圖像識(shí)別在電力信息化中的應(yīng)用

張靖　郝宇星　薛曉茹　張永梅　路宇

摘 要：文章主要從電力信息化的角度來(lái)探討圖像識(shí)別技術(shù)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的相關(guān)問(wèn)題。首先對(duì)圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行概述，然后分析了我國(guó)電力信息化的現(xiàn)狀，最后探討了圖像識(shí)別在電力信息化中可能應(yīng)用的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；圖像識(shí)別；信息化

電力是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源基礎(chǔ)，推動(dòng)電力信息化對(duì)于我國(guó)的能源安全而言無(wú)疑是一個(gè)有效的保障。圖像識(shí)別是信息技術(shù)中的代表，如何在電力系統(tǒng)中應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)將是今后電力信息化需要思考的重要問(wèn)題。

1 圖像識(shí)別技術(shù)概述

所謂圖像識(shí)別，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)于獲取的圖像進(jìn)行分析、處理以及理解，從而分辨出不同模式下的目標(biāo)的技術(shù)。隨著信息化進(jìn)程的不斷加快，圖像識(shí)別在社會(huì)各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越深入，成為生產(chǎn)生活中的一種重要技術(shù)手段，尤其是對(duì)于人工智能的發(fā)展具有重要的支撐作用。在進(jìn)行圖像識(shí)別之前首先必須獲取所需的圖像，主要通過(guò)攝影機(jī)、攝像機(jī)來(lái)獲得。由于在圖像獲取的過(guò)程中會(huì)受到儀器本身以及外部環(huán)境等因素的影響，需要對(duì)所獲取的圖像進(jìn)行預(yù)處理，從而去除圖像中的干擾和噪聲，提高圖像的質(zhì)量。之后還需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)如變換、增強(qiáng)、分割等對(duì)于圖像的特征進(jìn)行提取和分析，對(duì)圖像內(nèi)的物體的特征進(jìn)行描述。在圖像識(shí)別的過(guò)程中，圖像識(shí)別模型的構(gòu)建是必不可少的環(huán)節(jié)，其中應(yīng)用得較多的有模板匹配以及原型匹配模型兩種。利用模板匹配模型進(jìn)行目標(biāo)的識(shí)別必須只能分辨出與模板相一致的目標(biāo)，而原型匹配模型在對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別時(shí)只需要目標(biāo)與原型模板存在相似性即可進(jìn)行識(shí)別。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，其對(duì)于電力的需求在不斷增加，如何安全高效地為社會(huì)發(fā)展提供充足的電能成為電力系統(tǒng)改革的重點(diǎn)目標(biāo)。而通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力信息化無(wú)疑是一個(gè)重要的選項(xiàng)，作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要分支，圖像識(shí)別相信可以在電力信息化的過(guò)程中發(fā)揮出重要的支撐作用[1]。

2 我國(guó)電力信息化的現(xiàn)狀

電力工業(yè)是一個(gè)涉及規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)、配送、營(yíng)銷等多個(gè)環(huán)節(jié)的復(fù)雜信息，電力信息化就是通過(guò)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)對(duì)電力工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化改造，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)代化升級(jí)，將傳統(tǒng)的電力工業(yè)打造成高度集約化、知識(shí)化以及化工業(yè)的產(chǎn)業(yè)。實(shí)現(xiàn)電力信息化是不斷提高電力工業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，它主要涵蓋了管理信息化以及生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化這兩個(gè)大的方面。

我國(guó)的電力信息化發(fā)端于20世紀(jì)60年代，通過(guò)早期的信息技術(shù)初步實(shí)現(xiàn)了變電站以及發(fā)電廠的自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)。到了20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展一日千里，各種新技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)，我國(guó)電力信息化的發(fā)展也呈現(xiàn)出了井噴的態(tài)勢(shì)。電力信息化改變了原來(lái)僅僅局限于單機(jī)和單項(xiàng)目的信息化局面，開始朝著整體性、網(wǎng)絡(luò)化以及綜合性的方向邁進(jìn)，由局部應(yīng)用延伸到了全局應(yīng)用，由單機(jī)運(yùn)行延伸到了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，信息化水平大大提高?，F(xiàn)如今，信息化已經(jīng)成為所有電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)以及管理的重要戰(zhàn)略目標(biāo)[2]。

3 圖像識(shí)別在電力信息化中的應(yīng)用

圖像識(shí)別是計(jì)算機(jī)技術(shù)中的重要分支，它代表著未來(lái)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。在電力信息化的過(guò)程中，研究和應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)于電力信息化的進(jìn)程具有促進(jìn)作用。

3.1 圖像識(shí)別在電力設(shè)備在線檢測(cè)中的應(yīng)用

電力設(shè)備檢測(cè)是我國(guó)電力系統(tǒng)最早實(shí)現(xiàn)信息化的環(huán)節(jié)之一，圖像識(shí)別技術(shù)由于其具有高度智能化的優(yōu)勢(shì)，在電力設(shè)備檢測(cè)中可以發(fā)揮重要的作用，進(jìn)一步提高電力設(shè)備檢測(cè)的自動(dòng)化和智能化水平。利用圖像識(shí)別技術(shù)來(lái)進(jìn)行電力設(shè)備檢測(cè)不僅是必要的，而且也是可行的[3]。

3.1.1 基于圖像識(shí)別的電力設(shè)備檢測(cè)總體方案

許多發(fā)電廠和變電站都構(gòu)建起了較為完善的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此為基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)來(lái)檢測(cè)和分析電力設(shè)備的目的。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)是視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中對(duì)于電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的主要設(shè)備，它的傳感器是電荷耦合元件（Charge-Coupled Device，CCD），可以將獲得的信息轉(zhuǎn)換成光信號(hào)然后傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。在整個(gè)系統(tǒng)中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)是核心，圖像的處理、分析和識(shí)別都有賴于它來(lái)進(jìn)行。在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集到監(jiān)控圖像后，計(jì)算機(jī)就會(huì)通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行分析和處理，如果發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備異常就會(huì)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向主站計(jì)算機(jī)發(fā)送報(bào)警，進(jìn)行預(yù)警。

3.1.2 圖像識(shí)別的流程

圖像識(shí)別是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中包含著多個(gè)不同的步驟，每一個(gè)步驟對(duì)于識(shí)別的結(jié)果都有重要的影響，決定著電力設(shè)備檢測(cè)工作能否順利進(jìn)行下去。

（1）進(jìn)行圖像預(yù)處理。

受到各種因素的影響，通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采集的圖像存在著各種各樣的質(zhì)量問(wèn)題，如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理的環(huán)節(jié)就直接拿過(guò)來(lái)用就會(huì)對(duì)識(shí)別和分析的結(jié)果帶來(lái)極為不利的影響。在這個(gè)步驟中先要把采集的圖像進(jìn)行灰度化處理，然后通過(guò)平滑濾波將圖像中的噪聲干擾進(jìn)行消除，在通過(guò)平滑濾波處理圖像時(shí)可以采用引入加權(quán)系數(shù)的平滑模板來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行平滑處理后通過(guò)直方圖均衡處理來(lái)保障圖像的質(zhì)量。

（2）選取二值化閾值。

在圖像識(shí)別過(guò)程中需要占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存，如果圖像的量大就會(huì)影響到計(jì)算和識(shí)別的速度，不利于保障電力設(shè)備檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。除了提高硬件性能外還可以通過(guò)改進(jìn)算法來(lái)提高處理的速度。通過(guò)把圖像帶灰度的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成二值數(shù)字信號(hào)可以為圖像分析提供更大的便利，提升計(jì)算和識(shí)別的速度。圖像二值化主要有全局閾值、動(dòng)態(tài)閾值以及局部閾值這3種方法。

（3）識(shí)別電力設(shè)備。

在完成了以上兩個(gè)步驟后，目標(biāo)圖像的質(zhì)量已經(jīng)可以滿足分析和識(shí)別的要求，開始進(jìn)入了電力設(shè)備原件的識(shí)別階段。在識(shí)別電力設(shè)備時(shí)，如果采用模版匹配模型的識(shí)別方法無(wú)疑是極為低效的，不利于電力設(shè)備檢測(cè)能力的提升，因此，可以通過(guò)序貫相似性檢測(cè)算法來(lái)進(jìn)行電力設(shè)備識(shí)別工作。

（4）故障分析和判斷。

進(jìn)行電力設(shè)備檢測(cè)的目的除了監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以外，還包括找出出現(xiàn)故障的電力設(shè)備，并判斷故障類型，最終排除設(shè)備故障。為了實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的判斷，就需要通過(guò)幀差法將當(dāng)前的圖像與歷史圖像進(jìn)行比對(duì)來(lái)判斷，要是設(shè)備存在異常狀態(tài)，圖像中就會(huì)出現(xiàn)突變、新增輪廓等。然后系統(tǒng)就可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒相關(guān)人員進(jìn)行故障排除。

3.2 圖像識(shí)別在電力營(yíng)銷中的應(yīng)用

電力營(yíng)銷是電力工業(yè)系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在供電企業(yè)業(yè)務(wù)中占據(jù)著核心的地位，電力營(yíng)銷的質(zhì)量決定著電力企業(yè)的生存和發(fā)展。隨著供電企業(yè)信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，信息化的營(yíng)銷管理系統(tǒng)已經(jīng)得到了全面的推廣，并且促進(jìn)了電力營(yíng)銷服務(wù)質(zhì)量的提高，但是其中還有一些問(wèn)題沒(méi)有得到有效的解決，需要借助于新的技術(shù)手段進(jìn)行進(jìn)一步的改善。其中撤回電能表表數(shù)填寫就是其中較為突出的問(wèn)題之一，由于需要操作員通過(guò)營(yíng)銷管理系統(tǒng)進(jìn)行手工錄入，很可能會(huì)出現(xiàn)誤操作影響到信息的準(zhǔn)確性，給企業(yè)和客戶造成損失。若能將圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到電力營(yíng)銷中，撤回電能表表數(shù)填寫就能通過(guò)機(jī)器和程序自動(dòng)完成，電能表型號(hào)、電能表表示數(shù)以及電能表?xiàng)l碼信息的準(zhǔn)確性將會(huì)有大幅度的提升。

電力營(yíng)銷圖像識(shí)別系統(tǒng)需要有一個(gè)固定的操作平臺(tái)，在平臺(tái)中把撤回電能表置于拍照區(qū)，計(jì)算機(jī)就會(huì)自主控制數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行圖像的采集，在采集完圖像后就可以通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)來(lái)識(shí)別電能表的型號(hào)、表示數(shù)以及條碼等。操作臺(tái)主要由工控主機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、控制開關(guān)以及顯示器等設(shè)備構(gòu)成，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在采集完撤回表相關(guān)信息后還可以通過(guò)信息管理功能對(duì)于相關(guān)的信息進(jìn)行管理，完成整理、分析、統(tǒng)計(jì)等相關(guān)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，圖像識(shí)別是一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可以有效推動(dòng)電力信息化的進(jìn)程，促進(jìn)電力系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫景明.電力信息化安全的重要性及構(gòu)建[J].中國(guó)科技縱橫，2016（9）：164.

[2]馬青，管保安，張揚(yáng)，等.基于圖像識(shí)別技術(shù)的電力系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)[J].華電技術(shù)，2011（11）：31-34.

[3]胡博，劉國(guó)華，李偉，等.圖像識(shí)別技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用[C].南寧：電力行業(yè)信息化年會(huì)，2009.