輸電線路的安全穩定運行是關乎國計民生的重要保障，但是一直以來輸電線路也受到人為破壞、氣候和地質變化的影響，以及違章建筑、超高生長的植物、飛禽蟲蛇等動物干擾，這些都是電網穩定運行的安全隱患，不利于實現我國建設堅強智能電網的目標。

輸電線路特性“無線”是最佳方案

我國地理環境多樣，輸電線路具有點多面廣、**野外、地勢較高，山區地形復雜等情況(見圖1)。電力部門對輸電線路的管理和維護的工作量大，難度高，所面臨主要問題復雜。下面將圍繞架空輸電線路設施及周邊情況進行分析。

電力架空線路的相關設施

架空電力線路：桿塔、基礎、拉線、接地裝置、導線、避雷線、金具、絕緣子、爬梯和腳釘，標志牌及附屬設施;

電力線路上的變壓器、電容器、斷路器、刀閘、避雷器、互感器及附屬設施。

需要的監控范圍

沿線環境：在線路保護區內有建筑、爆破、機耕、鉆探、地下采掘等施工活動、有易燃易爆設施、有超高生長的植物;有超高的機械;

桿塔基礎：基礎周圍土壤有突起、沉陷或水沖刷，或有取土現象;基礎有裂紋、損壞、下沉、上拔、積水或掩埋;基礎保護帽風化破碎、裂紋;擋土墻、護坡有隱患;

接地裝置：接地引下線與桿塔連接不牢固;接地引下線斷線、銹蝕;接地網外露、損壞、銹蝕;

桿塔本體：傾斜、橫擔彎曲變形;銹蝕、裂紋、部件缺損、銹蝕或連接松動;桿塔上有鳥巢、蛇類、蔓藤類植物纏繞;

絕緣子、金具及導地線附件：絕緣子有嚴重污穢;絕緣子有裂紋、破損或銹蝕;合成絕緣子電蝕或閃絡痕跡;玻璃絕緣子有自爆或閃絡痕跡;金具銹蝕、變形、磨損或有裂紋;銷子缺損或脫出;防振錘、間隔棒、均壓環、阻尼線銹蝕或異常;連接管、預絞絲異常;

線路和接地線：缺損、銹蝕、斷股、燒傷;弛度不平衡，有過緊或過松現象;線路振動、舞動、互纏;懸掛有異物;耐張引流線夾過熱變色、變形、螺絲松動、燒傷;ADSS及外掛線路異常;

附件及其它設施：避雷器及其裝置缺損;故障定位等檢測裝置缺損;線路、相序、回路、桿塔標志缺損或模糊不清;警告及防護標志缺損或模糊不清;塔頂示高燈及其裝置缺損或失效等等。

實現網絡監控需要解決的問題

從上述分析可以看出輸電部門對架空輸電線路的安全需求是非常清晰的。根據我國目前這方面建設的實際情況，針對它的安全監控系統必須要解決以下幾個問題。

視頻及環境數據的網絡傳輸問題;

現場實時視頻數據采集和環境數據的采集問題;

線路監控系統設備自給供電問題;

滿足全天候野外工環境的適應問題;

監控管理系統平臺軟件研發問題。

“3G/4G+Mesh”傳輸，太陽能供電

針對輸電部門的需求，在利用已有傳輸網絡的基礎上，集成先進的圖像處理技術、低功耗電源控制技術、3G/4G通信技術和Mesh無線局域網技術、太陽能應用技術、數據采集處理技術構建安全監控網絡。使用公網無線(3G/4G)和Mesh無線局域網數據傳輸通道，傳輸環境數據、報警數據和視頻數據，實現對架空輸電線路的線路、桿塔、塔基周邊情況進行在線實時監測。利用太陽能、風能和儲能電池的相互配合完成全天候不間斷供電，達到實時監控的效果，可極大的提高對架空輸電線路的安全監護水平。

報警與監控相結合

1、通信傳輸子系統

公網通信傳輸模式：采用3G/4G自動切換模式。優先選用帶寬更大的3G以獲得更好的視頻圖像質量，如果在3G沒有覆蓋的地區，則通信傳輸子系統會自動切換為采用CDMA的通信方式。通信傳輸子系統采用了一系列先進的無線通信技術(動態異頻組網技術、智能功率控制技術、高級動態路由調整技術、無縫軟切換技術、視頻優化技術、雙信道智能結合技術、多級視頻壓縮緩沖技術、智能圖像模糊處理技術等)，從而確保了視頻圖像在傳輸過程中平滑、清晰、流暢，在3G網絡環境下，最高可支持704×576像素下25幀/S的視頻數據流。

無線Mesh局域網傳輸模式：無線Mesh網絡，是一種無線多跳網狀拓撲網絡，具有自組織、自管理、自愈能力，安全性好、穩定性高、覆蓋范圍大，帶寬大，零資費，組網靈活方便等優點，是輸電線路無線信息高速公路的最佳傳輸方式。

2、防誤報式微波入侵報警子系統

采用了先進的微波報警器，微波的波長很短，在1mm～1000mm之間，因此很容易被物體反射。微波信號遇到移動物體反射后會產生多普勒效應，即經反射后的微波信號與發射波信號的頻率會產生微小的偏移，此時可認為報警產生，而傳統的紅外報警主要利用紅外熱效應和光電效應來探測，易受溫度、光線等環境因素影響而產生誤報，微波報警則不會受這些因素的影響。微波由于波長較短，穿透力強，玻璃、木板、磚墻等非金屬材料都可穿透，所以不會有探測盲區。

3、前端采集子系統

紅外高速球機+智能控制服務器：智能控制服務器為定制的低功耗(4-6W)的視頻編碼設備，主要實現對視頻模擬信號進行H.264編碼壓縮，然后通過無線網絡將視頻數據進行傳輸。攝像機采用定制的低功耗(白天功耗≤5W)紅外高速球機，紅外高速球機為內置自帶變焦鏡頭的高性能數字信號處理(DSP)攝像機，它是集萬向變速云臺、數字譯碼器和紅外燈于一體的高科技日夜監控產品。可任意迅速定位及連續追蹤掃描，實現了真正意義上的全方位、無盲點、全天候監視;可以自動適應環境明暗和上標遠近的變化;它采用全數碼控制，設計精巧，最大限度地減少了系統部件之間的可靠性又方便安裝和維護。

專用網絡紅外高速球機：主要實現H.264視頻編碼壓縮并通過無線網絡進行視頻數據傳輸;電源輸入DC12V，低功耗(白天功耗≤15W)，性能上能夠滿足全天候野外監視，球機的拍攝距離為白天250-500米，夜間50米，并且支持28倍變焦，可以進行遠近調節。同時該球機還帶有恒溫功能，工作溫度-20~70℃。

4、前端供電子系統：太陽能供電單元+遠程電源智能控制器

前端供電子系統采用單晶體太陽能電池板，該電池板光電轉換效率達到20%。且充電特性曲線平滑，從而有效延長了供電子系統的使用壽命。

遠程電源智能控制器主要完成前端電源系統的監控和管理，包括遠程控制電源系統的工作狀態、告警分析和聯動控制等功能(如圖2示)。

5、后臺管理子系統

后臺管理子系統的主要模塊包括視頻管理服務器、存儲服務、移動視頻網關服務、站點注冊服務、短信貓服務、軟件狗、遠程智能電源管理服務以及遠程監控子系統。

系統功能

電力線路及桿塔視頻監控系統基本功能如下：

監視距離：白天可視距離為500米以內，夜間50米以內電力輸電線路運行狀況(效果如圖3示);

監視內容：能實時監控電力輸電線路及桿塔狀態，能清楚的看到絕緣子的狀況，當塔下有人作業或是有人爬塔時能看到人臉;

電話啟動：手機或值班座機響鈴(免資費)遠程控制監控系統，監控輸電線路狀況，啟動回傳視頻和錄像，可設置時間自動關閉前端錄像;

短信啟動：可通過手機短信方式來控制監控系統，監控輸電狀況，啟動回傳視頻和錄像，可設置時間自動啟動和關閉系統;

定時啟動：預先設置某個時間段自動啟動桿塔視頻監控系統，在規定的時間段完成工作后自動關閉前端視頻監視;

攝像機預置位：可預先設置針對桿塔不同角度的拍攝位置，便于多角度遠程監視桿塔周邊情況。當紅外報警發生后，自動鎖定監控目標位置，拍攝回傳視頻錄像;

拍照功能：人為破壞或異常情況發生時，可啟動拍照功能，抓拍圖像，通過無線網絡實時傳輸到后臺管理系統或者移動終端;

微波報警：采用智能控制器自動分析報警行為，可以避免小動物及鳥類經過監視點發生的頻繁報警誤報;

聯動報警：報警探頭探測到有人為破壞電力設施行為或異常情況發生時，前端采集單元自動錄像，把所監控到的圖像傳到后臺監控中心觸發報警，并自動發送短信通知相關人員;

遠程喊話預警：當人為破壞發生時，值班人員可同時遠程喊話進行威懾，防止破壞的發生;

權限設置：對用戶設置不同的控制訪問權限，利用手機和后臺管理系統修改系統參數，提高系統運行的安全性;

錄像存儲回放：在運行過程中會自動錄像并保存，便于查看及分析數據;

電子地圖管理：在地圖上可以標記出野外鐵塔監視點的位置信息，并能在地圖上直接查看視點現場情況;

多方式遠程監控：電力綜合視訊平臺、智能手機、遠程WEB以及客戶端實時監控。

不同網絡制式適合不同環境

1、3G/4G無線網絡

適用于被監控對象在物理位置上不規則布局，監控點零星分布;

傳輸采用運營商的3G網絡，所有的電力桿塔的監控視頻通過3G網絡在監控中心視頻管理服務器進行匯集;3G資費需要參考當地運營商的標準;

每個桿塔監控點的都需要配置3G通信模塊;

監控中心視頻管理服務器負責所有桿塔監控點的設備管理、視頻調度、告警管理、錄像管理以及設備控制。系統中的所有數據流均需要經過視頻管理服務器進行鑒權和轉發;

監控中心視頻管理服務器必須分配廣域網的IP地址，并實現廣域網IP地址到內網IP地址的映射;系統安全性存在一定隱患;

系統支持以Web頁面的方式提供給遠程Web用戶訪問;

電力桿塔視頻可以無縫接入電力綜合視訊視頻平臺，方便用戶統一管理。

2、Mesh無線網絡

適用于被監控點沿線規則布局，如某架空輸電線路;或者被監控點集中在方圓5公里內;

Mesh無線局域網絡中相鄰兩個節點最大視距范圍為10-15公里，如果某個節點出現故障，系統將自動尋找相鄰節點，完成網絡自動恢復，同時系統會產生節點網絡中斷告警;

Mesh無線局域網絡中的每個節點具有半徑200米左右的信號覆蓋區域，可以實現巡檢作業等功能應用;

傳輸采用自行組建的Mesh無線局域網絡，無需資費;每個監控點視頻都通過Mesh網絡匯聚到所屬變電站，變電站通過電力綜合數據網將監控視頻數據傳輸到監控中心的視頻管理服務器;

所屬變電站需要配置Mesh中繼模塊，實現無線網絡到有線網絡的自動切換;

無線局域網絡中的桿塔監控點到所屬變電站的數據帶寬為10Mbps-20Mbps;

監控中心視頻管理服務器負責所有桿塔監控點的設備管理、視頻調度、告警管理、錄像管理以及設備控制。系統中的所有數據流均需要經過視頻管理服務器進行鑒權和轉發;

監控中心視頻管理服務器屬于內網服務器，只需分配內網的IP地址就能實現數據訪問，安全性高;

系統支持以Web頁面的方式提供給遠程Web用戶訪問;

電力桿塔視頻可以無縫接入電力綜合視訊視頻平臺，方便用戶統一管理。