三維實景智能視頻監(jiān)控平臺在變電站中的應(yīng)用研究

牛祉霏 祖振陽 吳美萱 李天驕

摘 要：變電站三維實景智能視頻監(jiān)控平臺以沉浸式手段再現(xiàn)變電站場景，解決了傳統(tǒng)視頻圖像系統(tǒng)管理模式存在的諸多問題，以先進的智能算法將三維場景自動關(guān)聯(lián)到攝像機，實現(xiàn)多維度實景的視頻攝像、多數(shù)據(jù)采集的實時告警、智能化設(shè)置的自動巡視等功能，對變電站的設(shè)備及其他設(shè)施進行安全保衛(wèi)管控，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題的發(fā)現(xiàn)、分析及判定。

關(guān)鍵詞：變電站 三維實景 視頻監(jiān)控

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0052-02

1 研究背景

隨著無人值守變電站數(shù)量的逐年增加，無人值守變電站內(nèi)的“現(xiàn)場眼睛”（各種攝像機）的數(shù)量隨之遞增。視頻圖像系統(tǒng)以“攝像機為核心”的傳統(tǒng)管理模式已無法適應(yīng)變電站大范圍、多場景、全方位的展示需求，而且也突顯出“樹形列表+標注名稱”管理方式下的視頻設(shè)備管理流程復(fù)雜、查詢及檢索異常操作繁瑣、效率低下等問題。

變電站三維實景智能視頻監(jiān)控平臺以沉浸式手段再現(xiàn)變電站場景，它不僅實現(xiàn)無人變電站視頻監(jiān)控的“監(jiān)”，更具有智能化的“控”，對變電站的設(shè)備及其他設(shè)施進行安全保衛(wèi)管控，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題的發(fā)現(xiàn)、分析及判定。它滿足了變電站“以電氣設(shè)備為核心”的管理需求，實現(xiàn)了以電氣設(shè)備查看為本源的直接、全方位、多維度、一體式的操控模式。

2 技術(shù)實現(xiàn)

將視頻圖像融合于三維實景場景，實現(xiàn)場景和視頻的“虛實無縫融合”。系統(tǒng)服務(wù)器在顯示器上呈現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)攝像頭在三維系統(tǒng)中的分布圖，并接收各網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻圖像，以浮窗形式顯示某被界面選擇的攝像頭拍攝的實時視頻圖像。這種展示方式真正實現(xiàn)了三維整體實景中的“局部實時圖像”，讓變電站的視頻圖像系統(tǒng)“溶入”三維實景場景中，進一步增強現(xiàn)場沉浸。

以三維直觀的方式展示多攝像機的實時位置和攝像機的當(dāng)前監(jiān)測視野，更加直觀地實現(xiàn)變電站三維可視化呈現(xiàn)，更加便捷、直觀、高效地關(guān)注站內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)移動變電站三維可視化界面中的鼠標至某個設(shè)備上時，可以通過明顯的延展虛線直觀了解“關(guān)注”該設(shè)備的視頻監(jiān)控攝像機位分布情況。而當(dāng)雙擊“關(guān)注”的設(shè)備時，延展虛線所指示的各機位上的視頻監(jiān)控畫面將以彈窗方式進行“同屏同步”呈現(xiàn)。

直接在三維場景中點擊相應(yīng)的“電氣設(shè)備”，各種與該設(shè)備相關(guān)的外觀實時視頻、歷史多角度圖片、告警事件錄像都可以“一觸即現(xiàn)”。而且與此設(shè)備相關(guān)的多角度實時視頻、多角度告警事件錄像、圖片均可直觀、便捷地展示，并可實現(xiàn)多維異構(gòu)數(shù)據(jù)信息的“同屏同步”的呈現(xiàn)，如圖1所示。

3 功能特點

3.1 多維度實景的視頻攝像功能

鼠標靠近監(jiān)控攝像頭可以實時查看監(jiān)控視頻；雙擊攝像機圖標，以面板的方式展示該攝像機的圖像，選擇面板右側(cè)的攝像機操作面板，可對攝像機執(zhí)行左右旋轉(zhuǎn)、聚焦、補光、雨刷、手動拍照、全屏顯示、退出全屏、拍照數(shù)據(jù)檢索查看等操作；鼠標接近某設(shè)備，自動關(guān)聯(lián)可拍攝到該設(shè)備的攝像機，路徑以虛線形式展示；場景還可展示機器人的可見光和熱紅外圖像，當(dāng)鼠標靠近圖像面板，圖像面板左側(cè)顯示操作面板，可實現(xiàn)全屏或非全屏兩種模式查看實時圖像數(shù)據(jù)，云臺復(fù)位，可見光和熱紅外同步拍照，歷史圖像查看，重新加載等功能。

3.2 多數(shù)據(jù)采集的實時告警功能

三維場景中，每個設(shè)備模型可以通過實時采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時，三維場景會自動將該設(shè)備渲染成告警模式并快速定位，提示操作人員及時排除故障。所有的圖像、安防、消防、周界、門禁、溫濕度、各種傳感設(shè)備、三維一次電氣設(shè)備及其附件的各種屬性、數(shù)據(jù)、動作、變化規(guī)律，均可以作為組合告警條件，進行組合告警觸發(fā)。機器人巡檢產(chǎn)生的告警數(shù)據(jù)也在此處進行展示，包括超溫告警，壓力表讀數(shù)過低等。

三維實景中開關(guān)刀閘等檔位開關(guān)分合動作的前后拍照、支持動作過程錄像，以及和SCADA系統(tǒng)的綜合比對分析，推送直觀告警報告；自動監(jiān)測GIS室內(nèi)的六氟化硫及氧氣濃度，智能控制風(fēng)機，智能控制門禁的人員進出，異常時三維場景中直觀自動推送告警畫面，現(xiàn)場啟動風(fēng)機，阻止人員進入，語音播報內(nèi)部超標告警值，三維場景中直觀自動推送告警信息和告警畫面；三維實景中GIS等常見壓力表等儀表類安全區(qū)域的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中避雷器泄漏電流等儀表類異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中斷路器等儲能開關(guān)的彈簧儲能位置指示異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中電纜溝內(nèi)小動物偵測等，偵測到小動物提供過程拍照、錄像、直觀推送告警。

3.3 智能化設(shè)置的自動巡視功能

在三維實景中，設(shè)定巡視時間、巡視目標任務(wù)等，系統(tǒng)自動生成巡視任務(wù)，按照巡視計劃，自動進行設(shè)備的圖片拍照、錄像，可進行圖像的外觀分析比對、熱紅外分析比對、SCADA融合分析比對，生成符合電力生產(chǎn)的電力巡檢報告。

設(shè)定計劃、巡邏路線，攝像機自動按步驟巡視、巡邏，發(fā)現(xiàn)人員、車輛，自動跟蹤、錄像、監(jiān)控中心自動推送告警信息和告警畫面。

4 三維場景自動關(guān)聯(lián)到攝像機的智能算法

變電站三維實景智能視頻平臺在顯示器上可通過光標跟隨、雙擊的方式進行界面選擇攝像頭，被界面選擇的攝像頭通過焦距、角度可調(diào)的方式將拍攝的最佳實時視頻圖像顯示在顯示器上。具體算法如下。

步驟一：設(shè)鼠標在顯示器屏幕上的坐標位置為A（x，y），采用三維引擎技術(shù)通過屏幕空間映射確定其在三維空間的位置坐標B（x，y，z）。

步驟二：以空間坐標點B（x，y，z）為起點，根據(jù)三維視野當(dāng)前的觀察方向V，初始化射線（B，V）。

步驟三：在引擎自帶的BIHTree場景結(jié)構(gòu)中將新建射線Ray與發(fā)射線最近的包圍體進行結(jié)合、碰撞。

步驟三：以Ray（B，V）在場景中做射線碰撞檢測，返回所有的相交模型信息，判斷返回的相交模型信息中是否包含網(wǎng)絡(luò)攝像機的模型信息；若包含網(wǎng)絡(luò)攝像機模型信息，則返回其模型信息。

步驟四：根據(jù)所獲得的網(wǎng)絡(luò)攝像機信息，調(diào)用播放器面板，在顯示器屏幕坐標的A（x，y）位置顯示網(wǎng)絡(luò)攝像機的視頻信息。

5 結(jié)語

變電站三維實景智能視頻監(jiān)控平臺是以電力生產(chǎn)管理需求為導(dǎo)向，以視頻應(yīng)用為基礎(chǔ)，以站內(nèi)電氣設(shè)備為核心的三維智能管理平臺，它是沉浸式、全方位的立體感知，可以高效、快速、便捷地實現(xiàn)對站內(nèi)設(shè)備的“關(guān)注”，展現(xiàn)了與無人變電站實際場景相一致的“三維實景”重現(xiàn)。

參考文獻

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