楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

變電站三維可視化安全管理

楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

介紹了三維可視化在變電站安全管理中的應用，通過引入最新的精確定位、智能視頻識別、三維仿真等技術(shù)手段，實現(xiàn)對作業(yè)區(qū)域安全狀況的實時分析及預警，及時發(fā)出安全提醒，提高變電站安全管理工作的便捷化、智能化，降低運行人員工作強度和人因失誤可能，切實有效地保障變電站運行安全。

三維可視化；精確定位；智能視頻；三維仿真

0 引言

隨著變電站管理智能化水平的提高，對變電站人身安全智能化預防和管理也提出更高的要求。通過預防和管理，減少突發(fā)事件可能產(chǎn)生的人員傷害，防止變電站作業(yè)過程中發(fā)生人身傷亡事故。

目前變電站安全管理的主要目的是杜絕誤操作導致的人身傷亡事故，主要手段是在現(xiàn)場設(shè)定作業(yè)區(qū)域圍欄，運行人員通過視頻監(jiān)控整個施工作業(yè)過程，但是這種方式對人員依賴程度較高，無法對風險做到及時發(fā)現(xiàn)和實時提醒。如何更好地利用現(xiàn)代化的設(shè)備及技術(shù)，智能直觀地進行人身安全管理，成為亟待完善的發(fā)展需求。

采用最新的精確定位、智能視頻識別、三維仿真等三維可視化技術(shù)手段，實現(xiàn)安全態(tài)勢的實時分析及預警，提高安全管理工作的便捷化、智能化，成為新的發(fā)展方向。

此管理方法能幫助運行人員實時準確地定位檢修作業(yè)人員位置，同時規(guī)范作業(yè)人員作業(yè)區(qū)域，極大地降低誤操作風險，提高工作效率，切實有效地保障變電站運行安全。

1 三維可視化技術(shù)特點

1.1 主要技術(shù)方法

（1） 精確定位技術(shù)。目前變電站內(nèi)精確定位技術(shù)，尤其是精確到1 m以內(nèi)的定位技術(shù)，在安全管理方面還沒有得到廣泛應用。利用CSS（線性調(diào)頻擴頻）技術(shù)可實現(xiàn)對變電站內(nèi)人員的精確定位，是一種全新的嘗試。

（2） 三維場景展示。對整個變電站中的各種設(shè)備、區(qū)域進行三維仿真建模，能夠清晰展示整個變電站區(qū)域的安全態(tài)勢，使人員在操作時更加直觀方便。各間隔獨立建模，在展示時根據(jù)需要顯示作業(yè)區(qū)或危險區(qū)。

（3） 智能視頻識別。利用計算機對視頻監(jiān)控畫面進行智能實時分析，輔助人員判斷安全狀況，提高監(jiān)控效率。

（4） 站內(nèi)設(shè)備集成。充分利用變電站的現(xiàn)有資源為安全管理服務，把變電站內(nèi)的擴音設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等集成到一個平臺中，實現(xiàn)信息的集中處理，最大限度地滿足快速、及時、準確的管理需求，實現(xiàn)安全態(tài)勢實時分析和預警。

1.2 主要創(chuàng)新與亮點

（1） 利用CSS技術(shù)實時定位，結(jié)合視頻監(jiān)控全過程跟蹤系統(tǒng)對工作人員進行監(jiān)控，管理人員可以以此對每一個工作人員的工作狀態(tài)以及工作安全程度進行管理。

（2） 可提前在數(shù)據(jù)庫和服務器中設(shè)置特定的安全區(qū)域、工作區(qū)域、危險區(qū)域等。當工作人員進入危險區(qū)域時及時發(fā)出提醒，減少誤入隱患。

（3） 通過收集相應的視頻資料，進行三維仿真建模和智能化分析，將現(xiàn)場安全狀況更加有效和直觀地展現(xiàn)給管理人員。

（4） 系統(tǒng)本身可持續(xù)運行，能夠?qū)崿F(xiàn)長期持續(xù)的安全管控。

2 三維可視化安全管理功能

2.1 人員的精確定位

目前較小區(qū)域定位的技術(shù)比較多，常用的技術(shù)有WiFi定位、RFID（射頻識別）無線定位、UWB（超寬帶）無線定位、CSS定位等。但能夠精確到0.5 m左右的定位技術(shù)卻很少，重點考察CSS技術(shù)及相應的產(chǎn)品。

CSS技術(shù)需要在變電站周邊設(shè)置數(shù)個接收基站，并實現(xiàn)組網(wǎng)同步。進入變電站區(qū)域的人員需要攜帶定位用的傳感器，接收基站通過感知傳感器的信號進行精確定位。傳感器是比較小的有源標簽，可綁定在安全帽或胸卡上，方便作業(yè)人員攜帶，并可對標簽進行分類，分為檢修人員、運行人員等。

人員在變電站區(qū)域內(nèi)活動時，根據(jù)其作業(yè)區(qū)域不同，在監(jiān)控畫面上顯示其警戒區(qū)間，并顯示人員的位置及移動路線。

2.2 作業(yè)區(qū)域的精確劃分

根據(jù)設(shè)備所占用的空間及安全距離的多少，在地圖內(nèi)劃分出危險區(qū)、安全區(qū)、共用區(qū)（2臺設(shè)備之間可以共用的區(qū)域）等。

在每個變電站間隔處，需要標示作業(yè)時的安全活動范圍。在工作人員進行檢修作業(yè)時，系統(tǒng)可以根據(jù)工作票指定的間隔判斷是否越界，而不需要每次工作時再進行設(shè)置，可減少運行人員的工作量。每個間隔的編碼與PMS（電力管理系統(tǒng)）中的編碼對應，以便系統(tǒng)能夠判斷檢修作業(yè)所在的位置，從而判斷作業(yè)區(qū)域是安全區(qū)還是危險區(qū)。

檢修工作計劃是系統(tǒng)判定現(xiàn)場作業(yè)區(qū)和危險區(qū)的基礎(chǔ)，可以從PMS等系統(tǒng)進行此類信息的實時抽取，也可采用人工錄入或模板導入等，但必須保證計劃信息及時、準確。在檢修計劃中要提取出檢修人員的標識信息，以完成與定位設(shè)備信息的對應。提取檢修時間信息，對于作業(yè)區(qū)與危險區(qū)的劃分也起到?jīng)Q定性作用。

2.3 直觀可視化的監(jiān)控效果

為了直觀展示變電站態(tài)勢和人員所處的位置，系統(tǒng)將對變電站實現(xiàn)三維仿真模擬，所有的設(shè)備設(shè)施與真實場景一致。

變電站地圖實時顯示站內(nèi)人員活動軌跡和信息，人員以三維立體圖形方式在場景中展示，以實際作業(yè)人員頭像進行區(qū)分，根據(jù)精確定位的坐標展示在三維場景中。有檢修工作時，可實時顯示檢修區(qū)域的范圍及站內(nèi)人員的準確位置；無檢修工作時，可實時顯示設(shè)備運行區(qū)及站內(nèi)人員的準確位置。

2.4 越界提醒及記錄

將可視化系統(tǒng)與語音廣播系統(tǒng)集成，在工作人員處于非安全區(qū)時，通過現(xiàn)場播音器自動播放提醒語音，提醒相應人員立即撤離危險區(qū)域。與變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，在工作人員處于非安全區(qū)時，根據(jù)定位區(qū)域確定監(jiān)控設(shè)備，自動截取該時間段內(nèi)的錄像片段，保存在服務器中。

自動錄像的來源包括變電站內(nèi)原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和新投入的智能視頻監(jiān)控設(shè)備，因此需要將各種視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行集成，自動截取并保存指定時間段內(nèi)的視頻文件。

2.5 其他輔助功能

（1） 圍欄區(qū)域識別。在作業(yè)區(qū)域一般會設(shè)置圍欄，提醒作業(yè)人員或其他人不得隨意進出。可在圍欄上加裝電子標簽，系統(tǒng)根據(jù)標簽信息在監(jiān)控圖中自動劃出作業(yè)區(qū)域，當有人進出作業(yè)區(qū)域時，觸發(fā)報警提醒。

（2） 檢修情況監(jiān)督。在檢修工作結(jié)束后一段時間內(nèi)，選中其中某位檢修人員，可在系統(tǒng)模塊中查詢該人員行動軌跡；選中運行人員或者其他人員，也可以查詢該人員進站時間、離站時間，并能查詢其在站內(nèi)的行動軌跡。

（3） 檢修現(xiàn)場回放。檢修工作結(jié)束后的一段時間內(nèi)，可以查詢檢修工作過程中，所有人員在站內(nèi)的行動軌跡，及在某個時間點所有人員的位置。人員的行動軌跡可通過系統(tǒng)二維界面進行展示，同時也可調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的錄像記錄，查看當時的具體工作畫面。

為了實現(xiàn)以上功能，需要投入2套智能視頻監(jiān)控設(shè)備，其中1套布置在站區(qū)入口處，監(jiān)控進出變電站人員情況；另1套布置在作業(yè)區(qū)域，用于監(jiān)控員工在作業(yè)過程中的行為規(guī)范。

3 變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用智能視頻圖像分析技術(shù)建設(shè)可視化、智能化的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)除提供變電站設(shè)備運行狀態(tài)圖像、開關(guān)操作過程狀態(tài)圖像、儀器儀表工作狀態(tài)圖像及現(xiàn)場維護等工作現(xiàn)場實時圖像外，還提供現(xiàn)場作業(yè)人員違章自動識別及現(xiàn)場的語音報警功能，從而達到對作業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)風險的可視和可控狀態(tài)，從技術(shù)手段上進一步加強作業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)，有效杜絕因作業(yè)違章而引發(fā)的人身傷亡及設(shè)備損壞事故。

智能視頻圖像分析技術(shù)通過對監(jiān)視攝像機中的視頻圖像進行分析，并具備對風、雨、雪、落葉、飛鳥、飄動的旗幟等多種背景的過濾能力。通過建立人類活動的模型，借助計算機的高速計算能力，使用各種過濾器，排除監(jiān)視場景中非人類的干擾因素，準確判斷人類在視頻監(jiān)視圖像中的各種活動。智能視頻圖像分析技術(shù)可以解決以下問題：

（1） 實現(xiàn)人員位置的精確定位；

（2） 實現(xiàn)作業(yè)區(qū)域的精確劃分；

（3） 實現(xiàn)直觀可視化的監(jiān)控效果；

（4） 實現(xiàn)越界提醒及記錄；

（5） 實現(xiàn)檢修情況監(jiān)督、圍欄區(qū)域識別、檢修現(xiàn)場回放等。

4 結(jié)束語

對變電站安全管理的智能化研究、建設(shè)，將促進安全管理模式從傳統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)定管理向新興數(shù)字信息系統(tǒng)管理的轉(zhuǎn)變，極大降低誤操作風險，提高變電站可靠性和安全性。目前變電站三維可視化安全管理工作正處于快速發(fā)展時期，通過研究和實踐提升了變電站智能化管理水平，為今后智能化管理打下堅實的基礎(chǔ)。

1 吳在軍，胡敏強.基于IEC61850標準的變電站自動化系統(tǒng)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（10）：61-65.

2 張沛超，高 翔.數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（24）：73-77.

3 鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應用［M］.北京：中國電力出版社，2010.

4 吳少華.220 kV變電站數(shù)字化改造工程［J］.廣東電力，2010，23（6）：38-42.

5 張 喜，陳 華.基于MITK的三維體繪制系統(tǒng)設(shè)計［C］.計算機學會，廣西，2009.

2016-03-08。

楊西銀（1983-），男，助理工程師，主要從事變電安全管理的工作，email：yangxiyin@139.com。

劉 江（1976-），男，助理工程師，主要從事電力安全管理的工作。

田 鋒（1982-），男，工程師，主要從事電力安全管理工作。

陳曉平（1984-），男，工程師，主要從事輸電安全管理工作。