4D成像雷达在电力线防外破中的应用

 近年来，随着社会经济快速发展，稳定、安全的电力供应对国家经济、民生保障和社会稳定起着至关重要的意义。输电线路作为电网的大动脉，是重要的电力设施组成部分，承担着电力传输的作用，其具有线路长、地形复杂、环境多样化、值守困难等特点，常常面临外力破坏的威胁，一旦遭到破坏，轻则发生停电故障，重则导致人员伤亡，导致重大损失。输电线路外力破坏是指有意或无意损毁、破坏电力设施，造成输电线路的不安全或故障。常见的电力线外破安全隐患有如下两种：

1) 线路防护区内机械施工；

2) 线路防护区内树木生长；

根据国家电网公司安全工作规程，设备不停电时的安全距离如下表：

一般地区各级电压导线的边线的延伸距离

目前的电力线防外破手段比较匮乏，主要采用图像/视频监控装置，传统的监控手段存在以下问题：

Ø  监控存在盲区，难以实时、全面掌握线路状态；

Ø 光学手段易受光线和天气影响，无法做到全天时、全天候；

Ø  无法做到全监测段内的外破物距离判断，无法精确判断外破物威胁；

 针对以上手段的不足，我司研发的4D成像雷达可用于电力线防外破异物检测，产品可高精度感知和识别外破异物。该款产品是一款采用多芯片级联、多芯片相控阵复合结构、MIMO体制的4D成像雷达。通过发射和接收电磁波信号，对电力线通道空间区域进行实时扫描，基于被测目标的距离域时延效应，速度域的多普勒效应，并结合多天线的相位关系，运用先进的数字信号处理技术，对通道内目标的距离、速度、水平/俯仰角度进行精确测量。基于认知雷达、智能照射和超分辨技术，实现目标空间定位能力的极大提升，可对探测目标进行立体成像。通过提取目标运动特征和成像信息，实现基于神经网络和PointNet++的点云雷达目标识别，可对不同外破物和树木等有效区分，分类预警。

 通过与可见光视频联动，实现雷达与视频信号级融合，综合了4D成像雷达空间定位优势和视频可视化优势，实现异物隐患距离测量和异物类型识别等功能，满足电力线外破前端预警需求。具体应用场景如下：

4D成像雷达产品参数如下：

产品优势：

(1)主动：雷达发射电磁波束，接收目标反射回波进行数字信号处理算法识别，主动联系，长期稳定工作；

(2)精准：采用MIMO虚拟口径，DBF数字波束合成，TBD，EKF等多项先进的数字信号处理技术，测角、测距精度高，目标检测率>99%；

(3)4D成像：动态扫描，环境感知，可提供包含外破入侵目标和如树木等静态目标的距离、水平/俯仰角度、速度等信息显示，目标4D点云立体成像信息；

(4)探测距离远：基于远距离弱目标信号检测算法和环境感知的智能发射波形，实现电力线传输通道800m*100m空间大范围的防外破监测；

(5)雷视融合可开发性高：4D成像雷达提供环境静动目标成像信息，可用于视觉预学习和报警判断，实现雷达与视觉的信号级融合，在保证检测概率的基础上，最大程度杜绝误报；

(6)复杂环境适应力强：智能算法、主动学习、虚警管理，有效剔除鸟类飞跃等虚警，可根据不同场景特性，一键选择不同场景下雷达算法，使雷达能更高效的匹配应用；

(7)电子地图：支持电子地图导入，多防区布置，电子地图可实时显示运动目标信息、运动轨迹及目标所在坐标；

(8)系统集成灵活：支持雷达通信协议、SDK、Web API等协议及开发包，接口开放，开放灵活，易于集成；

(9) 全天时、全天候：采用毫米波频段，穿透力强，不惧大风、大雨、大雪、大雾、沙尘等恶劣天气影响；

以实测进行具体说明，现场实际场景如下：

 4D成像雷达安装于高处，对正前下方树木的立体成像，根据检测的点云信息，可描绘树木群的整体轮廓，精确探测树木顶端到雷达法线方向的距离。

 通过上图成像结果，可看出，树木群的整体高度基本在一个垂直范围内，树顶和地面的分界较为清楚。在该种测试场景下，通过已知的雷达高度和获取的树木成像高度差，得到树顶距离雷达法向的距离，从而判断树木的生长是否会对电力线通道安全造成影响。