：所述主控及AI计算模块包括主控模块和AI计算模块；所述AI计算模块包括信号处理单元、视频解码单元、AI计算单元、主控模块；所述信号处理单元用于图像数据进行实时存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理；所述视频解码单元用于对经过图像处理软件处理后的图像数据进行解码，获取解码后的图像数据；所述AI计算单元用于通过神经网络单元对解码后的图像数据进行分析计算，同时对设备运行状态数据进行计算，判断设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息；所述主控模块用于接收后台监控中心的控制信息，对前端采集系统中的在线传感器和视频/图像采集模块以及警示模块进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于：所述警示模块包括警示牌单元、声光报警器单元、远程喊话扩音器单元，所述警示牌单元用于根据告警信息通过现场警示牌进行报警，所述声光报警器单元用于根据告警信息通过现场警灯持续闪烁进行报警，所述远程喊话扩音器单元用于根据告警信息通过现场喊话扩音器进行报警。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于：所述电源管理模块包括电源控制单元与蓄电池单元，所述蓄电池单元用于存储太阳能模块产生的电能，所述电源控制单元用于为主控及AI计算模块、通信系统供电。
6.根据权利要求5所述的一种输电线路的视觉监测系统，其特征在于：所述控制信息由后台监控中心发送。
7.一种输电线路的视觉监测方法，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述的视觉监测系统进行输电线路监测工作，包括以下步骤：
S1：通过在线传感器、视频/图像采集模块获取输电线路走廊监控区域设备的运行状态数据与输电线路走廊监控区域图像数据，利用AI计算单元通过神经网络单元对解码后的图像数据进行分析计算，同时对设备运行状态数据进行计算，判断设备是否出现异常或者风险，若出现异常或者风险则产生告警信息，并经告警信息传至后台监控中心；
S2：联动远程喊话扩音器进行喊话报警，同时将现场图像数据远程传输到后台监控中心，后台监控中心工作人员通过后台与就近运维人员发送告警信息内容，进行及时的排查和消除；
S3：将告警信息推送至相关专项管理人员的手机上。
8.根据权利要求7所述的一种输电线路的视觉监测方法，其特征在于：在所述步骤S1中，若设备出现异常或者风险，则触发现场警灯持续闪烁报警，即采用声光报警器单元进行报警。
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