王 青

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局，廣東 河源 517000）

1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)概述

1.1 基本概念

作為一門(mén)研究計(jì)算機(jī)認(rèn)知能力的科學(xué)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)主要利用電腦代替人腦、攝像機(jī)代替人眼，使計(jì)算機(jī)對(duì)目標(biāo)處理最終具備類(lèi)似于人類(lèi)的識(shí)別、跟蹤、判斷、測(cè)量以及記憶等功能，以此代替人類(lèi)進(jìn)行部分生產(chǎn)作業(yè)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)作為當(dāng)前人工智能技術(shù)研究的重要內(nèi)容，可使計(jì)算機(jī)具備利用二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境的能力[1]?？傮w而言，基于信息處理、網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)、概率分析統(tǒng)計(jì)以及圖像與信號(hào)處理等技術(shù)的集成和運(yùn)用，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)對(duì)視覺(jué)信息的分析和處理，擁有一定的邏輯推理和決策能力。

1.2 工作原理

計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)組成，如圖1所示。在滿(mǎn)足亮度的要求下，由攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行圖像信息采集后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所采信息傳遞至計(jì)算機(jī)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理得到目標(biāo)物體的原始圖像，并經(jīng)圖像處理技術(shù)進(jìn)一步加工，以?xún)?yōu)化圖像品質(zhì)[1]。在獲得較高品質(zhì)圖像后，以圖像特征價(jià)值信息為依據(jù)進(jìn)行整理和分類(lèi)，并由智能識(shí)別技術(shù)在對(duì)圖像信息特征識(shí)別后進(jìn)行掃描提取，以此獲得高層次抽象信息并進(jìn)行存儲(chǔ)。最后，在識(shí)別事物時(shí)，通過(guò)存儲(chǔ)信息的分析和對(duì)比，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的識(shí)別。

圖1 計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)組成

1.3 理論框架

對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的研究，可以追溯到19世紀(jì)60年代初。但是，受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能的限制，并未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。直到19世紀(jì)70年末，在計(jì)算機(jī)性能提升至足以對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)（如圖像）進(jìn)行處理時(shí)，該技術(shù)得到了較大關(guān)注和發(fā)展。在視覺(jué)計(jì)算理論下，信息處理過(guò)程極為復(fù)雜。要想準(zhǔn)確、完整地理解視覺(jué)本質(zhì)，須從不同層次和角度進(jìn)行分析與研究。對(duì)于視覺(jué)計(jì)算理論研究層次，可大致分為計(jì)算機(jī)理論、算法以及實(shí)際執(zhí)行三大部分。以理論角度分析視覺(jué)技術(shù)，對(duì)視覺(jué)信息則需通過(guò)要素圖、2.5維圖以及3維模型加以描述[2]。因此，對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，可看作為從3維環(huán)境圖像中提取、描述與解釋信息的過(guò)程，具體可分為感覺(jué)、處理、描述、識(shí)別與解釋等步驟。如圖2所示，若以上述各過(guò)程實(shí)現(xiàn)所需技術(shù)的復(fù)雜性為依據(jù)劃分層次，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)可大致分為低層視覺(jué)、中層視覺(jué)和高層視覺(jué)三個(gè)處理層次。

圖2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)理論框架

2 計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

隨著智能化電力系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，電氣設(shè)備檢修不再以時(shí)間為唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是結(jié)合了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)劃?rùn)z修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變。作為電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)中，紅外圖像故障檢測(cè)應(yīng)用最為成功，而計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)則主要應(yīng)用于電氣設(shè)備紅外圖像識(shí)別方面。

由于物體的表面溫度為影響紅外圖像的決定性因素，因此目前對(duì)電氣設(shè)備紅外圖像的拍攝和圖譜分析主要以紅外熱像儀為主，同時(shí)也是發(fā)電廠（或變電站）實(shí)施溫度監(jiān)控和電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的最佳手段。例如，在變壓器少油、輸電線(xiàn)路絕緣惡化、斷路器觸頭接觸不良等情況下所引發(fā)的局部發(fā)熱現(xiàn)象，均可借助紅外圖像進(jìn)行有效識(shí)別。對(duì)于紅外圖像的具體識(shí)別，主要是通過(guò)電氣設(shè)備實(shí)時(shí)紅外圖像和標(biāo)準(zhǔn)紅外圖像（即正常運(yùn)行狀態(tài)下的紅外圖像）的對(duì)比實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)變化超過(guò)規(guī)定閾值時(shí)，便可判定設(shè)備存在故障，同時(shí)可以對(duì)應(yīng)紅外圖像為依據(jù)確定故障位置。此外，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的紅外圖像分析電氣設(shè)備溫度及其分布情況，以此實(shí)施發(fā)電廠（或變電站）運(yùn)行溫度的有效控制[2]。例如，在火力發(fā)電廠爐墻和熱力管道的熱損耗檢測(cè)與節(jié)能管理、保溫材料的性能評(píng)價(jià)、聯(lián)合循環(huán)電廠的漏熱與溫度管理、電廠排取冷卻水的布局研究以及熱污染控制等方面，理論上均可利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的紅外圖像識(shí)別能力進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。但是，實(shí)際應(yīng)用方面，由于涉及到的圖像分析和模式識(shí)別較為復(fù)雜，因此目前因?qū)嵤╇y度較大還未得到推廣，但是勢(shì)必是以后的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 在電力線(xiàn)路監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著電力需求的日益增大，輸電線(xiàn)路架設(shè)所處環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，給線(xiàn)路巡檢工作人員帶來(lái)了極大難度。僅靠人工地面目測(cè)，不僅難以保證巡檢精度，而且存在較多盲區(qū)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)控。而直升機(jī)航測(cè)費(fèi)用昂貴，且安全隱患較多（特別是在山區(qū)等地形復(fù)雜地帶），進(jìn)行線(xiàn)路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯然不太現(xiàn)實(shí)[3]。在此背景下，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，可通過(guò)熱成像圖處理技術(shù)對(duì)輸電線(xiàn)路及其設(shè)備進(jìn)行溫度識(shí)別與分布判斷，從而實(shí)現(xiàn)電力線(xiàn)路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，在變壓器引線(xiàn)接觸不良的情況下，過(guò)負(fù)荷運(yùn)行必然會(huì)使導(dǎo)電回路產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象，此時(shí)可由無(wú)線(xiàn)圖像傳輸設(shè)備、檢測(cè)裝置、傳感器（包括CCD視覺(jué)傳感器、位置傳感器以及測(cè)距傳感器，其中CCD與測(cè)距傳感器安裝于機(jī)器人每只手的前方，位置傳感器安裝于機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的末端）與控制裝置組成的電力線(xiàn)路監(jiān)測(cè)裝置安裝于監(jiān)測(cè)機(jī)器人，利用機(jī)器人行走功能自主跨越輸電線(xiàn)路上與機(jī)器人本體連接的各種障礙，以此對(duì)全線(xiàn)路進(jìn)行溫度識(shí)別和分布判斷。同時(shí)，利用軟件分析可準(zhǔn)確獲取輸電線(xiàn)路巡檢結(jié)果，從而代替人工完成線(xiàn)路巡檢工作。該方法受環(huán)境影響較小，特別是在惡劣環(huán)境下，可有效解決線(xiàn)路巡檢難的問(wèn)題，且檢測(cè)精確和效率較高，可為線(xiàn)路故障判斷提供可靠依據(jù)。

2.3 在開(kāi)關(guān)刀閘位置監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)于電力設(shè)備中開(kāi)關(guān)刀閘的監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)可通過(guò)視覺(jué)技術(shù)自動(dòng)識(shí)別開(kāi)關(guān)刀閘的開(kāi)合和異常狀態(tài)，并對(duì)異常狀態(tài)（即刀閘不到位狀態(tài)）進(jìn)行報(bào)警。開(kāi)關(guān)刀閘的狀態(tài)分為閉合狀態(tài)、斷開(kāi)狀態(tài)以及異常狀態(tài)三種形式。此外，刀閘開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)圖位置監(jiān)測(cè)技術(shù)還可以利用到繼電保護(hù)壓板的位置（聯(lián)通或開(kāi)斷）監(jiān)測(cè)。繼電保護(hù)壓板隨變電站和電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而改變，而運(yùn)行規(guī)程規(guī)定值班人員應(yīng)掌握并保證壓板位置的準(zhǔn)確性。但是，現(xiàn)實(shí)情況中，因值班人員難以熟記而造成的錯(cuò)誤甚至釀成繼電保護(hù)誤動(dòng)作事故的情況時(shí)有發(fā)生。由于壓板上難以引出電信息，因此一般檢測(cè)方法難以解決這個(gè)問(wèn)題[3]。在此情況下，采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，由CCD相機(jī)獲取壓板盤(pán)面圖像，然后利用計(jì)算機(jī)對(duì)攝錄的圖像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，判別出各個(gè)壓板的位置是否符合規(guī)程要求，并對(duì)不符合要求的發(fā)出語(yǔ)音、圖文警報(bào)。

2.4 在變電站環(huán)境監(jiān)視中的應(yīng)用

對(duì)于無(wú)人值班變電站，可運(yùn)用無(wú)人監(jiān)視系統(tǒng)（主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和微波雙鑒探測(cè)器組成）實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控變電站及其周邊環(huán)境，然后對(duì)移動(dòng)物體利用光流法與差分圖像法等計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行識(shí)別與判斷，以此確認(rèn)物體屬性，判斷其是否為危險(xiǎn)因素。若有異常情況，可實(shí)時(shí)發(fā)出警報(bào)。實(shí)踐表明，當(dāng)天氣條件良好時(shí)，計(jì)算視覺(jué)技術(shù)對(duì)變電站監(jiān)測(cè)可保持較高水平的準(zhǔn)確度；如有火災(zāi)等急情發(fā)生，還可輔助紅外圖像識(shí)別系統(tǒng)判斷火勢(shì)并發(fā)出警報(bào)。

3 結(jié) 論

計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，有效解決了一些實(shí)際問(wèn)題，應(yīng)用前景廣泛。但是，隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)表現(xiàn)出一定的局限性，只能解決較為簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題，因此仍需不斷進(jìn)行完善和優(yōu)化。