馮堅

摘 要：為了提高智能變電站日常維護和運行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，學者們開發(fā)和研究出一套智能視覺系統(tǒng)，用于監(jiān)控智能變電站設備的正常運行和環(huán)境狀態(tài)。智能視覺系統(tǒng)主要包括智能設備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)，將機器模式學習識別、圖像處理、視頻監(jiān)控等領域技術進行改進和集成，對智能變電站設備的正常運行和環(huán)境狀態(tài)進行實時、在線監(jiān)控。文章主要研究智能變電站的智能視覺系統(tǒng)的設計技術及實現(xiàn)。

關鍵詞：智能變電站；智能視覺系統(tǒng)；環(huán)境監(jiān)控

智能變電站是電網(wǎng)智能化調度、用電、配電、變電、輸電和發(fā)電的關鍵，是智能化電網(wǎng)中調整變換電壓、控制電力流向、分配接受電能的電力重要設施，是智能化電網(wǎng)業(yè)務流、信息流和電力流的匯集點[1]。網(wǎng)絡通信高速平臺是智能變電站信息傳輸?shù)幕A，通過采集、傳感技術取得設備與智能電網(wǎng)運行時靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)的數(shù)據(jù)，按照全景在線監(jiān)測的要求，對智能電網(wǎng)運行自動監(jiān)管，實現(xiàn)外部與變電站的互動協(xié)同，提高智能電網(wǎng)的綜合效率、可用性和可靠性，是智能化電網(wǎng)實現(xiàn)互動化、自動化和信息化的保障基礎。

1 智能變電站智能視覺系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)

1.1 設備監(jiān)控子系統(tǒng)

設備監(jiān)控子系統(tǒng)利用紅外熱像儀獲取智能變電設備的紅外圖像，利用光電荷耦合器件獲取智能變電設備的可見光圖像。紅外圖像可以提供運行設備的現(xiàn)場運行狀態(tài)，不能提供位置信息，不能對故障、巡檢設備定位；可見光圖像可以提供運行設備的外觀、位置、輪廓等數(shù)據(jù)。

設計時利用圖像融合技術和特征匹配技術，將智能變電設備的紅外圖像和可見光圖像相結合，既可以發(fā)現(xiàn)變電設備現(xiàn)場運行故障和問題，如電動故障、外部機械故障、過熱缺陷、漏油、損傷等；又可以實現(xiàn)對故障、巡檢設備定位，為檢修人員提供故障先兆、事故隱患的有關數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對智能變電設備的在線診斷。特征匹配技術的內容包括：（1）描述和提取特征。使用特征變換尺度不變算法，描述和提取智能變電設備紅外圖像和可見光圖像的特征點。在提取特征階段，采用空間尺度極值檢測算法建立空間尺度，初步確定特征點的尺度和位置，計算出空間尺度的特征點，特征點的信息包括方向、尺度和位置。（2）使用EMD相似性度量函數(shù)對描述提取的特征選擇相應的度量函數(shù)，進行匹配。（3）幾何變換。通過隨機采樣一致性算法選取幾何變換模型，利用匹配向量對幾何模型的變換參數(shù)進行估計。

1.2 環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

由于遠觀距離的圖像質量較差、室外環(huán)境較復雜、背景和目標存在變化等，傳統(tǒng)的監(jiān)控環(huán)境系統(tǒng)跟蹤算法和目標檢測精確度較低，誤報和漏報現(xiàn)象較多。智能環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)設計時，運用機器學習算法和視覺跟蹤技術，提高智能變電站運行的安全性。智能環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)能在智能變電站的運行范圍之內自動跟蹤、識別移動物體，如自動預警、跟蹤、識別小動物和非法入侵人員。

粒子濾波算法基于對密度概率點團的描述，將視覺跟蹤作為空間狀態(tài)估計問題，利用算法進行處理，這類問題聚焦于設備動態(tài)下的特征向量，便于向量處理大量的多維數(shù)據(jù)，使用融合后的數(shù)據(jù)描述相關信息。在粒子濾波算法的應用中，粒子退化現(xiàn)象嚴重阻礙粒子濾波算法的發(fā)展。設計時應當采用高斯過程回歸模型作為粒子濾波算法的建議分布，減少粒子退化現(xiàn)象，提高魯棒性。

在視覺跟蹤技術的基礎上，增加對人的異常行為分析技術和視頻摘要技術，可以實現(xiàn)對檢修人員現(xiàn)場行為的在線監(jiān)控和自動識別，保證視頻摘要的完整性，減少數(shù)據(jù)存儲壓力，便于用戶檢索和查詢。

1.3 門禁子系統(tǒng)

電網(wǎng)中傳統(tǒng)的身份識別方法如身份證、密碼和鑰匙等，具有局限性，易被破解、易被偽造、易丟失，不能滿足智能變電站關于安全性的要求。智能視覺系統(tǒng)中的門禁子系統(tǒng)是利用人的行為特征或心理特征識別技術，對個人身份進行鑒定，作為進入智能變電站、接地變室、電容器室、高壓室和主控室等的重要憑證。智能門禁子系統(tǒng)主要利用人體生理特征，如虹膜、人臉和指紋。

虹膜識別技術對人產(chǎn)生的干擾較少，每個人有各自的虹膜結構，沒有遺傳性，因此虹膜識別極易適用于生物識別。人臉識別技術是通過比較、分析個體人臉視覺信息特征進行個體身份識別，包括面部認證、面部識別、圖像預處理、人臉定位、圖像攝取等，能夠實現(xiàn)高精度、快速的個體身份認證。指紋識別技術是通過比較、分析個體指紋不同的特征進行個體身份鑒別，如指紋曲率、方向、短紋、分叉點、結合點、終點和起點等，廣泛應用到安全防衛(wèi)、電子商務、銀行、軍隊和政府等多個領域。智能門禁子系統(tǒng)可以通過各種識別技術提高智能變電站的安全性和可靠性。

1.4 系統(tǒng)信息平臺

智能設備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)都通過一個系統(tǒng)信息化平臺實現(xiàn)智能化聯(lián)動。系統(tǒng)信息化平臺與遠方控制之間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持遠方智能控制。系統(tǒng)信息平臺的主要功能是整合智能設備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)等子系統(tǒng)的資源，從而對智能變電站設備的正常運行和環(huán)境狀態(tài)進行實時、在線監(jiān)控，以此實現(xiàn)智能變電站的可靠、穩(wěn)定和安全運行。

2 結束語

智能變電站為智能化電網(wǎng)提供可靠的支撐節(jié)點，采用先進的傳感采集技術和數(shù)據(jù)高級分析處理手段，實現(xiàn)對變電站內各個設備的智能化管理[2]。為了進一步加強智能變電站運行時的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，本文從智能視覺系統(tǒng)的三大方面分析設計技術及實現(xiàn)，智能視覺系統(tǒng)其他方面的研究仍值得廣大學者深入探討。

參考文獻

[1]洪鳴.基于智能變電站的繼電保護分析[J].中國電業(yè)（技術版），2012（14）.

[2]董磊超，潘良煜.智能變電站聯(lián)調測試方法研究[J].電工技術，2012（21）.

[3]李斌.智能變電站技術及其應用研究[D].華北電力大學（北京），2011（05）.