葛晶晶

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，山西 太原 030027)

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智能監(jiān)控系統(tǒng)在高壓測試區(qū)域的研究與應(yīng)用

葛晶晶

(太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，山西 太原 030027)

通過使用視頻圖像分析技術(shù)的背景差分法實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的檢測和跟蹤。一旦移動(dòng)物體進(jìn)入視頻監(jiān)控跟蹤的測試區(qū)域，當(dāng)它侵入警戒線區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)發(fā)出警戒線區(qū)域聲光報(bào)警信號(hào)，如果繼續(xù)侵入高壓危險(xiǎn)區(qū)，則電力保護(hù)裝置將切斷現(xiàn)場電源，確保高壓測試區(qū)內(nèi)的人身安全。系統(tǒng)還加入了網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控。經(jīng)投產(chǎn)使用后，該設(shè)備性能穩(wěn)定，設(shè)計(jì)可靠，系統(tǒng)功能達(dá)到技術(shù)要求。

智能監(jiān)控；入侵檢測；聲光報(bào)警；遠(yuǎn)程監(jiān)控

1 緒論

本文是基于電力科學(xué)研究院500 kV，220 kV變壓器測試實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究。目前，高壓測試區(qū)主要采用防護(hù)罩和實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行人工監(jiān)視，以執(zhí)行監(jiān)測和保障工程師安全的功能。然而，相關(guān)研究表明，只依靠人眼監(jiān)控視頻圖像，即使是專業(yè)工作者也難以構(gòu)成真正有效的安全體系[1]。在只要專注顯示器屏幕超過20分鐘，大部分的工作人員的注意力會(huì)降低到非常差的水平。顯然，傳統(tǒng)的基于人工操作的視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需要。

本文提出使用同時(shí)設(shè)置視頻監(jiān)控和聯(lián)動(dòng)報(bào)警裝置的方法，可對(duì)高壓測試區(qū)加裝電子監(jiān)控安全防護(hù)罩，實(shí)現(xiàn)智能視頻監(jiān)控。該系統(tǒng)周邊的安全部門可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)更改測試網(wǎng)站，同時(shí)，系統(tǒng)還加入了網(wǎng)站傳輸模塊。

2 系統(tǒng)方案介紹

系統(tǒng)主要由前端采集組件、中間傳輸組件和后端監(jiān)控中心組成[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。前端設(shè)備獲取監(jiān)控場景與視頻攝像機(jī)的監(jiān)控圖像，然后傳輸組件將視頻圖像采集后傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控中心，最后，監(jiān)控中心可接收并顯示視頻信號(hào)，存儲(chǔ)和在必要時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，并切斷電源，并對(duì)接收回的視頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，如圖1所示，高壓環(huán)境中的邊界可分為兩層，一層是一個(gè)臨界點(diǎn)，二層是停電警戒線，在電力警戒區(qū)內(nèi)是高壓警戒線危險(xiǎn)區(qū)域。 當(dāng)有一個(gè)移動(dòng)物體隨機(jī)侵入第一層系統(tǒng)觸發(fā)1#繼電器啟動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行警告，并且跟蹤目標(biāo)和軌跡。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

報(bào)警后，如果運(yùn)動(dòng)對(duì)象是自動(dòng)退出第一層后，則系統(tǒng)會(huì)斷開1#警戒線繼電器，關(guān)閉聲光報(bào)警裝置；如果在運(yùn)動(dòng)中的對(duì)象繼續(xù)闖入第二層時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)2#繼電器來切斷電源的警戒線設(shè)備，停止高電壓輸出，以保護(hù)人身安全。在處理完危險(xiǎn)后，管理人員需要手動(dòng)啟動(dòng)電源裝置，從而使測試?yán)^續(xù)進(jìn)行；當(dāng)入侵事件發(fā)生，我們可在獲取報(bào)警信息后，用于撥打視頻電話，管理人員可隨時(shí)通過本地監(jiān)視器主機(jī)或遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)監(jiān)視。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

使用描述背景圖像的像素分布的高斯混合模型制作模型[3]，通過像素迭代更新模型參數(shù)，這樣我們可以有效地克服由于照明干擾帶來的背景圖像變化或逐漸變化。提取背景后，運(yùn)動(dòng)區(qū)域和目標(biāo)可以很容易地通過背景法獲得。我們給視頻的每幀圖像的像素制作模型，如果一個(gè)像素值序列是{Xt-k,Xtk+1,…,Xt}，然后定義公式 (1)是由多個(gè)單獨(dú)的高斯模型組成的集合[4]:

Pt(x,y)={Pi,t|i=1，…，K}.

(1)

在模型中：Pi,t=[Wi,t,Mi,t,Li,t],Pi,t為每一個(gè)單獨(dú)模型，每個(gè)模型由三個(gè)參數(shù)組成，Wi,t為每個(gè)單獨(dú)模型的權(quán)重，其大小反映了模型所顯示的當(dāng)前像素值的可靠性。Mi,t為每個(gè)模型的平均值，反映每個(gè)單獨(dú)高斯分布的中心點(diǎn)。Li,t為單個(gè)模型的方差，其大小反映單峰值相對(duì)于平均值的寬度和離散度，像素值為不穩(wěn)定度。K為一個(gè)單個(gè)模型的編號(hào)，表示多峰分布的峰值數(shù)，通常峰值數(shù)范圍為3～5。組成第一個(gè)圖像的每個(gè)像素值由平均值w，方差m和重量l給出，可以認(rèn)為這個(gè)圖像即第一高斯混合背景模型。其中以m為最大值，重量l為最小值。取背景圖像中新的一幀畫面，使每個(gè)像素和現(xiàn)有像素i(i≤K)與高斯模型比較，如果滿足如下條件:

|Xt-Mi,t|<τli,t.

(2)

則表示Xi和Pi匹配。τ為全局閾值，一般τ=25。如果滿足公式(2)且i

ωi,t=(1-α)ωi,t-1+α.

(3)

增加模型的權(quán)重。對(duì)于不匹配模型，我們認(rèn)為這種新背景圖像對(duì)該模型不起作用，應(yīng)根據(jù)式(4)：

ωi,t=(1-α)ωi,t-1.

(4)

減少模型的權(quán)重。將每個(gè)權(quán)重更新后，可將權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)化。不匹配的高斯模型不需更新，對(duì)于匹配的模型，根據(jù)式(5)更新其均值和方差值：

Mi,t=(1-β)Mi,t-1 +βXtlit=

(1-β)lit+β(Xt-Mi,t-1)lit.

(5)

對(duì)于建立初始化模型，實(shí)時(shí)的不斷用新一幀像素組成圖像，并更新模型，這樣，我們就能得到更多相對(duì)穩(wěn)定的高斯模型。理論上，在獲取背景圖像后，可使用當(dāng)前幀圖像和背景圖像的不同來得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。視頻監(jiān)控圖像分析技術(shù)的核心是視頻分析，所以只要有入侵者出現(xiàn)在攝像機(jī)的監(jiān)控范圍內(nèi)，系統(tǒng)就可以執(zhí)行監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)無漏洞報(bào)警。

4 系統(tǒng)測試運(yùn)行

該系統(tǒng)有兩種工作狀態(tài)：保護(hù)狀態(tài)和清除狀態(tài)。初始系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)是清除狀態(tài)。在清除狀態(tài)下，我們可以進(jìn)行劃分監(jiān)控區(qū)域內(nèi)警戒線(任何不規(guī)則區(qū)域內(nèi)都可以)，設(shè)置聯(lián)動(dòng)報(bào)警裝置等操作。

在保護(hù)狀態(tài)下，首先，系統(tǒng)檢測試驗(yàn)區(qū)是否存在滯留對(duì)象，然后讓當(dāng)前圖像與背景圖像進(jìn)行比較，如果不同，例如工作人員沒有離開測試區(qū)或有工具落在測試區(qū)，則本區(qū)電源裝置將斷開; 僅當(dāng)測試區(qū)域內(nèi)無遺留物體時(shí)電源裝置才可以接通。接下來，系統(tǒng)開始探測是否有移動(dòng)物體入侵，一旦移動(dòng)物體進(jìn)入攝像機(jī)的監(jiān)控范圍，系統(tǒng)開始跟蹤該物體，如圖2所示。當(dāng)有異常情況發(fā)生時(shí)如圖3所示，如入侵行為出現(xiàn)在非入侵區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)(聲光報(bào)警，切斷電源)，提醒監(jiān)管部門檢查。

圖2 移動(dòng)物體入侵探測

圖3 發(fā)生異常情況

5 結(jié)論

在高壓測試區(qū)內(nèi)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)可克服如下缺點(diǎn)，如：目前的人工監(jiān)控容易產(chǎn)生疏漏，出現(xiàn)問題不能及時(shí)解決等，系統(tǒng)具有人工或自動(dòng)保護(hù)/清除，報(bào)警和報(bào)警聯(lián)動(dòng)，及時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)。當(dāng)發(fā)生異常情況，系統(tǒng)可迅速控制并解決問題，使人身安全在高壓測試區(qū)域得到保障。該系統(tǒng)還可以根據(jù)不同的警戒需求設(shè)置環(huán)境，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能，使系統(tǒng)使用范圍更廣。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)：改進(jìn)了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在高壓測試區(qū)產(chǎn)生的疏漏點(diǎn)，克服了出現(xiàn)問題不能及時(shí)解決的問題，使系統(tǒng)具備人工或自動(dòng)保護(hù)/清除，報(bào)警和報(bào)警聯(lián)動(dòng)，及時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)用范圍更廣泛。

[1] Green Mary W.The Aplication and Effective Use of Security Technologies in U.S School:A Guide for Schools and Law Enforcement Agencies[R].NCJ 178625,Washington DC,USA:National Institute of Justice,U.S Departent of m Justice,1999.

[2] 于汪蘇，沈蘭隼.智能視覺技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國圖像圖形學(xué)報(bào)，2007(9)：1506-1507.

[3] Stauffer Chris,Grimson W E L.Adap Tive Background Mixture Models for Real2time Tracking[A].In:Proceedings of IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Vol.2[C].Colorado,USA,1999:1063-1069.

Intelligent Video Monitoring System in High Voltage Test Area

Ge Jingjing

(DepartmentofInformationEngineering,TaiyuanCityVocationalCollege,TaiyuanShanxi030027,China)

By using background difference method of the video image analysis technology,the detecting and tracking in high voltage test area is realized for the objects in motion.As long as a moving object is into the test area on the vision camera tracking range,when it invades the cordon area,the system issues the cordon area sound-light alarm signal,if the further intrusion into the high-pressure danger zone,the power supply is cut off with field blackout electricity protective device to ensure the personnel security in high voltage test area.The system also adds the network transmission module to realize the real-time video remote monitoring.The actual effect after the equipment is put into operation identifies that the equipment performance is stable and reliable,and system functions designed can meet the requirements.

video monitoring; intrusion detection; acousto-optic alarm; remote monitoring

2016-05-22

葛晶晶(1982-)，女，山西太原人，助教，碩士，研究方向：控制工程與控制理論方向。

1674-4578(2016)05-0007-02

TM15

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