一种输电线区域施工车辆入侵监测预警系统的制作方法

本发明涉及输电线外力破坏监测，特别是一种输电线区域施工车辆入侵监测预警系统。

背景技术：

1、根据输电线外力破坏事故原因分析，由施工车辆野蛮施工已经成为威胁输电线安全稳定运行的重要隐患。其中最常见的破坏行为有三点：第一，挖掘机和装载机非法挖掘土地导致塔架的地基被破坏从而倒塌；第二，吊车的吊臂没有远离输电线路从而触碰电线造成线路损毁；第三，装载卡车这类大型工程车辆失误撞击塔架导致塔架损毁。

2、传统应对输电线外力破坏的方法是采用人工定期巡检和视频人工审查的方式。人工巡检的工作方式很容易受地形复杂、环境复杂、气候复杂等客观因素限制，且难以及时处理突发事件。通过在塔杆上或者是周边高处安装摄像头对输电线路进行监管的方式起初受到普遍欢迎，但是摄像头数目随着电网规模的扩大而增多其缺点也在逐渐显现，监控人员需要对监控屏幕进行人工审查从而发现隐患的存在，但是一个监控中心可能同时存在几十个监控画面，单纯的依靠人眼判断是否存在隐患已经成为一个十分困难的任务。

3、随着深度学习和计算机视觉的快速发展，在输电线外破检测领域，基于深度学习的图像检测方法已成为当前检测输电线外破的主要手段。但是仍然存在以下问题：1)当前，输电线外破图像检测算法常使用yolov3、yolov5、faster rcnn，针对复杂背景、小目标检测存在精度低的问题；2)使用可见光图像做单一模态检测，但是，可见光图像容易受阴雨、大雾等光线变化影响导致检测效果不好，鲁棒性差；3)对检测出的结果直接预警/报警，没有考虑入侵工程车辆与输电线的位置关系，没有充分评估入侵工程车辆对输电线危害大小，造成大量无效预警/报警。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种输电线区域施工车辆入侵监测预警系统。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、一种输电线区域施工车辆入侵监测预警系统，包括若干个远端节点、一台服务器和若干个终端设备；其中：

4、所述远端节点通过4g/无线网络与服务器通信，用于对施工车辆入侵威胁事件进行可靠预警/报警、事件日志，并上传至服务器；

5、所述服务器用于收集、处理各远端节点事件日志，将处理后的数据下放至终端设备；

6、所述终端设备通过4g/无线网络与服务器通信，终端设备包括web端和手机终端；所述web端用于对输电线运行状态显示，手机终端用于通知相应管理、维修人员审核、抢修。

7、进一步地，每个所述远端节点包括电源模块、4g/无线网络通信模块、信息采集模块、声光报警模块、存储模块、音频数据处理模块、图像数据处理模块、中央控制模块；其中：

8、电源模块用于为4g/无线网络通信模块、信息采集模块、声光报警模块、存储模块、音频数据处理模块、图像数据处理模块、中央控制模块供电；

9、信息采集模块与存储模块相连，用于采集入侵施工车辆的图像、音频、输电线塔架倾斜角度、输电线拉力，所有采集到的数据信息保存在存储模块中；

10、音频数据处理模块、图像数据处理模块与中央控制模块相连，用于通过中央控制模块读取存储模块的音频、图像信息，并对入侵施工车辆进行识别定位，获得入侵施工车辆的类别和位置信息；

11、中央控制模块与存储模块相连，用于周期性地从音频数据处理模块、图像数据处理模块获得的入侵施工车辆的类别和位置信息，结合从存储模块获得的角度传感器和压力传感器数据信息，按照设定的预警/报警策略判断是否预警/报警和预警/报警的等级：(1)若未触发预警/报警，中央控制模块等待下一个周期数据运行预警/报警策略；(2)若触发预警/报警，将当前预警/报警等级、相关音频、图像、传感器数据、入侵物识别和定位信息以日志的形式存入存储模块中，并通过4g/无线网络通信模块上传至服务器；同时，根据预警/报警等级控制声光报警模块工作；

12、声光报警模块与中央控制模块相连，用于对入侵施工车辆进行警示、驱离，根据控制模块给出的预警/报警等级，声光报警模块发出不同频率声光警报；

13、4g/无线网络通信模块用于中央控制模块和服务器间双向通信；触发预警/报警时，中央控制模块通过其发送事件日志至服务器；或者服务器通过4g/无线网络通信模块经由中央控制模块获取存储模块内数据信息。

14、进一步地，所述信息采集模块包括摄像头、红外摄像头、麦克风、角度传感器、压力传感器；其中：

15、所述摄像头和红外摄像头收集图像信息用于获取入侵施工车辆的可见光图像和红外图像；

16、所述麦克风沿输电线架设方向间隔安置在地面上用于采集入侵施工车辆的音频信息；

17、所述角度传感器固定在输电线塔架上用于测量塔架倾斜角度；

18、所述压力传感器固定在输电线末端用于检测输电线与支架间的拉力。

19、进一步地，所述音频数据处理模块通过音频处理算法对入侵施工车辆进行识别定位，获得入侵施工车辆的类别和位置信息；

20、所述音频处理算法为：

21、1)对麦克风采集的入侵施工车辆的音频信息进行特征提取，提取log-mel特征谱和gcc-phat谱，其中log-mel谱主要用来进行声音事件检测，gcc-phat谱主要是强化对到达方向的估计；

22、2)将提取的log-mel特征谱和gcc-phat谱作为cnn-lstm网络模型的输入，输出得到声音类别和声源方向估计，进一步根据声源方向估计和麦克风位置解算出入侵施工车辆的位置。

23、进一步地，所述图像数据处理模块通过图像处理算法对入侵施工车辆进行识别定位，获得入侵施工车辆的类别和位置信息；

24、所述图像处理算法为：

25、将摄像头、红外摄像头获取的可见光图像和红外图像作为flf-yolo网络模型的输入，flf-yolo网络模型分别提取摄像头、红外摄像头获取的可见光图像和红外图像特征，将两种特征进行通道拼接，得到融合特征；最后模型前向推理输出入侵施工车辆的类别和位置信息。

26、进一步地，所述中央控制模块中的预警/报警策略为：

27、(1)当图像或声音检测到入侵工程车辆，发出三级预警/报警；并将入侵事件及相关数据保存日志，然后上传服务器；声光报警模块低频报警；

28、(2)当图像或声音检测到入侵工程车辆且闯入输电线区域，发出二级预警/报警；并将入侵事件及相关数据保存日志，上传服务器；声光报警模块高频报警。

29、(3)当图像或声音检测到入侵工程车辆且闯入输电线区域，同时检测到角度传感器/压力传感器大于一定阈值，发出一级预警/报警；并将入侵事件及相关数据写日志，上传服务器，同时服务器向终端下放审核、抢修通知；声光报警模块高频报警。

30、其中：输电线区域定义为输电线及其投影区域，采用canny边缘提取和hough变换对输电导线提取，将检测到的输电线l1，l2向上延伸至图片边缘获得输电线起始坐标(x1,y1)和(x2,y2)，向下延伸至x＝max(x3,x4)，然后将所得到的导线沿直线x＝max(x3,x4)翻转，得到输电线投影，而输电线地面投影部分即为输电线区域；

31、入侵施工车辆是否位于输电线区域判断方法为：

32、音频检测方面，结合麦克风位置信息和声源到达方向信息，使用三角定位法得到入侵施工车辆的坐标，比较输电线安全区域与入侵施工车辆坐标位置关系，判断施工车辆是否位于输电线区域；

33、图像检测方面，通过目标检测模型得到入侵施工车辆的坐标，比较输电线安全区域与入侵施工车辆坐标位置关系，判断施工车辆是否位于输电线区域。

34、与现有技术相比，本发明使用图像、音频多模态检测方式的同时，在图像上融合可见光图像与红外图像特征，极大增强入侵施工车辆的识别与定位的鲁棒性；在预警/报警策略层面上融合图像、音频检测结果，根据检测结果和输电线投影的位置关系，细化预警/报警等级，实现对输电线安全的全天候可靠监测。