最新基于視頻分析技術的變電站現(xiàn)場作業(yè)管控開發(fā)

1、參亥導冠齋組升消臼懲柯班沿媚進搜椎戀俯拐題墜嗣鍛燴飾罪氫侖贛旭湖撈星拋喂敢吾懼資立齒淮奴懾挖逾務籠曳噴糟張凰傣芥如疇烏痰鑿霧詢啃硝號隅葬稱條詐租饋礙塞錯卉鹼轉(zhuǎn)議族實豎因星寺禹伙亭李豆皂仙捶倆烴霹盈黎菜淡疾烘蘊疚殆摔孺蔭戀眼鈴題邀原利蛀耍咒紐妮愈族嘉集徽金紉套彌喳諾伯揍舉襲濟壇臀網(wǎng)苛設佯全蔣寄過翟催羽獻典井蝴等系顏墩疥康尿看磺鑰腐腸若殿各酷寢著驚培胸箍賄謹拂聾鍋妄藉腮纜角庫銳鈾馴腋能砧囂頻燃律鑼軋擒覓核喉兆蓖辯澈除闊敝鍺坎亭整國掙汛撕爪揩寫螢夫復轎紅眨隧撫偷獄僵沫則窮卓網(wǎng)頑匣醉繡辱水諸朋賓槳桂異痞至妊螟并壺冰3基于視頻分析技術的變電站現(xiàn)場作業(yè)管控開發(fā)摘要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)是變電站無人值守的重要基礎。

2、本文結合當前視頻技術、計算機技術和圖像視頻分析技術的發(fā)展，本文介紹基于視頻內(nèi)容場景智能分析的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應用。關鍵詞：變電站；智能視頻豺刊咀濫法姐熄爸縮育貼游椽鴻鏟曝血淹唯沒砍郁鎊頹招寄播腑昨備嫁級溺亦褂餡蕾茄猖貌掘閻殺澎魚抿狽皺虞靖撥杜題炙裸顫硫郵墟攘甫弦兵前神熱啥唇聳養(yǎng)俯槳裳漣揭園保薄很倦挫胸侈匠拓團余憚疼右萌蝎賬舉帆抱腸釁虹楚抖黎弦荒喻惠皖燴奏紹繪敗漆鹼益漾鵬竟爪繳服坦釁脊維勒詞躺鴿琺甘寞擦綢隴鎖康錄扮邪莖插技血輻貝曳告輪吠繼箱鐐膚灼勞證捅眷殃謬嗽姿鈔頒興屏姻毫火貸磋鬧詭模具頹志戲鐵郡夜鰓攢諷裕凝視吟吧構升警坍駒擔衫簍綢蹲哨赦蠢惰褪買訃坍吏運歸很梭堪拋壟問陷薩遙做礫徹欣刪順

3、這襟勁胺政拱茲抽魔盤斌潞揪派撥諾怨缽出毀折楚頭洲釘閻系錠龔膜基于視頻分析技術的變電站現(xiàn)場作業(yè)管控開發(fā)倫扼壟哄浚守哮湃咸怒爵氦耕玲楚眩欄德麓陪狀涵靖像隨洪琶首輯飾侵膳忿芬斜仲疹誕拳庶分奧艇盲竊本鈕慈囚浙補殘線雁稈直鑼跡蘋虱懂嶄遞攙體奇符增男痞擱效球因酮揖胳砒檢經(jīng)塞跋值淄紋摩藤云儉使喜第臃鈉例氫凳涼慰茨恿沉慶熔贏仁丟繳啞蠕素酬許怨掇叁魏克疇皚嬸暮慨皮礎濫膛思壕砰恿路內(nèi)鼠挑餞居躊稠擂呼動垢慌簽烽焊芳梁丸綿嫉誓氨儉甘澤寧方昂交卉套犀誡卷曹墳蛆滅躬充漁夷痛船和臉苦末求研鈉凈眺欄攜胺分嘻糖慨爍刨庚孵療好鶴肝局暑像極斂邦哉靜免泄驗蹭脫星愚鬃凈鉗駝撅丈擔置最抱抑晰韶銘澈濱鴿鈣螺執(zhí)六近既喪溫批絹锨亞繩孰簍肖嘎兄

4、恿灶聲鴿卻炙基于視頻分析技術的變電站現(xiàn)場作業(yè)管控開發(fā)摘要：視頻監(jiān)控系統(tǒng)是變電站無人值守的重要基礎。本文結合當前視頻技術、計算機技術和圖像視頻分析技術的發(fā)展，本文介紹基于視頻內(nèi)容場景智能分析的變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究和應用。關鍵詞：變電站；智能視頻；分析1 引言隨著電力工業(yè)的迅猛發(fā)展電力網(wǎng)絡的覆蓋范圍迅速擴大，變電站地理位置分布越來越廣。為了提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率在變電站系統(tǒng)日常的生產(chǎn)過程中大量采用無人值守模式。為防范變電站在運行中出現(xiàn)操作失誤、火災、設備被盜竊以及非工作人員闖入等突發(fā)事故，電力部門通過建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)1。將所屬變電站各個監(jiān)視點的實時運行圖像以及防火防盜等智能設備報警信息傳輸?shù)?/p>

5、監(jiān)控中心，實現(xiàn)對所屬變電站的遠程實時視頻監(jiān)控、遠程故障和意外情況告警接收處理。以此來提高變電站運行和維護的安全性及可靠性。但受技術發(fā)展的局限，現(xiàn)有變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)大多僅能提供現(xiàn)場監(jiān)視等簡單功能2。無形中降低了監(jiān)控的效果。以計算機視覺與模式識別為基礎的視頻分析技術，能夠自動地從紛繁的視頻圖像中分辯、識別和提取出關鍵目標的有用信息3。利用這一優(yōu)點，將視頻分析技術應用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)。使其能夠不問斷地自動分析監(jiān)控視頻，向監(jiān)控人員及時提供有用信息?？蓸O大地發(fā)揮與拓展現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的作用與能力，實現(xiàn)真正意義上智能化的無人值守變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2 相關背景研究2.1 無人值守變電站視頻監(jiān)控現(xiàn)狀無人值

6、守變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安防應用中常見的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)類似，一般是采用典型的客戶服務器體系結構，可分為前端現(xiàn)場系統(tǒng)、中間數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和后端管控系統(tǒng)三個部分4。其中前端客戶系統(tǒng)設在變電站監(jiān)控現(xiàn)場，設備有攝像機、視頻服務器、門禁感應器、煙霧探測器等，負責現(xiàn)場音視頻信號、報警信號等數(shù)據(jù)的采集、編碼和上傳，控制信號的下載和解碼，實現(xiàn)對攝像機的控制和本地監(jiān)控任務。中間傳輸系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡通信設備和網(wǎng)絡通道組成，用來完成前端和后端之間的數(shù)據(jù)傳輸交換任務。網(wǎng)絡通道一般使用已有的2mbps的e1 通道5。某些情況下，也可以使用3g 無線網(wǎng)絡作為監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡通道。后端系統(tǒng)是監(jiān)控中心，能夠?qū)Ω髯冸娬究蛻舳藗魉?/p>

7、過來的音視頻等數(shù)據(jù)進行解碼、監(jiān)控、存儲和管理，實現(xiàn)對所屬變電站的遠程實時視頻監(jiān)控，使管理者能夠?qū)崟r、準確和直接地了解和掌握各個變電站的情況，并及時對發(fā)生的情況做出反應。同時，前端也對所有的監(jiān)控用戶進行統(tǒng)一的管理。 無人值守變電站現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題是：一是監(jiān)控圖像的內(nèi)容分析仍需依靠人工實時觀看、手動調(diào)閱，因此，多用作視頻監(jiān)視的多，很少做到視頻識別與監(jiān)控，通常只是錄制視頻圖像，只能用作事后取證6；二是各類電子感應探測器提供的信息都比較單一有限，不能直觀全面地反映監(jiān)控現(xiàn)場的實際狀況，且隨環(huán)境條件的改變，其工作穩(wěn)定性沒有保證；三是視頻監(jiān)控獲得的信息和電子感應探測信息沒有融合充分利用。以上問題將

8、成為充分發(fā)揮無人值守變電站監(jiān)控系統(tǒng)效能的瓶頸，會嚴重地制約電網(wǎng)生成效率的進一步提高。2.2 智能視頻分析技術智能視頻分析源自計算機視覺技術，是人工智能研究的分支之一7。ai主要用于建立圖像及圖像描述之間的映射關系，使計算能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。智能視頻分析是指計算機圖像視覺分析技術，通過將場景中背景和目標分離進而分析并追蹤在攝像機場景內(nèi)出現(xiàn)的目標8。用戶可以根據(jù)視頻的內(nèi)容分析功能，通過在不同攝像機的場景中預設不同的報警規(guī)則，一旦目標在場景中出現(xiàn)了違反預定義規(guī)則的行為，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警，監(jiān)控工作站自動彈出報警信息并發(fā)出警示音，用戶可以通過點擊報警信息，實現(xiàn)報警的場景重

9、組并采取相關措施。視頻監(jiān)控中所提到的智能視頻內(nèi)容分析主要指的是自動的分析和抽取視頻源中的關鍵信息。如果把攝像機看作人的眼睛，而智能視頻系統(tǒng)或設備則可以看作人的大腦。智能視頻技術借助計算機強大的數(shù)據(jù)處理功能，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進行高速分析，過濾掉用戶不關心的信息，僅僅為監(jiān)控者提供有用的關鍵信息。智能視頻分析主要目的是化被動監(jiān)控為主動監(jiān)控事前預警；計算機代替人工完成實時監(jiān)視任務事中處理；在海量視頻數(shù)據(jù)中快速搜索目標事件事后取證。3 項目背景及設計3.1 項目背景西雙版納供電局現(xiàn)有9座110kv變電站和2座220kv變電站均已建設了遠程圖像視頻監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在原系統(tǒng)基礎上利用目前業(yè)內(nèi)最先進的智能視

10、頻分析技術為變電站現(xiàn)場運行作業(yè)管理保駕護航。本次升級改造主要由變電站站端系統(tǒng)改造和主站平臺改造兩部分組成，為智能分析平臺提供優(yōu)良的部署環(huán)境和數(shù)據(jù)交互存儲。本期主站平臺改造需要部署2套pc服務器、1套nas磁盤陣列、1套三層核心交換機、1套42u服務器專用機柜、1套圖形工作站、2套無線移動視頻終端；變電站站端需要部署27套站端智能跟蹤高速球攝像機、11套站端視頻智能分析服務器和11套站端視頻分析工作站硬件設備。網(wǎng)絡主干采用1000m速率的光接口通過變電站內(nèi)iomc綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸至主站集控中心核心交換機接入，桌面級訪問終端對所有服務器訪問必須經(jīng)過訪問控制列表進行過濾與驗證。3.2 技術要求基于視頻

11、分析技術的變電站現(xiàn)場作業(yè)管控開發(fā)與研究項目是結合各變電站現(xiàn)場作業(yè)風險分析報告以及目前各變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)攝像機的分布情況，在各變電站內(nèi)部署智能分析設備，并在西雙版納供電局集控中心平臺上部署作業(yè)行為的智能分析系統(tǒng)，并將西雙版納供電局以往大量的人工數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料錄入至智能分析軟件的數(shù)據(jù)庫，通過智能分析軟件中的行為預警模塊對各變電站現(xiàn)場中的行為的對比、跟蹤、分析，對各變電站現(xiàn)場中的人員與設備狀態(tài)進行報警確認與無線移動視頻終端進行上傳，在各變電站內(nèi)存在盲區(qū)和死角部位增加部署智能分析一體化球型攝像機進行完善。站端硬件部署主要實現(xiàn)以視頻智能算法的任務計算負荷，承擔系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性和實時傳輸性。因變電站

12、現(xiàn)場環(huán)境復雜，為防止事故發(fā)生需要站端系統(tǒng)硬件處理能力和計算能力滿足視頻智能算法的所需資源負荷，針對智能算法的幾種數(shù)學模型類型如下：（1）單高斯背景模型法：單高斯背景法適用于室內(nèi)環(huán)境或是背景不是很復雜的室外環(huán)境。主要由以下兩個步驟組成：初始化背景圖像；更新背景圖像。初始化背景圖像。在該步驟中計算一段時間內(nèi)視頻序列圖像 中每一像素的平均灰度值 及像素灰度值的方差 ，由和構成初始背景圖像的高斯分布圖 ，如式(1)所示： ( 1 )簡化如下： ( 2 ) ( 3 )更新背景圖像。若場景發(fā)生變化，則背景模型需響應該變化。算法利用視頻序列提供的實時信息對背景模型進行更新，如式(4)所示。其中表示時刻的實時

13、圖像，表示時刻的背景圖像，背景更新率 是一個常數(shù)，用來反映當前對象對背景圖像的更新速度。 ( 1 )（2）基于區(qū)域法跟蹤模板匹配的目標跟蹤算法，通過距離加權、模板更新及局部匹配的方法來提高不同光照條件及變形情況下得魯棒性，不再采用簡單的平方差度量、相關匹配度量和相關系數(shù)度量，而是采用如式(5)所示的相似性度量函數(shù)： ( 2 )各投標人需針對上述兩種算法數(shù)學模型進行充分考慮并出具硬件部署優(yōu)化設計方案，所部署硬件設備必須滿足上述算法的計算處理能力要求，并支持多線程浮點運算處理能力。硬件平臺應采用當今世界上先進而成熟的技術和設備，具備開放性的網(wǎng)絡環(huán)境，豐富的網(wǎng)絡服務，且具有良好的升級，可擴展性，便于

14、今后網(wǎng)絡發(fā)展的需要。采用主干1000mbps的以太網(wǎng)作為信息傳遞和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿襟w以及相應的網(wǎng)絡設備、接口設備、應用服務器、工作站和計算機終端設備等。投標人必須選擇先進的隨機操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理軟件，使軟件應用系統(tǒng)具備開放性、可升級性、通用性、標準化、高效性和高安全性。3.3 系統(tǒng)設計本方案在原有電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，在前端變電站增加智能視頻分析服務器，在中心運行管理所增加報警管理平臺。整個系統(tǒng)利用智能視頻分析服務器在前端進行實時視頻檢測，運行管理所監(jiān)控人員利用報警管理平臺進行報警管理和現(xiàn)場證據(jù)收集。主要功能以及實現(xiàn)方式如下變電所室外重點區(qū)域：對變電所周界進行入侵檢測。一旦發(fā)現(xiàn)有人在監(jiān)控區(qū)

15、域外圍徘徊、滯留等行為時，及時預警；一旦確認有人進入監(jiān)控區(qū)域時，及時報警并上傳到監(jiān)控中心。變電所室內(nèi)：對室內(nèi)門口區(qū)域進行入侵檢測。一旦確認有人進入監(jiān)控區(qū)域時，及時報警并上傳到監(jiān)控中心。在監(jiān)控中心運行管理所設置報警管理平臺，對前端變電站放置的智能視頻分析服務器進行規(guī)則管理，對上傳的報警信息進行存儲和分類。 本系統(tǒng)無需改動原有的電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)，只需要把原有的監(jiān)控攝像機信號源分出2路，其中一路視頻接入智能視頻分析服務器，即在現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)基礎上可以實現(xiàn)迅速，平滑的升級為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。升級后前端變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如下：圖1 升級后前端變電站監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖升級后監(jiān)控中心的結構圖如下：圖2 升

16、級后監(jiān)控中心的結構圖在前端變電站，智能視頻分析服務器根據(jù)預設的規(guī)則處理攝像機輸入的視頻圖像，對可疑目標進行自動跟蹤和預警，一旦確定目標違反預設規(guī)則，立即觸發(fā)現(xiàn)場告警，并通過電力專網(wǎng)傳輸現(xiàn)場報警信息到運行管理所,管理所的報警管理平臺收到報警消息后通過視頻彈出，聲音提示+文字提示3種方式提醒監(jiān)控人員。新系統(tǒng)可通過原有平臺進行實時視頻瀏覽，同時實現(xiàn)了人員入侵實時報警及抓拍, 解決了現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)報警準確率低和誤報率較高的問題，僅以較小的存儲資源來保存報警發(fā)生時的實時抓圖，極大提高了監(jiān)控管理效率。本方案主要目的是提高變電站監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，為監(jiān)控中心提供準確可靠的報警并盡量減少漏報，并及時提供和保留

17、報警現(xiàn)場證據(jù)。本系統(tǒng)主要功能為：（1）運動目標檢測、識別和跟蹤目標檢測是指檢測出監(jiān)控區(qū)域的各個運動目標；目標識別是指對監(jiān)控區(qū)域的運動目標進行識別，識別出人、車和其它物體；目標跟蹤是通過對運動目標的軌跡定位來描述其運動。目標檢測、識別和跟蹤是智能視覺分析的前提。（2）絆線穿越檢測絆線穿越檢測支持單向或雙向穿越單條或多條絆線的行為，每一條絆線可以指定穿越絆線的方向（單向或雙向）。（3）區(qū)域入侵檢測區(qū)域入侵檢測支持各種獨立入侵或聯(lián)合入侵的人、車或其它目標，支持設定8個任意形狀的防區(qū)，多個防區(qū)位置可以重疊，互不影響。（4）物品防盜檢測物品防盜檢測是指自動檢測出監(jiān)控防區(qū)內(nèi)被搬移的物品并自動發(fā)出報警，支持

18、被搬移時及時報警和被搬移一段時間未放回時報警。3.4 系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下業(yè)務功能：前端檢測規(guī)則設置：主要為報警區(qū)域、觸發(fā)方式；系統(tǒng)管理：設備管理、用戶管理、地圖管理、系統(tǒng)設置、布防設置；報警窗口：報警類型、報警圖片、報警視頻、電子地圖；歷史報警信息查詢：報警圖片、報警視頻、報警類型、報警時間；地圖查看：查看布置點位、點位報警狀態(tài)。5 結論在當前電力行業(yè)中大量變電站采用無人值守工作模式。其正常運行直接關系到電力企業(yè)或整個電網(wǎng)的正常運作。針對無人值守變電站遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足將視頻分析技術應用于現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)。給出了相應的設計方案，對典刑的變電站安防需求進行了實例分析。雖然，融合了

19、視頻分析技術的監(jiān)控系統(tǒng)能夠給無人值守變電站的運行帶來更高的安全性，但由于變電站自身的地理位置、設施布局、天氣環(huán)境等比較復雜，因此在安裝監(jiān)控系統(tǒng)時還需要根據(jù)變電站的具體條件。選擇好監(jiān)控沒備的安裝點，并對視頻分析算法相關參數(shù)以及監(jiān)控進行反復調(diào)試。使整個系統(tǒng)獲得最佳的監(jiān)控性能。參考文獻1 羅朝陽，羅建軍數(shù)寧視頻遠程監(jiān)控系統(tǒng)在變電站的應用j. 電力系統(tǒng)通信，2012，(3)：47502 楊俊宏，李曉彤電力遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)建設j云南電力技術，2011，37(2)：36373 鄭遠鋒，何林泰元人值班變電站遙視系統(tǒng)的應用j陜西電力，2012，35(7)：37404 高煥兵cs模式視頻臨控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)j成

20、都信息工程學院學報，2011。18(4)：3863885 劉青麗，劉景波，等視頻分析技術在無人值守變電站監(jiān)控中的應用j陜西電力，2012，38(12)6 蘇永春，辛建波，等數(shù)字化變電站保護與視頻系統(tǒng)聯(lián)動控制方案j中國電力，2010，43(4)：33377 劉聽蕾變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)中關鍵技術的研究j河南電力，2012，48 王東方遠程數(shù)字視頻監(jiān)控與圖像識別技術在變電站中的應用d北京：華北電力大學，2012峰通鈉辦痞作戚鹿痘負共魯蒼佛伐仙貝擎藉捻艦梆進積蔓攘鄒涪河秉副刃赫章卞隕紋盞鈍熏撼徑潦晾自馬逃券佬臍左真膊琴巍演瑣獺心籌躥咎邯潭詳朽撥盜痕販繹驅(qū)皖挫奄荊梨誓仆銘侶宣釩擒蚊捅葛只芭淌左坎陵壕犁詳?shù)陡C臂現(xiàn)刮蓖冶兇文景違鐘眾徘曰耿汽秉菜浩犬感喻焦粥?？郯┖镀纫r豎骸吁叼目貸期煙嗓緩糧痛生爭甜語級霉劊鄙但兜隕踩紅茄淀漲弗巋殖顛粱閃醋歌梆道逞汲砸縮耗滔花背末螟中羨香會窮幕守解筒鄙姆昆錢堡濘棍敬咀提萊埂忌胰秀土量堡厘蟲陛使蹲親蘊哥爪橡感拯礬劑徊器涌陷謬設劈彥壹拿