毛曉坡,孔巾嬌,鄧德慧,周學(xué)明,周光遠(yuǎn),李朝暉
(1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,湖北 武漢 430077;2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司,湖北 荊門 448000)
隨著生態(tài)環(huán)境向好,鳥類活動(dòng)范圍擴(kuò)大,輸電線路因鳥跳閘事件時(shí)有發(fā)生[1-5]。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,防鳥刺、防鳥擋板、防鳥針板等傳統(tǒng)“堵”鳥措施應(yīng)用效果有限,難以做到對(duì)導(dǎo)線上方塔材大范圍封堵,同時(shí)也暴露出對(duì)鳥類在桿塔上活動(dòng)習(xí)性認(rèn)知的局限性[6-10]。為減少鳥害引發(fā)輸電線路跳閘,以及保護(hù)鳥類資源,欲通過建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)系統(tǒng),達(dá)到以下目標(biāo)[10-15]:
1)通過視頻抓拍、錄像等方式對(duì)鳥類進(jìn)行采集,觀察鳥類在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性,掌握鳥類在桿塔上的活動(dòng)、站位等生活習(xí)性。
2)建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警中心和大數(shù)據(jù)分析中心,實(shí)時(shí)定位和監(jiān)測(cè)各輸電線路情況。
3)平臺(tái)通過前端圖片信息能自動(dòng)識(shí)別出鳥類的種類名稱,并通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)預(yù)測(cè)鳥類的周期性活動(dòng),實(shí)現(xiàn)鳥類隱患的可防可控,可通過APP和云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)查看分析。
4)可通過輸電線路不同區(qū)域的涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),繪制電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖。
從而構(gòu)建布局合理、結(jié)構(gòu)完整、功能齊全、運(yùn)行高效的電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。
電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)系統(tǒng)建設(shè)以地理信息系統(tǒng)(GIS)為智能核心,以三維實(shí)景模型創(chuàng)建虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景,以全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感(RS)、視頻、音頻、移動(dòng)傳感設(shè)備等作為前端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取源,通過建立數(shù)據(jù)分析模型和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型,將電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)保護(hù)工作中運(yùn)行、維護(hù)、管理的靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相結(jié)合,通過大數(shù)據(jù)分析和信息挖掘,最終為實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的監(jiān)測(cè)管理和智能化的輔助決策提供可靠技術(shù)支撐[16-20]。觀察候鳥在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性,為減少鳥害引發(fā)輸電線路跳閘,以及鳥類資源保護(hù)研究奠定基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)[21-25],平臺(tái)建設(shè)設(shè)計(jì)框架圖如圖1所示。
圖1 電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)框架圖Fig.1 Frame diagram of bird-related monitoring and early warning management platform for power grid
建設(shè)內(nèi)容可概括為“一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)中心、N 類應(yīng)用”建設(shè)[26-30]。
1)一個(gè)平臺(tái)
時(shí)空信息云平臺(tái)是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐平臺(tái),基于云計(jì)算實(shí)現(xiàn)面向電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件、數(shù)據(jù)等信息化資源的服務(wù)化和集約化;是云數(shù)據(jù)中心與上層應(yīng)用的結(jié)合橋梁,為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)性、公用性的功能支撐,實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的快速搭建和業(yè)務(wù)流程的統(tǒng)一管理,包括:數(shù)據(jù)整合平臺(tái)、輔助決策平臺(tái)、業(yè)務(wù)運(yùn)行支撐平臺(tái)。
2)一個(gè)中心
云數(shù)據(jù)中心基于云架構(gòu)模式,通過整合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、輸電線路數(shù)據(jù)、候鳥數(shù)據(jù)等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共通、融合,以及業(yè)務(wù)管理之間數(shù)據(jù)的快速調(diào)取和協(xié)同,為上層智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)。
3)N類應(yīng)用
圍繞“降低鳥害跳閘次數(shù)”目標(biāo),實(shí)現(xiàn)覆蓋全輸電線路涉鳥習(xí)性監(jiān)測(cè)分析,集鳥類習(xí)性監(jiān)測(cè)、鳥類習(xí)性分析、電網(wǎng)涉鳥預(yù)警、涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分析為一體的智能監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)管理服務(wù)信息化、智能化、生態(tài)化。
立足現(xiàn)有輸電線路建設(shè)情況,綜合運(yùn)用地理空間信息技術(shù),結(jié)合現(xiàn)代信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),將多源、多維、多尺度的地理空間信息資源加以整合并充分利用,形成覆蓋全輸電線路的地理空間數(shù)據(jù)集,提高基礎(chǔ)地理信息服務(wù)保障能力,實(shí)現(xiàn)輸電線路、鳥類各類信息資源目錄、數(shù)據(jù)共享、專題地圖服務(wù)、空間查詢服務(wù)、空間分析服務(wù)、地圖發(fā)布服務(wù)、地理信息綜合服務(wù)、運(yùn)維管理等功能。
根據(jù)輸電線路的部署情況,停留在輸電線路桿塔上的鳥類,以及監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn),建立輸電線路數(shù)據(jù)庫、電網(wǎng)涉鳥數(shù)據(jù)庫、預(yù)警機(jī)制數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)庫。為上層應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享、調(diào)取、交互提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
一張圖綜合管理作為電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái)建設(shè)其中重要的一環(huán),是實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)可見、資源可看、趨勢(shì)可知、危害可感”的重要方式,如圖2所示。
圖2 一張圖綜合管理Fig.2 One-picture integrated management
基于數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、“3S”技術(shù)等技術(shù)手段,整合輸電線路資源數(shù)據(jù)庫,形成“一張圖”數(shù)據(jù)體系,縱向鏈接電力局-電力搶修公司-地方電力站等單位,橫向貫通各部門科室,覆蓋輸電線路資源全范圍,疊加電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖,鳥類習(xí)性視頻監(jiān)控分布圖,實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)協(xié)同調(diào)用與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一查詢、分析、展示、應(yīng)用,為鳥類習(xí)性分析、電網(wǎng)涉鳥預(yù)警機(jī)制研究提供便捷的地圖服務(wù)。
建設(shè)視頻監(jiān)控體系,借助視頻抓拍、錄像等方式對(duì)輸電線路上鳥類進(jìn)行采集記錄,從而為觀測(cè)研究鳥類在輸電線路桿塔上的活動(dòng)習(xí)性提供數(shù)據(jù)支撐,為準(zhǔn)確全面地掌握鳥類在桿塔上的活動(dòng)、站位等生活習(xí)性提供有效途徑。
提供所有視頻監(jiān)控部署點(diǎn)基于地理信息系統(tǒng)準(zhǔn)確空間位置展示,便于實(shí)現(xiàn)在指揮中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況的查看,并可以對(duì)某部分區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤監(jiān)控。
根據(jù)前端視頻監(jiān)控監(jiān)測(cè)到的輸電線網(wǎng)上鳥類活動(dòng)習(xí)性大數(shù)據(jù),建立鳥類習(xí)性分析模型,統(tǒng)計(jì)分析出不同候鳥種類停留在輸電線路桿塔上的活動(dòng)、站位、停留周期、常停留位置、停留線路段、常停留時(shí)間點(diǎn)、驚飛距離等,實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的、科學(xué)性的鳥類隱患的可防可控,為電網(wǎng)涉鳥預(yù)警提供大數(shù)據(jù)分析機(jī)制,如圖3所示。
1)鳥類識(shí)別
通過大數(shù)據(jù)和AI技術(shù),當(dāng)前端監(jiān)控?cái)z像頭檢測(cè)到鳥類后,就會(huì)進(jìn)行自動(dòng)抓拍、自動(dòng)分析識(shí)別候鳥種類,并在線標(biāo)記鳥類種類名稱,將抓拍的圖片自動(dòng)上傳到系統(tǒng)平臺(tái),用戶可通過手機(jī)/平臺(tái)查看識(shí)別結(jié)果,如圖4所示。
2)預(yù)警機(jī)制
根據(jù)不同種類鳥類習(xí)性分析,建立不同種類電網(wǎng)涉鳥預(yù)警機(jī)制,并不斷完善各種群鳥類的防控措施,一旦前端采集到鳥類圖片,系統(tǒng)則開啟預(yù)警機(jī)制,以手機(jī)短信、系統(tǒng)平臺(tái)彈框等報(bào)警形式提示用戶,通過鳥類識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別出鳥類種類,系統(tǒng)平臺(tái)則推薦出此類候鳥預(yù)警機(jī)制,供用戶參考執(zhí)行對(duì)應(yīng)的防控措施,從而達(dá)到降低鳥害跳閘次數(shù)。
通過建立電網(wǎng)涉鳥監(jiān)測(cè)預(yù)警管理平臺(tái),可以有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分析;根據(jù)鳥類習(xí)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到候鳥活動(dòng)范圍,以及常涉及的輸電線路區(qū)域,建立涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),以不同顏色標(biāo)注繪制電網(wǎng)涉鳥故障風(fēng)險(xiǎn)分布圖;可視化提示用戶鳥害跳閘事故高發(fā)區(qū)域、時(shí)間段,提醒在鳥害事故高發(fā)區(qū)域、高發(fā)時(shí)間段提前做好防控措施,有效防止事故的發(fā)生。