戴 亮，張 維，吳 昊

（江蘇祥泰電力實(shí)業(yè)有限公司，江蘇泰州 225300）

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，視頻分析識(shí)別技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得大量的視頻數(shù)據(jù)智能化應(yīng)用已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。隨著視頻采集裝置在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂弥饾u增多，視頻影像數(shù)據(jù)每時(shí)每刻都在產(chǎn)生；而影像資料處理技術(shù)在影像資料應(yīng)用中的地位日益凸顯。在電力企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和運(yùn)行等方面，以往都是建立一個(gè)基于視頻影像的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系，以達(dá)到實(shí)時(shí)這一效果，所構(gòu)建的視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程場(chǎng)景在線(xiàn)，主要集中在防盜等安全防范領(lǐng)域。隨著智能設(shè)備、視頻圖像技術(shù)的發(fā)展以及變電站輔助監(jiān)控系的統(tǒng)建設(shè)和進(jìn)一步完善，當(dāng)前變電站存儲(chǔ)了海量的視頻圖像信息，因此，如何結(jié)合變電站日常工作要求，利用好這些視頻圖像數(shù)據(jù)成為當(dāng)前變電站智能化運(yùn)維管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

1 傳統(tǒng)運(yùn)維方式存在的問(wèn)題

變電站分布范圍廣，設(shè)備類(lèi)型多樣，運(yùn)行維護(hù)較困難。由于現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)體系還不完善，目前的運(yùn)行檢測(cè)工作還存在如下問(wèn)題：①設(shè)備巡視是檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行故障的主要方法，按照設(shè)備的重要程度，巡維中心規(guī)定每天/隔天/每周安排運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)巡視設(shè)備，對(duì)設(shè)備的外觀(guān)、表計(jì)、二次壓板等進(jìn)行巡視。目前變電站的巡視方式與技術(shù)發(fā)展有很大差距，很多工作仍然采取人工巡視、人工記錄、頻繁往返等方式，不僅耗費(fèi)人力、物力，而且運(yùn)行人員技能、責(zé)任心等參差不齊，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。②SCADA 系統(tǒng)的投入使用，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)、變電站的模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。包括設(shè)備位置信息，保護(hù)管理系統(tǒng)輔助設(shè)備信息，SOE 信號(hào)；常見(jiàn)的報(bào)警信號(hào)，故障信息等。變電站終端的遙視系統(tǒng)，消防安全系統(tǒng)，巡檢機(jī)器人，其中，門(mén)禁等附屬系統(tǒng)的大部分資料都沒(méi)有遠(yuǎn)程傳輸，缺乏一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)。各系統(tǒng)的管理水平較低，綜合運(yùn)用水平較低，存在著“孤島”的問(wèn)題。多個(gè)監(jiān)測(cè)接口的存在極大地影響了運(yùn)維人員監(jiān)視和查看預(yù)警的工作效率；各個(gè)附屬系統(tǒng)之間缺乏信息交流，各個(gè)模塊相互獨(dú)立，操作和維護(hù)都不方便。③當(dāng)電力設(shè)備出現(xiàn)重大異常時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)溫度升高、電壓和電流異常引起發(fā)熱等現(xiàn)象。目前，一、二次裝置的溫度測(cè)量多依賴(lài)于操作人員定期手持紅外熱像儀進(jìn)行，操作人員對(duì)設(shè)備的溫度測(cè)量不能保證，不能及時(shí)了解設(shè)備的工作狀態(tài)，存在溫度盲區(qū)；對(duì)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行不利。④在控制集成模式中，當(dāng)調(diào)度中心遙控變電站內(nèi)的設(shè)備下達(dá)指令時(shí)，僅能確定操作對(duì)象操作前后的位置狀況，而不能直接看到現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，也不能判斷是否分合到位，需要運(yùn)維人員在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)操作是否到位、有沒(méi)有異常發(fā)生等，無(wú)法一鍵順控到底，需要人工干預(yù)。近幾年，大批無(wú)人值守站投入運(yùn)行，使變電站的運(yùn)行工作量大大增加。尤其是500 kV及以上的變電站，很多地方都很偏僻，若不能一鍵控制，就得由維保中心的運(yùn)營(yíng)人員坐車(chē)到變電站，浪費(fèi)大量的人力和物力，停機(jī)復(fù)用的時(shí)間并不能縮短。

2 功能需求分析

2.1 一鍵順控功能

倒閘作業(yè)是變電站作業(yè)人員的一項(xiàng)重要工作，設(shè)備停電檢修、新設(shè)備投運(yùn)等，都要進(jìn)行倒閘作業(yè)，且作業(yè)量呈幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，運(yùn)行人員短缺的矛盾也越來(lái)越突出，而順控操作可以有效地解決這一矛盾。順控操作是指一次設(shè)備和二次設(shè)備，通過(guò)使用變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的程序控制模塊，根據(jù)操作單的運(yùn)行次序，并對(duì)其進(jìn)行檢查；實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備智能運(yùn)行。如果在進(jìn)行了連續(xù)控制后，仍然要求操作人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備狀況，確認(rèn)無(wú)誤后再運(yùn)行，人為干預(yù)會(huì)使順控作業(yè)的優(yōu)越性發(fā)揮不出來(lái)，不能實(shí)現(xiàn)一次順控。智能化的變電站運(yùn)檢與監(jiān)視系統(tǒng)，通過(guò)與視頻監(jiān)控、巡視機(jī)器人進(jìn)行交互，獲得相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行錄像，對(duì)切換裝置的位置進(jìn)行智能識(shí)別，并將判定結(jié)果反饋至自動(dòng)控制系統(tǒng)。順序控制無(wú)須人力介入，真正實(shí)現(xiàn)了一次順控、一鍵完成，操作人員不必與高壓設(shè)備直接接觸，基本杜絕了人員傷亡。在后臺(tái)進(jìn)行遙控操作，無(wú)需安排人員前往變電站，不會(huì)受到距離和交通狀況的限制，大大提升了工作效率，減少控制開(kāi)關(guān)的時(shí)間，尤其是涉及到主變、母線(xiàn)的大規(guī)模運(yùn)行，減少送電和延遲送電的可能性，從而提高用戶(hù)滿(mǎn)意度。

2.2 智能視頻監(jiān)視功能

通過(guò)配置高清晰攝像機(jī)，可以實(shí)時(shí)、清晰、流暢地顯示變電現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像，并將歷史監(jiān)視視頻保存起來(lái)，方便隨時(shí)查看。監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋了變電站的全部電氣設(shè)備，其范圍包括：一次設(shè)備的外觀(guān)、主變本體、油位表；油溫計(jì)，GIS 開(kāi)關(guān)設(shè)備位置狀態(tài)，SF6氣壓計(jì)、主控室內(nèi)各個(gè)防護(hù)屏上的指示燈、壓板、電容器、避雷器的工作次數(shù)、漏電計(jì)等?？蓪z像機(jī)在順控下進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，智能地對(duì)切換裝置的位置狀況進(jìn)行識(shí)別，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的異常信號(hào)的確認(rèn)。

2.3 機(jī)器人巡視功能

對(duì)變電站的設(shè)備進(jìn)行巡視是操作人員的一項(xiàng)重要工作。該系統(tǒng)配備了巡檢機(jī)器人，可以設(shè)計(jì)出多種巡檢任務(wù)，例如全面巡檢、特殊巡檢。在全面巡檢模式下，機(jī)器人按照預(yù)定的巡檢內(nèi)容、巡檢時(shí)間、巡檢周期、線(xiàn)路等參數(shù)，自動(dòng)開(kāi)始并完成巡檢工作。在特殊的監(jiān)控模式下，由操作人員確定監(jiān)控內(nèi)容，人工開(kāi)始監(jiān)控，智能監(jiān)控機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)行巡視。巡檢錄像存儲(chǔ)在系統(tǒng)后臺(tái)，方便操作人員查閱，采用智能識(shí)別和手動(dòng)遙控的方法，實(shí)現(xiàn)巡檢工作。巡檢機(jī)器人可與順控操作協(xié)同工作，在接到指令時(shí)自動(dòng)抵達(dá)巡查所需的設(shè)備，并對(duì)切換裝置的位置進(jìn)行拍照，并將其上傳至背景影像識(shí)別模塊；智能地辨識(shí)切換裝置的位置狀況。通過(guò)機(jī)器人巡檢，可以節(jié)約人工，有效地提高了維護(hù)工作的效率和質(zhì)量，并對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面的了解。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用層次化設(shè)計(jì)，軟件功能模塊化封裝，總體架構(gòu)如圖1所示。分為硬件層、操作系統(tǒng)層、通信總線(xiàn)層、數(shù)據(jù)庫(kù)層、公共服務(wù)層、中間件服務(wù)層和應(yīng)用層。在軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)ICE 中間件服務(wù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Web，CS、移動(dòng)終端等不同類(lèi)型客戶(hù)端的支持。

圖1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 ICE中間件

針對(duì)跨平臺(tái)技術(shù)的選擇特性，結(jié)合多語(yǔ)言的混合編程，提出了基于ICE 中間件的中間件服務(wù)界面的設(shè)計(jì)。ICE的體系結(jié)構(gòu)包含了客戶(hù)端和服務(wù)端，ICE內(nèi)核，ICEAPI，對(duì)象適配器，ICE 代理，ICE 框架，ICE 框架，客戶(hù)ICE 核心，服務(wù)器核心，對(duì)象適配器，ICE框架，Slice，代理，框架，Slice，Slice。高級(jí)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員為異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的對(duì)象中間件提供一套強(qiáng)有力的特性和功能支撐；由于采用ICE 中間件技術(shù)，開(kāi)發(fā)者無(wú)需太多地關(guān)注跨平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)底層通信以及分布對(duì)象，因此可以把更多的精力集中在業(yè)務(wù)邏輯代碼的處理上。利用ICE 中間件技術(shù)，將平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)信息發(fā)送到接收接口、數(shù)據(jù)庫(kù)操作接口、信令交互等不同編程語(yǔ)言的調(diào)用接口中，而業(yè)務(wù)代碼則僅需要關(guān)注業(yè)務(wù)，完成客戶(hù)端或服務(wù)端的初始化后，按照通用接口調(diào)用實(shí)現(xiàn)。

4.2 聯(lián)動(dòng)方案

利用基于圖形的可視化邏輯過(guò)程建模，并將腳本驅(qū)動(dòng)技術(shù)與編程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了基于任務(wù)、事件、網(wǎng)關(guān)等模式的邏輯圖表，通過(guò)對(duì)可視化的邏輯過(guò)程進(jìn)行建模，使其具有柔性，并與腳本驅(qū)動(dòng)技術(shù)相結(jié)合。本技術(shù)具有如下特征：①實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的智能化聯(lián)動(dòng)控制。采用基于任務(wù)、事件、網(wǎng)關(guān)等邏輯模式的聯(lián)動(dòng)控制業(yè)務(wù)，以事件模式為觸發(fā)條件，任務(wù)模式為具體實(shí)施行為，網(wǎng)關(guān)模式為邏輯分支。②該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部和外部設(shè)備之間的連接。提出了一種以邏輯圖形為基礎(chǔ)的聯(lián)動(dòng)邏輯模型，并實(shí)現(xiàn)了可視化的結(jié)構(gòu)編輯。③系統(tǒng)能通過(guò)邏輯關(guān)系的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)串、并、混合執(zhí)行；具有腳本驅(qū)動(dòng)、閉鎖判斷、動(dòng)態(tài)干涉等多種交互作用。

4.3 視頻分析算法

視頻圖像算法分析仍然采用傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)，主要包括3個(gè)步驟：①針對(duì)變電站實(shí)際應(yīng)用的特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了特征表達(dá)問(wèn)題，選取了適合特征模型的映射區(qū)域作為特征矢量；②將所學(xué)到的分類(lèi)算法進(jìn)行分類(lèi)；③采用人工設(shè)計(jì)和自動(dòng)學(xué)習(xí)等方式對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，提高了特征模型的表達(dá)能力。

5 智能化應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

（1）刀閘識(shí)別。在遠(yuǎn)程“一鍵操作”命令發(fā)出后，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)動(dòng)作設(shè)備的多維實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行位置預(yù)設(shè)，用于采集操作前設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備動(dòng)作視頻、操作后狀態(tài)的圖像；通過(guò)錄像，并與圖象分析算法相結(jié)合，進(jìn)行狀態(tài)辨識(shí)，對(duì)順控操作的視頻源進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)異常報(bào)警進(jìn)行了支持；確?？煽康倪h(yuǎn)程一鍵操作。

（2）智能連接。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況時(shí)，與SCADA 運(yùn)行數(shù)據(jù)和PMS 臺(tái)賬數(shù)據(jù)結(jié)合，應(yīng)用系統(tǒng)專(zhuān)家?guī)斐绦?，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)評(píng)估分析模型分析結(jié)果，向告警服務(wù)程序推送異常信息，觸發(fā)智能聯(lián)動(dòng)推理機(jī)服務(wù)程序啟動(dòng)相應(yīng)處理流程。通過(guò)聯(lián)動(dòng)將監(jiān)控一次設(shè)備的視頻圖像直接形象地展示給用戶(hù)，用戶(hù)不但獲取了臺(tái)賬數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)和告警數(shù)據(jù)，還能夠?qū)崟r(shí)獲取設(shè)備場(chǎng)景圖像，讓運(yùn)維人員全方位掌控設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

（3）操作行為。變電站員工人數(shù)眾多，管理難度大。采用變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)，利用視頻分析模塊，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作中的違法行為進(jìn)行自動(dòng)分析和統(tǒng)計(jì)；習(xí)慣錯(cuò)誤的自動(dòng)記錄。監(jiān)控人員只要在系統(tǒng)中查看操作，就可以獲得操作的狀態(tài)，并將分析的結(jié)果和操作抓圖保存起來(lái)，以便隨時(shí)調(diào)閱。

6 結(jié)束語(yǔ)

在“云，大，物，移”等新技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和智能化的需求下，提升智能化系統(tǒng)實(shí)用性、創(chuàng)新性和管理性的問(wèn)題有待深入研究。文章從基礎(chǔ)應(yīng)用開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)的課題研究工作，從海量的視頻中自動(dòng)挖掘包括一次生產(chǎn)設(shè)備的健康狀況、安全生產(chǎn)業(yè)務(wù)價(jià)值信息等。下一步將通過(guò)深度學(xué)習(xí)等方法進(jìn)一步研究視頻影像技術(shù)，通過(guò)視頻技術(shù)的應(yīng)用做出更加適合變電站智能化應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)。