输电线路山火识别方法研究

输电线路山火识别方法研究

范金强

（国网山西省电力公司检修分公司030032）

随着我国经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的质要求也越来越高，保证电网运行的安全性显得尤为重要。近年来，随着电力资源的开发，越来越多的输电线路穿过高山峻岭地带，这些地区独特的地形地貌、气候条件极易引发山火，轻则引起输电线路跳闸，重则造成烧毁铁塔严重影响电网的安全稳定运行。早期的山火检测和评估对于处理突发事件并减少损失至关重要。

1.研究意义

我国的电力线路走廊，经常需要穿越各种复杂的地理环境，频繁经过湖泊水库以及崇山峻岭等，输电线路这种覆盖范围大、分布区域广、传输距离长、地理条件复杂多变及受环境气候影响显著等特点，给线路的日常运行、维护和检修带来极大挑战。

监控输电线路山火最简单的方法是在火灾多发地区设立载人塔，然而部署监控摄像头，利用大量的监控器监测同一个地方可以更简单的解决这个问题。本文提出的方法就是侧重于输电线路山火烟雾的图像处理，使用计算机智能技术处理山火图像。进行采样、灰度化、滤波和图像增强等预处理。分析生成的烟柱图片帧序列来确定火灾发生地点，并及时把该信息反馈给相关部门，在山火萌芽的第一时间作出相应处理。

输电线路山火的识别研究能够为最短时间内制定最佳山火抢救方案提供技术支持，对提高电网山火应对能力、降低输电线路山火跳闸事故率具有一定意义，同时保证电网的安全稳定运行也是满足国民经济发展的需要。同时输电线路的山火识别研究对“西电东送、南北互供、全国联网”和特高压交、直流输电线路的建设，对开发我国西部丰富的水、火电资源具有重大的工程应用价值和社会经济价值。

2.国内外研究现状

2.1山火监测研究现状

森林火灾不但烧毁森林资源，威胁人民群众的生命和财产安全，同时对建设在林区的基础设施也造成了一定程度的破坏，如电力设施和通信设施等。森林火灾监测已引起国内外专家学者的广泛关注，并进行了长期的研究，也取得了较好的成绩。美国、加拿大和欧洲国家在这方面的研究一直处于世界领先水平，我国与他们相比还是存在一定的差距。山火监测方面，主要有常规的人工巡检、瞭望塔观测和巡逻飞机巡视，以及近二十年不断发展和兴起的基于视频的监测技术、基于无线传感器的监测技术、基于雷达的监测技术和基于卫星遥感的监测技术。

由于常规监测技术视野相对来说较为狭窄，容易受到天气、地形等自然因素的制约，还需投入大量的人力、物力，再加上监测效果不佳，正逐渐被新兴的技术所替代[1]。

目前我国森林火情视频监控中不能长时间不间断监测、建设成本高的不足，提出了一种基于视频的嵌入式森林火灾监测和报警的系统。视频监测可以实现实时监测预警，可在火灾发生的最初阶段做出迅速反应，并进行实时分析和处理，可大大缩短预警时间，有利于火灾的早期控制；视频监测图像信息丰富且直观，提高了火灾识别的可靠性。视频监测传回的数据量大，对传输网络带宽和存储数据的磁盘容量要求高；嵌入式视频监测的数据量相对来说要小一些，但需要根据当地气候变化等改动相关算法，还需进行定期维护。

由于近些年来世界各地火灾频发以及随着雷达技术的不断发展，雷达也开始走进了山火监测领域。葡萄牙科学家研制出可以探测早期森林小火的激光雷达系统，此系统可准确辨认出6.5千米范围的森林火灾。我国学者借助新一代多普勒天气雷达对发生在浙江省温州和丽水地区的6起森林火灾进行分析，发现新一代多普勒天气雷达的基本反射率、径向速度等参数对火灾烟气有明显的反映。将雷达应用于山火监测开辟了火灾监测领域的一个新天地，雷达探测对闷烧型火灾的监测效果比其它方法要好。同时也面临一些问题，雷达对森林火灾的监测主要是通过监测烟雾来达到监测火灾的目的，因此其监测效果受风的影响较大。

随着科技的发展和对火灾研究的不断深入，山火监测预警系统朝着数字化、智能化和网络化的方向发展.

2.2输电线路山火存在的问题

林业相关研究部门对森林火灾预报的研究已经达到较高的水平，但其预报模型的搭建比较困难，且大多数方法建立在经验和试验结果基础上，导致预报结果与实际存在较大的偏差，特别是预报范围较小时。准确预测输电线路山火的发生，将有利于输电线路防治山火，减少山火对输电线路安全稳定运行的威胁。从国内外的文献资料来看，专门开展电网防治山火的课题研究很少。输电线路山火监测与森林火灾监测有相通之处，也有各自的侧重点。对林火的监测需要

监测整个森林，输电线路山火监测只需监测经过林区的输电线路走廊周围的森林；森林火灾监测与防治更加注重大范围的山火，而输电线路运行很容易受局部山火不断扩大趋势的影响。从输电线路运行的角度考虑，离输电线路距离较远不会对线路运行造成影响的山火，不需要开展预警，而从森林火灾的角度来看，只要发生火灾，就必须预警并采取措施进行扑灭[20]。

为了对森林火灾是如何影响输电线路运行的有一个初步、大体的认识，需要进行事故现场调研，收集现场的气象数据，记录故障发生地以及故障点的植被和线路情况，从而有利于研究山火引起输电线路跳闸的机理，进一步将促进输电线路防治山火措施的研究。目前输电线路防治山火的措施主要是管理措施，湖南省电力公司调度通信中心通过转移负荷、停运即将受山火影响的线路成功地处理一件输电线路山火事故，南非Eskom电力公司也有过相似的做法，但他们没有进行深入研究并把其形成系统的理论[2]。

森林火灾发生后，火被扑灭即宣告救火工作结束，而输电线路附近山火即使扑灭了，要恢复线路供电，还有诸多后续抢修工作要做，如清洗绝缘子，更换部分烧损严重的线路等，要高效、迅速地完成这些抢修工作才能实现快速恢复供电。

2.3输电线路山火防治措施概况

目前国内外电力公司在防治输电线路山火方面大多是管理方面的措施，在其它方面也有学者对此进行了一定的研究。南非电力公司Eskom和某研究所联合研制了一个高级火险信息系统（AFIS），该系统能够帮助电力输电线路管理部门尽可能早的发现输电线路附近的山火情况，通过停运可能受影响的输电线路或者在山火影响线路之前扑灭山火来减少输电线路跳闸事故，但该系统对山火自动识别的准确率只有60%，准确性有待提高。

险评估使电力系统在自然灾害或者重大事件时仍具有较高的稳定性，同时指出在重大事件面前，微电网技术能提高电力供应水平，合理利用当地分布式发电资源能提高电力系统在自然灾害面前的供电可靠性。

国内电力工作者早已意识到山火引起输电线路跳闸的危害，对输电线路山火跳闸事故也进行了一定的记载，但是现场第一手资料收集不够具体，比如山火发生时当地的气象因素（气温、湿度和风速等）没有得到很好的记录。他们提出了一些防治措施：

（1）加强相关法律和安全用火的宣传，提高输电线路沿线居民的法律意识和森林防火意识；

（2）在山火高发期，如：清明节和春耕时期，加大巡线力度以及在火源多（墓地等）的地方派人蹲点把守；

（3）与当地林业部门合作，砍伐和清理线路通道上的可燃物，并且保持互通火灾信息等；同时提出了建立山火预警系统和输电线路防山火应急预案的建议。

参考文献：

[1]程鑫，尹东良图像型火灾火焰探测原理［J］．火灾科学，2005，14（4）：239-243.

[2]金华彪，夏雨人，张振伟数字图像处理在火灾探测技术领域的应用［D］．微型电脑应用，2006，19（5）：25-27.

[3]武林，彭复原，赵坤基于运动特征分析的森林火灾烟火实时检测方法[J]信号处理，2006，22（2）：260-263.

[4]谢志冰，费敏锐基于图像的自动定位灭火系统的开发［R].北京自动化仪表，2007，28（7）：67-69.