摘要：变电站智能安全监控系统能够辨识出作业现场人员是否发生异常行为，是否需要进行报警，自动剪辑出事件发生前后一段时间内的监控视频，同时将设备与人员目标的状态显示在三维可视化模型中。还能对电力设备运行状况进行集中监控，对电力设备出现的运行异常问题进行报警通知相关人员，让值班人员及时应对处理，保证变电站可靠运行。
关键词：三维可视化技术；视频监控技术；电力系统；
1 引言
电力是国家的支柱能源和经济命脉，其安全稳定运行不仅关系到国家的经济发展，而且维系国家安全。“十二五”期间，中国电网投资规模持续扩张，到2020年，西电东送的总容量将达到1.2亿千瓦，输电距离约1000至2000公里。至此，将形成世界上屈指可数的巨型电网，将全面建成统一的坚强智能电网，初步实现建设世界一流电网的目标。变电站作为电网枢纽,其安全运行直接影响到电网的安全运行。
随着电力系统中科技水平的不断发展，未来电网逐渐向集控站模式发展。集控站模式中，无人值守变电站的应用，降低了电力企业运行成本，实现减人增效，提高了生产效率。“遥视”技术将更加被需要。视频监控系统及其远方监控功能，将成为监控人员的“千里眼”、“顺风耳”、使得变电站的重要一次设备、安防监控点等关键位置都处于实时监控状态之下。从而提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并逐步实现电网的可视化监控和调度，确保无人值守变电站调控运行更为安全、可靠。
鉴于此，本文采用三维可视化技术、视频监控技术、信息融合技术，实现变电站作业现场安全智能监控。解决作业现场因工作人员自觉性不高、监管人员工作量大等原因导致的安全隐患监管盲区监管不到位的问题。
2 建立变电站三维可视化模型
随着计算机图形学、图像处理技术的发展，信息产品的三维可视化已经成为当今的一大趋势，其在各个领域都有广泛的应用价值和潜力。为实现变电站工作现场的三维可视化，需要对变电站进行三维建模，构建变电站的三维模型。监控摄像头采集现场数据之后，对视频进行智能处理，根据设备的状态和人员目标的状态，将设备与人员的状态融合入变电站的三维可视化系统中，通过采集的数据以及处理结果实时更新目标的状态和位置，并且实时显示到变电站三维系统中。
3 视频监控技术及其关键技术研究
通过监视摄像机获取图像，由于得到的视频图像容易受到外界因素干扰，因此必须排除监视场景中非人类的干扰因素，对图像进行处理，最后将处理后的图像进行视频分析，准确判断人类在视频监视图像中的各种活动。如图1所示为视频监控系统示意图。
图1 视频监控系统示意图
视频监控技术的难点主要在以下几个方面：
背景的复杂性：光照变化引起目标颜色与背景颜色的变化；场景中前景目标与背景的相互转换；目标与背景颜色相似；目标阴影与背景颜色存在差别等。
目标特征的取舍：序列图像中包含大量可用于目标跟踪的特征信息，如目标的运动、颜色、边缘以及纹理等。但目标的特征信息一般是时变的，选取合适的特征信息保证跟踪的有效性比较困难。
遮挡问题：遮挡是目标跟踪中必须解决的难点问题。运动目标被部分或完全遮挡，又或是多个目标相互遮挡时，目标部分不可见造成目标信息缺失，影响跟踪的稳定性。
兼顾实时性与鲁棒性：序列图像包含大量信息，要保证目标跟踪的实时性要求，必须选择计算量小的算法。鲁棒性是目标跟踪的另一个重要性能，提高算法的鲁棒性就是要使算法对复杂背景、光照变化和遮挡等情况有较强的适应性，而这又要以复杂的运算为代价。
4 整体设计方案
首先，要实现运动目标行为的自动识别，通过分布式计算技术，提高视频数据的处理效率。然后，利用三维可视化技术，采集变电站的三维数据，建立变电站场景数据库，在变电站地图和场景数据库的基础之上，建立变电站的三维可视化模型。最后，对每个监控摄像头采集的数据进行处理，通过目标区域设备状态数据分析，辨识出变电站设备的运行状态以及人员目标的状态，将二者状态融合，实时反应到变电站的三维可视化模型中，并且在三维模型中对作业人员异常行为进行报警提示。
要能够对运动目标实现自动化的识别。由于电网所处的环境比较复杂，视频图像容易受到外界因素影响，因此，需要对复杂背景进行建模，然后运用算法检测和跟踪运动目标，对目标的异常行为进行分析，最终实现人员目标状态的自动识别。然后计算机能够通过观察场景中目标的运动行为，自动地得出目标在这个场景中的运动方式，同时能准确有效地分析目标的运动行为，从而分析目标行为是否异常等，当发生上述违规行为时，监控系统将发出声音预警信号。
要采集变电站现场的三维可视化数据及对现场进行建模。利用地图数字化技术对地形进行数据采集，使用扫描仪将整幅地图扫描成像之后，再进行矢量转换或屏幕跟踪。然后利用设备的数据，进行变电站设备的建模，最后根据坐标、方向、尺寸等约束条件将建立好的模型嵌入到系统所绘制的三维场景中。
通过对目标区域内设备状态数据的分析，与人员状态信息融合展示。
基于事件的视频编辑与存储方法研究，当检测到异常行为发生之后，系统自动从监控录像中检索出该事件发生的时刻，并且剪辑出事件发生前后一段时间内的监控视频，最后按照事件类型将剪辑的视频序列保存在存储器相应位置。
变电站设备与人员状态的融合显示，通过处理监控视频，辨识出监控区域内人员目标的状态，将其与目标所处的位置和设备的状态信息融合，从而判别是否发生异常行为，是否需要进行报警，同时将设备与人员目标的状态显示在三维可视化模型中。
总结
智能监控系统是变电站安全监控系统发展的必然趋势，是保证变电站作业现场人员及设备安全的重要支撑平台，减轻监督管理人员的劳动强度，增强变电站运行和维护的安全性及可靠性，通过逐步实现电网的可视化监控和调度，确保无人值守变电站调控运行更为安全、可靠。
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论文作者:王天正,王康宁,李杰,俞华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/10/9
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