變電站三維可視化安全管理

楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

變電站三維可視化安全管理

楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

介紹了三維可視化在變電站安全管理中的應(yīng)用，通過(guò)引入最新的精確定位、智能視頻識(shí)別、三維仿真等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)區(qū)域安全狀況的實(shí)時(shí)分析及預(yù)警，及時(shí)發(fā)出安全提醒，提高變電站安全管理工作的便捷化、智能化，降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度和人因失誤可能，切實(shí)有效地保障變電站運(yùn)行安全。

三維可視化；精確定位；智能視頻；三維仿真

0 引言

隨著變電站管理智能化水平的提高，對(duì)變電站人身安全智能化預(yù)防和管理也提出更高的要求。通過(guò)預(yù)防和管理，減少突發(fā)事件可能產(chǎn)生的人員傷害，防止變電站作業(yè)過(guò)程中發(fā)生人身傷亡事故。

目前變電站安全管理的主要目的是杜絕誤操作導(dǎo)致的人身傷亡事故，主要手段是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定作業(yè)區(qū)域圍欄，運(yùn)行人員通過(guò)視頻監(jiān)控整個(gè)施工作業(yè)過(guò)程，但是這種方式對(duì)人員依賴程度較高，無(wú)法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和實(shí)時(shí)提醒。如何更好地利用現(xiàn)代化的設(shè)備及技術(shù)，智能直觀地進(jìn)行人身安全管理，成為亟待完善的發(fā)展需求。

采用最新的精確定位、智能視頻識(shí)別、三維仿真等三維可視化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)安全態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)分析及預(yù)警，提高安全管理工作的便捷化、智能化，成為新的發(fā)展方向。

此管理方法能幫助運(yùn)行人員實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地定位檢修作業(yè)人員位置，同時(shí)規(guī)范作業(yè)人員作業(yè)區(qū)域，極大地降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率，切實(shí)有效地保障變電站運(yùn)行安全。

1 三維可視化技術(shù)特點(diǎn)

1.1 主要技術(shù)方法

（1） 精確定位技術(shù)。目前變電站內(nèi)精確定位技術(shù)，尤其是精確到1 m以內(nèi)的定位技術(shù)，在安全管理方面還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。利用CSS（線性調(diào)頻擴(kuò)頻）技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)人員的精確定位，是一種全新的嘗試。

（2） 三維場(chǎng)景展示。對(duì)整個(gè)變電站中的各種設(shè)備、區(qū)域進(jìn)行三維仿真建模，能夠清晰展示整個(gè)變電站區(qū)域的安全態(tài)勢(shì)，使人員在操作時(shí)更加直觀方便。各間隔獨(dú)立建模，在展示時(shí)根據(jù)需要顯示作業(yè)區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)。

（3） 智能視頻識(shí)別。利用計(jì)算機(jī)對(duì)視頻監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行智能實(shí)時(shí)分析，輔助人員判斷安全狀況，提高監(jiān)控效率。

（4） 站內(nèi)設(shè)備集成。充分利用變電站的現(xiàn)有資源為安全管理服務(wù)，把變電站內(nèi)的擴(kuò)音設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備等集成到一個(gè)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)信息的集中處理，最大限度地滿足快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的管理需求，實(shí)現(xiàn)安全態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)分析和預(yù)警。

1.2 主要?jiǎng)?chuàng)新與亮點(diǎn)

（1） 利用CSS技術(shù)實(shí)時(shí)定位，結(jié)合視頻監(jiān)控全過(guò)程跟蹤系統(tǒng)對(duì)工作人員進(jìn)行監(jiān)控，管理人員可以以此對(duì)每一個(gè)工作人員的工作狀態(tài)以及工作安全程度進(jìn)行管理。

（2） 可提前在數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器中設(shè)置特定的安全區(qū)域、工作區(qū)域、危險(xiǎn)區(qū)域等。當(dāng)工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)及時(shí)發(fā)出提醒，減少誤入隱患。

（3） 通過(guò)收集相應(yīng)的視頻資料，進(jìn)行三維仿真建模和智能化分析，將現(xiàn)場(chǎng)安全狀況更加有效和直觀地展現(xiàn)給管理人員。

（4） 系統(tǒng)本身可持續(xù)運(yùn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期持續(xù)的安全管控。

2 三維可視化安全管理功能

2.1 人員的精確定位

目前較小區(qū)域定位的技術(shù)比較多，常用的技術(shù)有WiFi定位、RFID（射頻識(shí)別）無(wú)線定位、UWB（超寬帶）無(wú)線定位、CSS定位等。但能夠精確到0.5 m左右的定位技術(shù)卻很少，重點(diǎn)考察CSS技術(shù)及相應(yīng)的產(chǎn)品。

CSS技術(shù)需要在變電站周邊設(shè)置數(shù)個(gè)接收基站，并實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)同步。進(jìn)入變電站區(qū)域的人員需要攜帶定位用的傳感器，接收基站通過(guò)感知傳感器的信號(hào)進(jìn)行精確定位。傳感器是比較小的有源標(biāo)簽，可綁定在安全帽或胸卡上，方便作業(yè)人員攜帶，并可對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行分類，分為檢修人員、運(yùn)行人員等。

人員在變電站區(qū)域內(nèi)活動(dòng)時(shí)，根據(jù)其作業(yè)區(qū)域不同，在監(jiān)控畫(huà)面上顯示其警戒區(qū)間，并顯示人員的位置及移動(dòng)路線。

2.2 作業(yè)區(qū)域的精確劃分

根據(jù)設(shè)備所占用的空間及安全距離的多少，在地圖內(nèi)劃分出危險(xiǎn)區(qū)、安全區(qū)、共用區(qū)（2臺(tái)設(shè)備之間可以共用的區(qū)域）等。

在每個(gè)變電站間隔處，需要標(biāo)示作業(yè)時(shí)的安全活動(dòng)范圍。在工作人員進(jìn)行檢修作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)工作票指定的間隔判斷是否越界，而不需要每次工作時(shí)再進(jìn)行設(shè)置，可減少運(yùn)行人員的工作量。每個(gè)間隔的編碼與PMS（電力管理系統(tǒng)）中的編碼對(duì)應(yīng)，以便系統(tǒng)能夠判斷檢修作業(yè)所在的位置，從而判斷作業(yè)區(qū)域是安全區(qū)還是危險(xiǎn)區(qū)。

檢修工作計(jì)劃是系統(tǒng)判定現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)的基礎(chǔ)，可以從PMS等系統(tǒng)進(jìn)行此類信息的實(shí)時(shí)抽取，也可采用人工錄入或模板導(dǎo)入等，但必須保證計(jì)劃信息及時(shí)、準(zhǔn)確。在檢修計(jì)劃中要提取出檢修人員的標(biāo)識(shí)信息，以完成與定位設(shè)備信息的對(duì)應(yīng)。提取檢修時(shí)間信息，對(duì)于作業(yè)區(qū)與危險(xiǎn)區(qū)的劃分也起到?jīng)Q定性作用。

2.3 直觀可視化的監(jiān)控效果

為了直觀展示變電站態(tài)勢(shì)和人員所處的位置，系統(tǒng)將對(duì)變電站實(shí)現(xiàn)三維仿真模擬，所有的設(shè)備設(shè)施與真實(shí)場(chǎng)景一致。

變電站地圖實(shí)時(shí)顯示站內(nèi)人員活動(dòng)軌跡和信息，人員以三維立體圖形方式在場(chǎng)景中展示，以實(shí)際作業(yè)人員頭像進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)精確定位的坐標(biāo)展示在三維場(chǎng)景中。有檢修工作時(shí)，可實(shí)時(shí)顯示檢修區(qū)域的范圍及站內(nèi)人員的準(zhǔn)確位置；無(wú)檢修工作時(shí)，可實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行區(qū)及站內(nèi)人員的準(zhǔn)確位置。

2.4 越界提醒及記錄

將可視化系統(tǒng)與語(yǔ)音廣播系統(tǒng)集成，在工作人員處于非安全區(qū)時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)播音器自動(dòng)播放提醒語(yǔ)音，提醒相應(yīng)人員立即撤離危險(xiǎn)區(qū)域。與變電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，在工作人員處于非安全區(qū)時(shí)，根據(jù)定位區(qū)域確定監(jiān)控設(shè)備，自動(dòng)截取該時(shí)間段內(nèi)的錄像片段，保存在服務(wù)器中。

自動(dòng)錄像的來(lái)源包括變電站內(nèi)原有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和新投入的智能視頻監(jiān)控設(shè)備，因此需要將各種視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，自動(dòng)截取并保存指定時(shí)間段內(nèi)的視頻文件。

2.5 其他輔助功能

（1） 圍欄區(qū)域識(shí)別。在作業(yè)區(qū)域一般會(huì)設(shè)置圍欄，提醒作業(yè)人員或其他人不得隨意進(jìn)出。可在圍欄上加裝電子標(biāo)簽，系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)簽信息在監(jiān)控圖中自動(dòng)劃出作業(yè)區(qū)域，當(dāng)有人進(jìn)出作業(yè)區(qū)域時(shí)，觸發(fā)報(bào)警提醒。

（2） 檢修情況監(jiān)督。在檢修工作結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)，選中其中某位檢修人員，可在系統(tǒng)模塊中查詢?cè)撊藛T行動(dòng)軌跡；選中運(yùn)行人員或者其他人員，也可以查詢?cè)撊藛T進(jìn)站時(shí)間、離站時(shí)間，并能查詢其在站內(nèi)的行動(dòng)軌跡。

（3） 檢修現(xiàn)場(chǎng)回放。檢修工作結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，可以查詢檢修工作過(guò)程中，所有人員在站內(nèi)的行動(dòng)軌跡，及在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)所有人員的位置。人員的行動(dòng)軌跡可通過(guò)系統(tǒng)二維界面進(jìn)行展示，同時(shí)也可調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的錄像記錄，查看當(dāng)時(shí)的具體工作畫(huà)面。

為了實(shí)現(xiàn)以上功能，需要投入2套智能視頻監(jiān)控設(shè)備，其中1套布置在站區(qū)入口處，監(jiān)控進(jìn)出變電站人員情況；另1套布置在作業(yè)區(qū)域，用于監(jiān)控員工在作業(yè)過(guò)程中的行為規(guī)范。

3 變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用智能視頻圖像分析技術(shù)建設(shè)可視化、智能化的變電站智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)除提供變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖像、開(kāi)關(guān)操作過(guò)程狀態(tài)圖像、儀器儀表工作狀態(tài)圖像及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等工作現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像外，還提供現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員違章自動(dòng)識(shí)別及現(xiàn)場(chǎng)的語(yǔ)音報(bào)警功能，從而達(dá)到對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)的可視和可控狀態(tài)，從技術(shù)手段上進(jìn)一步加強(qiáng)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，有效杜絕因作業(yè)違章而引發(fā)的人身傷亡及設(shè)備損壞事故。

智能視頻圖像分析技術(shù)通過(guò)對(duì)監(jiān)視攝像機(jī)中的視頻圖像進(jìn)行分析，并具備對(duì)風(fēng)、雨、雪、落葉、飛鳥(niǎo)、飄動(dòng)的旗幟等多種背景的過(guò)濾能力。通過(guò)建立人類活動(dòng)的模型，借助計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力，使用各種過(guò)濾器，排除監(jiān)視場(chǎng)景中非人類的干擾因素，準(zhǔn)確判斷人類在視頻監(jiān)視圖像中的各種活動(dòng)。智能視頻圖像分析技術(shù)可以解決以下問(wèn)題：

（1） 實(shí)現(xiàn)人員位置的精確定位；

（2） 實(shí)現(xiàn)作業(yè)區(qū)域的精確劃分；

（3） 實(shí)現(xiàn)直觀可視化的監(jiān)控效果；

（4） 實(shí)現(xiàn)越界提醒及記錄；

（5） 實(shí)現(xiàn)檢修情況監(jiān)督、圍欄區(qū)域識(shí)別、檢修現(xiàn)場(chǎng)回放等。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)變電站安全管理的智能化研究、建設(shè)，將促進(jìn)安全管理模式從傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定管理向新興數(shù)字信息系統(tǒng)管理的轉(zhuǎn)變，極大降低誤操作風(fēng)險(xiǎn)，提高變電站可靠性和安全性。目前變電站三維可視化安全管理工作正處于快速發(fā)展時(shí)期，通過(guò)研究和實(shí)踐提升了變電站智能化管理水平，為今后智能化管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 吳在軍，胡敏強(qiáng).基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（10）：61-65.

2 張沛超，高 翔.數(shù)字化變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（24）：73-77.

3 鐘連宏，梁異先.智能變電站技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

4 吳少華.220 kV變電站數(shù)字化改造工程［J］.廣東電力，2010，23（6）：38-42.

5 張 喜，陳 華.基于MITK的三維體繪制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［C］.計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)，廣西，2009.

2016-03-08。

楊西銀（1983-），男，助理工程師，主要從事變電安全管理的工作，email：yangxiyin@139.com。

劉 江（1976-），男，助理工程師，主要從事電力安全管理的工作。

田 鋒（1982-），男，工程師，主要從事電力安全管理工作。

陳曉平（1984-），男，工程師，主要從事輸電安全管理工作。