三維變電站無人值班智能警衛(wèi)系統(tǒng)

張聰穎　吳婉彬　謝秋疆

摘 要：三維變電站無人值班智能警衛(wèi)系統(tǒng)，是根據(jù)無人值班變電站的特點和安保需求，利用三維平臺，建立起來的直觀、智能、高效的變電站警衛(wèi)系統(tǒng)。通過應(yīng)用該系統(tǒng)，能夠代替大部分門崗人員職能，減少變電站門崗人員配置，達(dá)到減員增效的管理目標(biāo)，也使得變電站的安保管理水平達(dá)到一個新的階段。

關(guān)鍵詞：變電站；無人值班；智能

中圖分類號：TM76

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，電力系統(tǒng)科技水平不斷提高，尤其隨著電力“三集五大”管理體系建設(shè)的不斷深入和優(yōu)化，無人值守變電站的集中管控數(shù)量日益增加，如何能高效、高質(zhì)量地進(jìn)行安保工作，是個越來越引起重視的課題。

在現(xiàn)實應(yīng)用中，變電站面積大，防范區(qū)域分布面廣，配套設(shè)施多樣，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是獲取整個變電站安防狀態(tài)信息的手段之一，同時需要配合其他傳感器全天候24×7保護(hù)整個區(qū)域，這種傳統(tǒng)方法經(jīng)常依賴于安保人員或者警衛(wèi)監(jiān)視多個攝像機(jī)或者其他傳感器，典型結(jié)果是造成安全環(huán)境完全依賴于人的注意力上。隨著時間的推移，注意力嚴(yán)重下降，從而缺少真正的保護(hù)，造成這個安全系統(tǒng)變得脆弱、不安全。而三維變電站無人值班智能警衛(wèi)系統(tǒng)，是根據(jù)無人值班變電站的特點和安保需求，利用三維平臺，建立起來的直觀、智能、高效的變電站警衛(wèi)系統(tǒng)。系統(tǒng)的監(jiān)控平臺是三維實景智能平臺，將變電站以真實三維模型呈現(xiàn)，而安保系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備則在場景中以真實位置呈現(xiàn)，以達(dá)到直觀地目的，同時友好的用戶界面也非常便于監(jiān)控人員操作、查詢。系統(tǒng)的主機(jī)可以通過圖像/數(shù)據(jù)分析及報警聯(lián)動管理，采集并分析各區(qū)域的前端傳感器或攝像機(jī)上傳來的報警及圖像視頻信號，從而實現(xiàn)對變電站關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、周界、環(huán)境、動力、門禁等部分的管理，例如邊界設(shè)置、監(jiān)視所有的周界攝像機(jī)，監(jiān)測溫濕度、人員/車輛進(jìn)出狀況等。而且，能夠?qū)缶涗浐拖嚓P(guān)視頻上傳后臺管理平臺，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、應(yīng)急預(yù)案處理。當(dāng)發(fā)生異?；蚓闀r，將信號傳輸?shù)綗o人值守系統(tǒng)的主機(jī)上進(jìn)行監(jiān)視處理，同時發(fā)出聲光報警信號，提示值班人員進(jìn)行接、出警，有效的避免了傳統(tǒng)方式過度依賴人力的弊端，真正達(dá)到“技防”的效果。

1 系統(tǒng)構(gòu)建介紹

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖介紹

如圖1，系統(tǒng)平臺以GIS地圖為載體，定位到變電站，進(jìn)入到變電站三維實景中進(jìn)行監(jiān)控，以達(dá)到直觀展示、沉浸操作、高效應(yīng)用的目的，并滿足以下監(jiān)控需求：

（1）能宏觀地看到整個場景中安保設(shè)備的位置，便于監(jiān)控人員對前方無人值班變電站的全局把握。

（2）三維實景中如門的開合狀態(tài)與前方變電站狀態(tài)是一致的，這能讓監(jiān)控人員對前方門禁狀態(tài)一目了然，便于監(jiān)控。

（3）在三維實景中直接操作前方設(shè)備，能達(dá)到便捷高效的目的。如在三維場景中直接點擊門，可進(jìn)行遠(yuǎn)程開門/關(guān)門操作；雙擊需要監(jiān)控的攝像機(jī)圖標(biāo)，即可在三維實景中展示其實時畫面，結(jié)合三維實景，便于監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)異常。

（4）三維實景中安保設(shè)備以圖標(biāo)化形式展示，相比于傳統(tǒng)二維的樹形菜單，用戶交互界面更加友好，搜索等操作都更加便捷。

部分操作界面如圖2、3、4所示：

1.2 3D模型的構(gòu)建

3D模型是根據(jù)實際變電站的場景及設(shè)備所建，根據(jù)變電站電氣設(shè)備圖和現(xiàn)場照片，使用三維建模工具（如：3DMax，Maya等）根據(jù)真實變電站場景1：1構(gòu)建，然后導(dǎo)出模型為系統(tǒng)所用，包括主變、開關(guān)柜、斷路器、隔離開關(guān)、母線、電壓互感器、電流互感器、電容器、避雷器等所有電氣設(shè)備，將這些設(shè)備以單個設(shè)備為整體從3DMax中分別導(dǎo)出obj文件，如1號主變、2號主變、101開關(guān)、102開關(guān)、3013隔離閘刀等等。

（1）導(dǎo)出規(guī)則。3D變電站場景建模完成之后，導(dǎo)出為模型為系統(tǒng)所用。導(dǎo)出規(guī)則為：若該物體在真實變電站中為單獨的實體（如：變壓器）或者需要對該物體進(jìn)行虛擬操作（如：道路），則需要將該物體導(dǎo)出為單個模型。

舉例：變壓器在真實變電站中為單獨的實體，并且變壓器有實時運行參數(shù)，人物需要對其進(jìn)行一系列操作；3D變電站場景中虛擬人物同樣需要查看變壓器的運行參數(shù)和對變壓器進(jìn)行一系列操作；滿足以上條件，所以變壓器需要單獨導(dǎo)出為一個模型。道路，此處專指真實變電站可以行走的區(qū)域；在3D變電站場景中，需要對虛擬人物的行走進(jìn)行控制，虛擬人物必須在道路的范圍內(nèi)行走；對道路需要進(jìn)行虛擬操作，所以道路也需要單獨導(dǎo)出為一個模型，以作碰撞檢測用。

（2）命名規(guī)范。模型導(dǎo)出之后，根據(jù)真實變電站中的設(shè)備名稱命名模型名稱，如真實變電站中該設(shè)備名稱為：1號變壓器，則虛擬場景中該模型的名稱為：1號變壓器.OBJ；真實變電站中該物體名稱為道路，則虛擬場景中該模型的名稱為：道路.OBJ。這樣3D變電站場景在在進(jìn)行碰撞檢測的時候，就知道檢測到的是哪個模型。

（3）實時數(shù)據(jù)。實時電力數(shù)據(jù)都是通過網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議TCP/IP進(jìn)行傳輸，如：電流，電壓。實時圖像數(shù)據(jù)也是通過網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議TCP/IP訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)返回實時圖像數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 智能聯(lián)動

智能聯(lián)動是變電站無人值班智能警衛(wèi)系統(tǒng)中的核心功能，它的自動化、智能化可以大大減輕監(jiān)控人員的工作量，提高監(jiān)控的準(zhǔn)確度，從而大大提高變電站安全性。

（1）和周界防范、安防等傳感設(shè)備結(jié)合，諸如電子圍欄設(shè)備、紅外雙鑒等，任何部位發(fā)現(xiàn)警情，自動智能巡邏查看巡視，發(fā)現(xiàn)移動目標(biāo)后自動聚焦、自動跟蹤、自動錄像。

（2）可以靈活設(shè)定警衛(wèi)時間，諸如夜晚或重要保電期間，可視終端自動偵測門口徘徊、逗留人員、自動拍照、自動錄音、自動錄像、自動喊話、自動報告監(jiān)控人員、夜間自動打開燈光等一系列操作。

（3）發(fā)現(xiàn)大門異常，跟蹤攝像機(jī)自動快速轉(zhuǎn)向大門，進(jìn)行人員/車輛的自動聚焦、自動跟蹤、自動錄像，強(qiáng)化對門開閉狀態(tài)告警的針對性可視巡視。

（4）通過設(shè)置監(jiān)控攝像機(jī)各個不同機(jī)位間的智能協(xié)防配合，當(dāng)某一監(jiān)控點發(fā)現(xiàn)異常并告警時，可以自動調(diào)取其他攝像機(jī)從不同方位和不同角度進(jìn)行自動協(xié)防監(jiān)控、錄像。

（5）運用“自動跟蹤功能”的網(wǎng)絡(luò)智能攝像機(jī)，可以設(shè)定攝像機(jī)360度全方位偵測，在偵測范圍內(nèi)出現(xiàn)移動目標(biāo)，攝像機(jī)可以自動聚焦到目標(biāo)，并自動跟蹤移動目標(biāo)。自動偵測、自動跟蹤，完美實現(xiàn)電子安保功能，24小時全天無休，不會打瞌睡，不會開小差?？深A(yù)先設(shè)定圍墻、作業(yè)區(qū)域、帶電區(qū)間的電子安保巡視線路，通過自動視頻監(jiān)測和圖像模式分析，設(shè)定視頻檢測區(qū)域的異常移動模式，遇有異常，可語音、燈光告警。一旦有任何人、動物或物體誤入設(shè)定的禁區(qū)，及時切換監(jiān)控畫面推送抓拍截圖，提醒報告安保監(jiān)控人員，并根據(jù)設(shè)定進(jìn)行安保事件記錄。

2.2 智能巡邏

根據(jù)無人值班變電站安保工作的需求，智能警衛(wèi)系統(tǒng)設(shè)置了智能巡邏功能，以通過自動化、智能化方式來減少人工巡視的工作量、提高準(zhǔn)確度。

巡邏默認(rèn)按照一個站到另一個站的方式巡邏，所有的站點都巡邏到位；巡邏的內(nèi)容包括：當(dāng)前監(jiān)控點的所有信號量設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；包括：門禁的狀態(tài)，紅外雙鑒的狀態(tài)；攝像機(jī)的圖像巡邏，分別巡邏配置好的攝像機(jī)巡邏預(yù)設(shè)位；若有多個攝像機(jī)，則以主副攝像機(jī)的方式展示，當(dāng)前正在巡邏的攝像機(jī)則在主攝像機(jī)面板展示。

智能警衛(wèi)系統(tǒng)采用3D變電站的智能尋徑巡邏算法來實現(xiàn)智能巡邏功能。3D變電站的智能尋徑巡邏算法是一種使用三維仿真技術(shù)模擬現(xiàn)實變電站真實場景，集成電力實時數(shù)據(jù)；以3D變電站場景為載體，采用3D自動尋徑技術(shù)，實現(xiàn)虛擬人物對變電站設(shè)備的實時電力數(shù)據(jù)和實時圖像數(shù)據(jù)的巡檢；達(dá)到人物直觀，遠(yuǎn)程巡邏變電站設(shè)備的智能算法。

該算法的具體描述如下：

（1）初始化組合Lp，選擇需要巡檢的模型組合，若模型組合數(shù)量小于1，則證明未選中任何模型，該算法結(jié)束；使用擴(kuò)散式射線尋點算法依次找到道路區(qū)域可到達(dá)該模型的最佳點D并記錄在組合Lp中。

（2）獲取變電站大門口的位置點Pm，將Pm設(shè)置為Lp的第一個元素。

（3）將組合Lp進(jìn)行排序，取出Lp中第一個元素設(shè)置為點Ps，Lp移出點Ps，將Ps設(shè)置為排序的起始點；新建組合Lt，將點Ps添加到Lt中。

（4）若Lp為空則至步驟5；否則遍歷組合Lp，找到點Pe滿足條件：Pe距離Ps最近；Lp移除點Pe，將點Pe添加到Lt中；設(shè)置Ps=Pe，重復(fù)步驟4；距離公式為：

（5）將Lt中相鄰兩點組合為尋徑點組合，尋徑點組合的格式為[Ps，Pe]，即一個起始點和一個結(jié)束點。如：假設(shè)Lt的點為P1，P2，P3，則尋徑點的組合為[P1，P2]，[P2，P3]。

（6）采用多線程方式實現(xiàn)尋徑，將待尋徑點組合[Ps，Pe]分配到各個線程。

（7）路徑計算完成，新建路徑組合Line，將各線程計算的路徑信息依次添加到Line中。

（8）虛擬人物根據(jù)Line中的路徑信息開始巡檢；取出Line中的第一個點作為巡檢的起始點Ps，Line移出點Ps。

（9）若Line為空，則巡檢完畢，巡檢結(jié)束；否則取出Line中第一個點作為目標(biāo)點Pe，巡檢則為虛擬人物由點Ps到達(dá)點Pe。

（10）當(dāng)巡檢點到達(dá)點Pe時，Line移出點Pe，判斷點Pe是否包含在組合Lt中；若包含，則證明巡檢點已經(jīng)到預(yù)定該模型所在位置；則相應(yīng)加載模型的電力實時數(shù)據(jù)和圖像實時數(shù)據(jù)即可。

3 結(jié)束語

隨著電力“三集五大”管理體系建設(shè)的不斷深入和優(yōu)化，無人值守變電站的集中管控數(shù)量日益增加，傳統(tǒng)的安保方式，管理手段較為單一，普遍仍然處于人治階段，管理的規(guī)范性和效率具有很大的提升空間。三維變電站無人值班智能警衛(wèi)系統(tǒng)的應(yīng)用，采用了新技術(shù)，尤其是新的信息化技術(shù)手段，一方面可以達(dá)到減員增效的管理目標(biāo)，另一方面也使得變電站的安保管理水平達(dá)到一個新的階段。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔厚坤，洪莎莎.無人值班變電站智能安防輔助系統(tǒng)設(shè)計[J].電力系統(tǒng)通信，2012（238）.

[2]趙國喜，張海峰.無人值班變電站運行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010（01）.

[3]胡珊，顧其威.無人值守變電站智能化遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程，2003（02）.

作者簡介：張聰穎（1988-），女，湖北襄陽人，助理工程師，本科，銀湖運維站副站長；吳婉彬（1966-），女，安徽蕪湖人，高級工程師，本科，主任；謝秋疆（1964-），男，安徽巢縣人，技師，大專，龍瑞運維站站長。

作者單位：國網(wǎng)蕪湖供電公變電運維工區(qū)，安徽蕪湖 241000