基于圖像模式識(shí)別的變電站隱蔽區(qū)域異物入侵監(jiān)測(cè)預(yù)警三維平臺(tái)系統(tǒng)

龐瑾　成兵　楊芬

摘 要：本系統(tǒng)平臺(tái)嘗試在變電站隱蔽區(qū)域入口處布設(shè)高清晰度數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和輔助光源，利用攝像機(jī)內(nèi)置自動(dòng)圖像模式識(shí)別技術(shù)，當(dāng)有異物入侵時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)控畫面中圖像變化的原因進(jìn)行分析研判，感知并確認(rèn)“異物入侵”這類型的事件，及時(shí)觸發(fā)攝錄取證并報(bào)警。同時(shí)，將監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)以三維實(shí)景平臺(tái)展示，輔以人物模式和眼睛模式兩種模式進(jìn)行場(chǎng)景呈現(xiàn)，讓監(jiān)測(cè)人員對(duì)前方隱蔽區(qū)域產(chǎn)生直觀沉浸感，給監(jiān)控操作帶來極大的便利。

關(guān)鍵詞：異物入侵；報(bào)警；監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP391.4

隨著科技的發(fā)展，視頻分析、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮著不可替代的作用，但如何將上述先進(jìn)技術(shù)在電力安全運(yùn)行及維護(hù)管理上實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)化”、“實(shí)用化”、“智能化”的突出運(yùn)用是電力企業(yè)一直關(guān)注的重點(diǎn)。

蕪湖供電公司擔(dān)負(fù)著整個(gè)蕪湖地區(qū)的電力發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、電力設(shè)施建設(shè)維護(hù)等生產(chǎn)管理和電力營(yíng)銷工作。為了進(jìn)一步提高變電站管理水平、確保供電可靠性、規(guī)范變電站的日常管理和設(shè)備運(yùn)維保障，公司研制出一套布設(shè)于隱蔽區(qū)域，集成化程度高、偵測(cè)靈敏且誤報(bào)少的異物入侵防范系統(tǒng)。

地下電纜等電力設(shè)施設(shè)備，敷設(shè)在地面以下，且電纜溝空間狹小，不容易觀測(cè)[1]。電纜溝、電纜夾層、防靜電地板下面、屏柜內(nèi)部等這類通常作為線纜、電路傳輸?shù)闹饕獏R聚通道和狹小空間都屬較為隱蔽的區(qū)域。

如圖1中所示，上述區(qū)域巡檢探查困難，卻經(jīng)常遭遇蛇、鼠等小型外來異物攀爬，往往帶來不可預(yù)控的安全隱患或設(shè)備損毀（諸如：短路、絕緣層破損以及電源擊穿等）。此類因異物入侵行為導(dǎo)致重大損失的后果因其事發(fā)前的隱蔽特性而防范不易，而目前的防范手段耗費(fèi)諸多人力卻效果不佳。

鑒于此，公司嘗試在變電站隱蔽區(qū)域入口處布設(shè)高清晰度數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和輔助光源，利用攝像機(jī)內(nèi)置自動(dòng)圖像模式進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)有異物入侵時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)監(jiān)控畫面中圖像變化進(jìn)行分析研判，感知并確認(rèn)“異物入侵”事件，及時(shí)觸發(fā)攝錄取證，并將報(bào)警信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心或管理人員的移動(dòng)終端，可有效預(yù)防由此隱患導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。同時(shí)，將監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)以三維實(shí)景平臺(tái)展示，輔以人物模式和眼睛模式進(jìn)行場(chǎng)景呈現(xiàn)，讓監(jiān)測(cè)人員對(duì)前方隱蔽區(qū)域產(chǎn)生直觀沉浸感，給監(jiān)控操作帶來極大的便利。

1 平臺(tái)構(gòu)成

異物入侵監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是能在隱蔽區(qū)域進(jìn)行智能監(jiān)控以及對(duì)異物入侵監(jiān)測(cè)預(yù)警這樣一種特定的融合智能化數(shù)字視頻、智能警衛(wèi)、一鍵巡視、音頻驅(qū)離、預(yù)警播報(bào)、警情分析等于一體的遠(yuǎn)程統(tǒng)一智能監(jiān)控平臺(tái)。結(jié)合自動(dòng)視頻監(jiān)控分析與圖像模式識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)對(duì)前端采集數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)備份，同步檢索查看，隱蔽現(xiàn)場(chǎng)巡視，記錄分析警情數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程告警畫面推送、定時(shí)定人策略報(bào)警等功能。異物入侵監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確為安全生產(chǎn)管理提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)和有效手段。所有這些功能均是在三維平臺(tái)上應(yīng)用展示，場(chǎng)景圖像直觀、監(jiān)控操作便利。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2中所示：

2 攝像機(jī)的移動(dòng)偵測(cè)功能

攝像機(jī)的移動(dòng)偵測(cè)功能是監(jiān)測(cè)異物入侵的核心。攝像頭按照不同幀率采集得到的圖像會(huì)被CPU按照一定算法進(jìn)行計(jì)算和比較，當(dāng)畫面有變化時(shí)（如有異物闖入或移動(dòng)等）計(jì)算比較結(jié)果得出的數(shù)字會(huì)超過閾值，攝像機(jī)能根據(jù)設(shè)定做出相應(yīng)的動(dòng)作，發(fā)出告警聲或播放事先設(shè)定好的聲音（如貓叫用以驅(qū)趕老鼠）。

首先，影像偵測(cè)先進(jìn)行測(cè)量步驟，即是將影像切割成數(shù)個(gè)不連續(xù)部分，測(cè)定這些影像部分在各時(shí)段內(nèi)的光線變化，然后辨別出這些變化究竟是導(dǎo)客觀條件轉(zhuǎn)換還是物體移動(dòng)。一般而言，切割影像的方式有以下幾種：

（1）畫素分割：將影像分割成非常小的圖畫成分（畫素），可以有百萬個(gè)區(qū)塊；

（2）小區(qū)塊分割：將影像分隔為幾百個(gè)或幾千個(gè)等比大小或不同大小的區(qū)塊；

（3）大區(qū)塊分割：將影像分為百來個(gè)不同大小的區(qū)塊。

畫素分割方式會(huì)獲得相當(dāng)多的影像資訊[2]，因此需要大量的電腦演算資源進(jìn)行辨別。而大區(qū)塊分割的方式雖不會(huì)造成電腦資源的負(fù)擔(dān)，但由于提供的影像資訊較少，因此不容易區(qū)分出大環(huán)境的變化。因此，本系統(tǒng)采用小區(qū)塊分割方式，既可獲得足夠的影像識(shí)別資訊，又不用擔(dān)心造成電腦演算負(fù)荷。

其次，進(jìn)行辨識(shí)程序。本平臺(tái)以物體大小進(jìn)行偵測(cè)，然后觀察一段時(shí)間內(nèi)的移動(dòng)歷程與空間大小，以推斷持續(xù)的移動(dòng)方位。因?yàn)楸酒脚_(tái)所應(yīng)用的場(chǎng)景多為變電站電纜溝等封閉隱蔽區(qū)域，有效地設(shè)定移動(dòng)物體尺寸，是增加移動(dòng)偵測(cè)準(zhǔn)確率的關(guān)鍵。而且設(shè)定時(shí)也要特別注意當(dāng)入侵者接近攝影機(jī)時(shí)，物體尺寸會(huì)比遠(yuǎn)離攝影機(jī)要大。

再次，進(jìn)行移動(dòng)識(shí)別，因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)景是電纜溝等封閉隱蔽區(qū)域，在這些黑暗區(qū)域攝像機(jī)會(huì)同時(shí)配上燈光長(zhǎng)期照明，這就避免了室外光線變化對(duì)辨識(shí)所產(chǎn)生的影響而造成誤判的可能?？梢酝ㄟ^背景減除法、時(shí)間差分法、光流法等算法進(jìn)行識(shí)別，做出判斷。

3 雙視野模式的三維平臺(tái)展示

本監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是在三維實(shí)景平臺(tái)中展示的。此三維平臺(tái)將隱蔽場(chǎng)景用三維逼真模型真實(shí)再現(xiàn)地展示在監(jiān)控操作人員面前，從而讓場(chǎng)景更直觀，操作更便利。如圖3為隱蔽場(chǎng)所圖：

如圖4所示為3D逼真展示隱蔽場(chǎng)所圖，可見，在中心平臺(tái)建立變電站隱蔽區(qū)域（如電纜溝、電力隧道）的三維模型，報(bào)警點(diǎn)位可以清晰的在三維模型上進(jìn)行移步換景般的直觀顯示、圖像推送，準(zhǔn)確定位以及多維數(shù)據(jù)融合展示。

同時(shí)，在這三維實(shí)景平臺(tái)中，操作人員的視角可以選擇虛擬人物視角或眼睛視角。

如圖5所示為虛擬人物視野，虛擬人物的視角即是在場(chǎng)景中監(jiān)控人員以第三人的視角看虛擬人物在場(chǎng)景中的巡視；而眼睛視角即是在場(chǎng)景中監(jiān)控人員以自己的視角看在場(chǎng)景中的巡視，如圖6所示。虛擬人物視角可以對(duì)整個(gè)場(chǎng)景的宏觀更好把握，因?yàn)橛刑摂M人物在場(chǎng)景中作為比照，不過這種模式也有很大的局限性，虛擬人物視角不能脫離虛擬人物，必須實(shí)時(shí)跟隨虛擬人物動(dòng)作，否則會(huì)失去真實(shí)性和體驗(yàn)效果；而采用眼睛模式模擬虛擬人物的眼睛來操作，可實(shí)現(xiàn)虛擬人物無法完成的操作，如：抬頭，低頭，左看，右看，前置和后置；此時(shí)眼睛模式的視野可脫離虛擬人物進(jìn)行操作，而不失真實(shí)性和體驗(yàn)，相反，實(shí)現(xiàn)3D變電站隱蔽場(chǎng)所復(fù)雜場(chǎng)景的多視角，靈活、準(zhǔn)確，并且便捷查看。眼睛模式需滿足以下條件：

（1）眼睛模式的默認(rèn)位置為：現(xiàn)實(shí)中人的眼睛位置1：1映射到虛擬人物中。

（2）眼睛模式的視野對(duì)于虛擬人物不可見。

4 結(jié)束語

異物入侵監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用將大大降低人員在隱蔽區(qū)域巡視的勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)難度，解決傳統(tǒng)檢查有死角的隱患，讓值班員擺脫頻繁、重復(fù)的檢查工作，節(jié)約了人力。通過對(duì)隱蔽區(qū)域異物入侵的偵測(cè)報(bào)警發(fā)布，提示相關(guān)人員進(jìn)行有針對(duì)性檢查，可提高工作效率。

本系統(tǒng)可使防小動(dòng)物檢查達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，及時(shí)并有針對(duì)性的檢查封堵，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜缺陷、異物入侵情況[3]。本項(xiàng)目實(shí)施將有助于提高電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行性，減少小動(dòng)物造成的線路跳閘停電事故發(fā)生率，保障企業(yè)、居民用電，提升供電公司服務(wù)形象和服務(wù)質(zhì)量，提升經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]易禮鴻，傅波，谷穎.淺析三維可視化在電纜運(yùn)維管理中的應(yīng)用[J].科學(xué)致富向?qū)В?014（20）.

[2]常波.畫面分割技術(shù)在視頻監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].遼寧廣播電視技術(shù)，2012（04）.

[3]魯守銀，錢慶林，張斌.變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006（13）.

作者簡(jiǎn)介：龐瑾（1987-），女，河南西華人，助理工程師，本科，神南運(yùn)維站副站長(zhǎng)；成兵（1967-），男，安徽蕪湖人，高級(jí)工程師，本科，綜合檢修班班長(zhǎng)；楊芬（1977-），女，安徽蕪湖人，工程師，本科，技術(shù)員。

作者單位：國(guó)網(wǎng)蕪湖供電公變電運(yùn)維工區(qū)，安徽蕪湖 241000