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        基于圖像模式識別的變電站隱蔽區(qū)域異物入侵監(jiān)測預警三維平臺系統(tǒng)

        2014-10-21 19:57:17龐瑾成兵楊芬
        計算機光盤軟件與應用 2014年24期

        龐瑾 成兵 楊芬

        摘 要:本系統(tǒng)平臺嘗試在變電站隱蔽區(qū)域入口處布設(shè)高清晰度數(shù)字攝像機和輔助光源,利用攝像機內(nèi)置自動圖像模式識別技術(shù),當有異物入侵時,系統(tǒng)可對監(jiān)控畫面中圖像變化的原因進行分析研判,感知并確認“異物入侵”這類型的事件,及時觸發(fā)攝錄取證并報警。同時,將監(jiān)測預警系統(tǒng)以三維實景平臺展示,輔以人物模式和眼睛模式兩種模式進行場景呈現(xiàn),讓監(jiān)測人員對前方隱蔽區(qū)域產(chǎn)生直觀沉浸感,給監(jiān)控操作帶來極大的便利。

        關(guān)鍵詞:異物入侵;報警;監(jiān)控

        中圖分類號:TP391.4

        隨著科技的發(fā)展,視頻分析、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮著不可替代的作用,但如何將上述先進技術(shù)在電力安全運行及維護管理上實現(xiàn)“物聯(lián)化”、“實用化”、“智能化”的突出運用是電力企業(yè)一直關(guān)注的重點。

        蕪湖供電公司擔負著整個蕪湖地區(qū)的電力發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行、電力設(shè)施建設(shè)維護等生產(chǎn)管理和電力營銷工作。為了進一步提高變電站管理水平、確保供電可靠性、規(guī)范變電站的日常管理和設(shè)備運維保障,公司研制出一套布設(shè)于隱蔽區(qū)域,集成化程度高、偵測靈敏且誤報少的異物入侵防范系統(tǒng)。

        地下電纜等電力設(shè)施設(shè)備,敷設(shè)在地面以下,且電纜溝空間狹小,不容易觀測[1]。電纜溝、電纜夾層、防靜電地板下面、屏柜內(nèi)部等這類通常作為線纜、電路傳輸?shù)闹饕獏R聚通道和狹小空間都屬較為隱蔽的區(qū)域。

        如圖1中所示,上述區(qū)域巡檢探查困難,卻經(jīng)常遭遇蛇、鼠等小型外來異物攀爬,往往帶來不可預控的安全隱患或設(shè)備損毀(諸如:短路、絕緣層破損以及電源擊穿等)。此類因異物入侵行為導致重大損失的后果因其事發(fā)前的隱蔽特性而防范不易,而目前的防范手段耗費諸多人力卻效果不佳。

        鑒于此,公司嘗試在變電站隱蔽區(qū)域入口處布設(shè)高清晰度數(shù)字攝像機和輔助光源,利用攝像機內(nèi)置自動圖像模式進行識別。當有異物入侵時,系統(tǒng)可對監(jiān)控畫面中圖像變化進行分析研判,感知并確認“異物入侵”事件,及時觸發(fā)攝錄取證,并將報警信號通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或管理人員的移動終端,可有效預防由此隱患導致重大事故的發(fā)生。同時,將監(jiān)測預警系統(tǒng)以三維實景平臺展示,輔以人物模式和眼睛模式進行場景呈現(xiàn),讓監(jiān)測人員對前方隱蔽區(qū)域產(chǎn)生直觀沉浸感,給監(jiān)控操作帶來極大的便利。

        1 平臺構(gòu)成

        異物入侵監(jiān)測預警系統(tǒng)是能在隱蔽區(qū)域進行智能監(jiān)控以及對異物入侵監(jiān)測預警這樣一種特定的融合智能化數(shù)字視頻、智能警衛(wèi)、一鍵巡視、音頻驅(qū)離、預警播報、警情分析等于一體的遠程統(tǒng)一智能監(jiān)控平臺。結(jié)合自動視頻監(jiān)控分析與圖像模式識別,可實現(xiàn)對前端采集數(shù)據(jù)信息存儲備份,同步檢索查看,隱蔽現(xiàn)場巡視,記錄分析警情數(shù)據(jù),遠程告警畫面推送、定時定人策略報警等功能。異物入侵監(jiān)測預警實時、準確為安全生產(chǎn)管理提供第一手數(shù)據(jù)和有效手段。所有這些功能均是在三維平臺上應用展示,場景圖像直觀、監(jiān)控操作便利。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2中所示:

        2 攝像機的移動偵測功能

        攝像機的移動偵測功能是監(jiān)測異物入侵的核心。攝像頭按照不同幀率采集得到的圖像會被CPU按照一定算法進行計算和比較,當畫面有變化時(如有異物闖入或移動等)計算比較結(jié)果得出的數(shù)字會超過閾值,攝像機能根據(jù)設(shè)定做出相應的動作,發(fā)出告警聲或播放事先設(shè)定好的聲音(如貓叫用以驅(qū)趕老鼠)。

        首先,影像偵測先進行測量步驟,即是將影像切割成數(shù)個不連續(xù)部分,測定這些影像部分在各時段內(nèi)的光線變化,然后辨別出這些變化究竟是導客觀條件轉(zhuǎn)換還是物體移動。一般而言,切割影像的方式有以下幾種:

        (1)畫素分割:將影像分割成非常小的圖畫成分(畫素),可以有百萬個區(qū)塊;

        (2)小區(qū)塊分割:將影像分隔為幾百個或幾千個等比大小或不同大小的區(qū)塊;

        (3)大區(qū)塊分割:將影像分為百來個不同大小的區(qū)塊。

        畫素分割方式會獲得相當多的影像資訊[2],因此需要大量的電腦演算資源進行辨別。而大區(qū)塊分割的方式雖不會造成電腦資源的負擔,但由于提供的影像資訊較少,因此不容易區(qū)分出大環(huán)境的變化。因此,本系統(tǒng)采用小區(qū)塊分割方式,既可獲得足夠的影像識別資訊,又不用擔心造成電腦演算負荷。

        其次,進行辨識程序。本平臺以物體大小進行偵測,然后觀察一段時間內(nèi)的移動歷程與空間大小,以推斷持續(xù)的移動方位。因為本平臺所應用的場景多為變電站電纜溝等封閉隱蔽區(qū)域,有效地設(shè)定移動物體尺寸,是增加移動偵測準確率的關(guān)鍵。而且設(shè)定時也要特別注意當入侵者接近攝影機時,物體尺寸會比遠離攝影機要大。

        再次,進行移動識別,因為應用場景是電纜溝等封閉隱蔽區(qū)域,在這些黑暗區(qū)域攝像機會同時配上燈光長期照明,這就避免了室外光線變化對辨識所產(chǎn)生的影響而造成誤判的可能。可以通過背景減除法、時間差分法、光流法等算法進行識別,做出判斷。

        3 雙視野模式的三維平臺展示

        本監(jiān)測預警系統(tǒng)是在三維實景平臺中展示的。此三維平臺將隱蔽場景用三維逼真模型真實再現(xiàn)地展示在監(jiān)控操作人員面前,從而讓場景更直觀,操作更便利。如圖3為隱蔽場所圖:

        如圖4所示為3D逼真展示隱蔽場所圖,可見,在中心平臺建立變電站隱蔽區(qū)域(如電纜溝、電力隧道)的三維模型,報警點位可以清晰的在三維模型上進行移步換景般的直觀顯示、圖像推送,準確定位以及多維數(shù)據(jù)融合展示。

        同時,在這三維實景平臺中,操作人員的視角可以選擇虛擬人物視角或眼睛視角。

        如圖5所示為虛擬人物視野,虛擬人物的視角即是在場景中監(jiān)控人員以第三人的視角看虛擬人物在場景中的巡視;而眼睛視角即是在場景中監(jiān)控人員以自己的視角看在場景中的巡視,如圖6所示。虛擬人物視角可以對整個場景的宏觀更好把握,因為有虛擬人物在場景中作為比照,不過這種模式也有很大的局限性,虛擬人物視角不能脫離虛擬人物,必須實時跟隨虛擬人物動作,否則會失去真實性和體驗效果;而采用眼睛模式模擬虛擬人物的眼睛來操作,可實現(xiàn)虛擬人物無法完成的操作,如:抬頭,低頭,左看,右看,前置和后置;此時眼睛模式的視野可脫離虛擬人物進行操作,而不失真實性和體驗,相反,實現(xiàn)3D變電站隱蔽場所復雜場景的多視角,靈活、準確,并且便捷查看。眼睛模式需滿足以下條件:

        (1)眼睛模式的默認位置為:現(xiàn)實中人的眼睛位置1:1映射到虛擬人物中。

        (2)眼睛模式的視野對于虛擬人物不可見。

        4 結(jié)束語

        異物入侵監(jiān)測預警系統(tǒng)的應用將大大降低人員在隱蔽區(qū)域巡視的勞動強度和作業(yè)難度,解決傳統(tǒng)檢查有死角的隱患,讓值班員擺脫頻繁、重復的檢查工作,節(jié)約了人力。通過對隱蔽區(qū)域異物入侵的偵測報警發(fā)布,提示相關(guān)人員進行有針對性檢查,可提高工作效率。

        本系統(tǒng)可使防小動物檢查達到標準化作業(yè),及時并有針對性的檢查封堵,并能夠及時發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、異物入侵情況[3]。本項目實施將有助于提高電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行性,減少小動物造成的線路跳閘停電事故發(fā)生率,保障企業(yè)、居民用電,提升供電公司服務形象和服務質(zhì)量,提升經(jīng)濟和社會效益。

        參考文獻:

        [1]易禮鴻,傅波,谷穎.淺析三維可視化在電纜運維管理中的應用[J].科學致富向?qū)В?014(20).

        [2]常波.畫面分割技術(shù)在視頻監(jiān)測中的應用[J].遼寧廣播電視技術(shù),2012(04).

        [3]魯守銀,錢慶林,張斌.變電站設(shè)備巡檢機器人的研制[J].電力系統(tǒng)自動化,2006(13).

        作者簡介:龐瑾(1987-),女,河南西華人,助理工程師,本科,神南運維站副站長;成兵(1967-),男,安徽蕪湖人,高級工程師,本科,綜合檢修班班長;楊芬(1977-),女,安徽蕪湖人,工程師,本科,技術(shù)員。

        作者單位:國網(wǎng)蕪湖供電公變電運維工區(qū),安徽蕪湖 241000

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