变电站视频图像自动识别技术的研究

变电站视频图像自动识别技术的研究

赵雅婷

关键字：变电站；视频图像；自动识别；SCADA

1研究必要性

随着电力行业的快速发展和技术的进步，电力系统内各种输变电设备数量越来越多、分布范围越来越广，相应的运行维护量也变得越来越大，因此变电站无人值班，调度侧集中设备监控按调控一体化管理运行已成为了常态。同时，各种贵重的变电设备放在无人值守工作站里也容易被不法之徒破坏或偷窃，轻的造成财产损失，重的则造成设备和人身安全事故，给电网安全运行造成重大威胁。本着安全第一、预防为主的宗旨，变电视频监控系统作为运行监控人员视觉的延伸的电子眼在无人值守和少人值守变电站建设中发挥了重要的作用。

从目前的变电站视频监控工作开展情况来看，变电站视频监视系统一般靠人工监视：在监控中心上千路图像在大屏幕轮寻显示，视频图像完全依靠人工肉眼察看，常态检修监视和非常态安全事件也完全依靠人工发现。为了克服视频监视系统“只监不控”“轮换查询漏检”“人工滞后判断”等现状，避免在实际应用中延误电力系统故障处置时机。同时,也为规范检修操作,要求工作人员操作时必须处于规定安全区域内,并严格禁止无关人员进入变电站内。进而为进一步提升变电站安全运行保障能力,需要对变电站设备区域,尤其是高压危险区域内出现的移动目标进行视频图像自动检测识别和实时跟踪，并与调度自动化SCADA/EMS系统安全事件联动，克服现有视频系统人工切换图像和肉眼判断所造成的漏检和滞后问题,能够有效提升了全天候智能监控站内的安全生产能力。

2国内外研究水平

目前,变电站视频监控系统受原有建设模式影响较大,现有各类视频系统市随着无人值班工作模式的推进分布、分批建设的，目前统一接入、集中控制和一体化运维是供电公司各级管理单位主要开展的工作。在视频信息的识别和预警方面，主要开展了区域、设备视频识别预警及与火灾、门禁等共同组成变电站辅助系统提升变电站自动化、智能化水平。但以调度自动化SCADA/EMS系统变化数据为基础，将安全事件与视频定位联动，进行设备运行状态识别和异常事件预警等研究工作尚未见正式文献报道。

3关键技术研究

1）变电站视频图像及运动目标检测

变电站视频图像检测方法有背景差分法和帧差法,背景差分法对动态场景的变化,如光照和噪声的干扰比较敏感,其精度在某些场合满足不了需求;帧差法适用于背景与前景的灰度有明显对比度的情况,依赖于运动物体的速度和帧间的时间间隔,并且较难提取出运动目标的所有特征点,易产生空洞。清华大学设计了针对野外环境的侦测系统,能够实现对感兴趣目标的检测和跟踪;中科院计算所研究了针对体育视频的目标检测和跟踪;Kass等用基于能量的Snake模型实现对运动目标的有效跟踪;JacekCzyz等运用目标颜色特征和粒子滤波相结合的方法,能够有效实现多个运动目标的跟踪。综述文献,在视觉跟踪中跟踪目标是图像中提取的目标特征,如果在每一帧图像中,特征位置或形状都能被准确确定,则物体能被很好的跟踪。粒子滤波是通过非参数化的蒙特卡罗方法,模拟实现递推的贝叶斯滤波,其核心思想是利用一组带权值的随机样本(粒子)表示系统随机变量的后验概率分布,适用于任意非线性模型及任意分布的噪声,其精度可以达到最优估计,且算法简单,易于编程实现,已被广泛的应用在计算机视觉、目标跟踪等领域。

2）安全事件采集及变电站视频联动

所谓的SCADA自动化系统(supervisorycontrolanddataacquisition)，就是我们所说的数据采集与监控系统。它主要是受计算机技术得支撑，对各种生产过程进行调度自动化控制的系统。目前，SCADA系统软件不仅在石油、化工等行业的数据信息采集和监督控制中起到很大的作用，而且广泛的运用于水利和电力事业的监控中。SCADA系统软件，可以在无人值班的情况下，实时、自动对设备运行情况进行长时间的精准监视和控制，并且从中获取有效的信息数据，为管理人员提供有力的评价参考。SCADA系统软件是如今电力系统运行监控中必不可少的监控工具，在电力系统的安全监督中起到了不容忽视的作用，极大的提高了电力调度的水平和效率。

本研究过程中对于SCADA系统中的各类遥信数据，尤其是设备动作事件是触发变电站视频控制的起点，通过对设备动作数据的采集，自动将相对应变电站视频设备调整到能够反映设备动作情况的角度、远近，辅助运行监控人员第一时间观察视频图像，并提供视频识别分析功能，根据图像特征判断设备状态变化。

4研究内容

1）对变电站设备区域尤其是高压危险区域及周围环境实现更加直观全面的实时安全检测和控制。基于Hough变换原理，结合边缘检测和数学形态学方法，实现变电站警戒线检测，实现人员及物体的闯入、异动等情况预警。

2）根据设备局部位置及外观变化自动识别设备分合位置、分头位置及仪器仪表状态并与预警。基于颜色特征的粒子滤波人物跟踪算法，实现了人物自动检测与报警。

3）自动检测出变电中的异常事件例如设备发生故障、爆炸，非工作人员闯入高压区等等，并进行预警。基于图像二值化，结合中值滤波和形态运算提取颜色信息智能识别设备运行状态，设备异动情况实时预警。

4）接入SCADA系统数据,设备动作后第一时间控制视频抓取动作设备关键部位并推送给相关人员。根据设备动作情况主动触发视频设备对关键部位的定位及焦距调整，第一时间向相关负责人进行动作预警及视频推送。

5总结

变电站视频图像自动识别技术的研究避免了只靠人工监控可能出现的漏检、迟滞的情况，实现设备监控智能化降低了监控人员的工作量，进一步优化供电公司资源配置、降低变电站运维成本、实现差异化运维提升运维效率和精益化水平。