智能視頻分析技術(shù)在電力設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用

路 明，楊 林，李賢偉，趙 凡，張家銘

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司錦州培訓(xùn)中心，遼寧 錦州 121001；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；4.國網(wǎng)遼陽供電公司，遼寧 遼陽 111000；5.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，在電力系統(tǒng)監(jiān)控中智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)重要。電力系統(tǒng)的高度自動化、智能化及當(dāng)前基于大數(shù)據(jù)分析、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，要求電力系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行中具有高可靠性和實(shí)時監(jiān)控、預(yù)警自控能力。文獻(xiàn)[1]中提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的電力設(shè)施智能視頻分析方案；文獻(xiàn)[2]分析了配電網(wǎng)的設(shè)備監(jiān)控問題，說明了智能終端設(shè)備的意義。為進(jìn)一步提升電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控和故障分析、預(yù)警自控能力，開展智能視頻分析技術(shù)在電力設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用研究勢在必行。本文首先闡述了智能視頻分析技術(shù)的概念及原理，并針對智能視頻分析技術(shù)的架構(gòu)進(jìn)行分析，探究智能視頻分析技術(shù)在電力設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用。通過研究該技術(shù)與電力設(shè)備的功能融合，建立起基于智能視頻分析技術(shù)的變電站監(jiān)控信息管理系統(tǒng)，并證明該管理系統(tǒng)在電力設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用價值及取得的良好效果，為其在電力設(shè)備監(jiān)控中實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1 智能視頻分析技術(shù)的概念及原理

智能視頻分析技術(shù)主要是計算機(jī)圖像視頻技術(shù)在安防領(lǐng)域中的重要分支，這一新型的分析技術(shù)區(qū)別于傳統(tǒng)移動偵測技術(shù)，它能準(zhǔn)確識別視頻中真正的活動目標(biāo)，且技術(shù)應(yīng)用的抗干擾能力更強(qiáng)。新一代視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的核心特點(diǎn)和優(yōu)勢不再局限于簡單完成對視頻信號的處理、傳輸、控制，而是為基于IP網(wǎng)絡(luò)的多媒體信息(視頻/音頻/數(shù)據(jù))提供一個綜合、完備的管理控制平臺[3]。網(wǎng)絡(luò)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實(shí)用圖像分析為特色，并與報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)整合成一個平臺，是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一次視頻監(jiān)控行業(yè)的技術(shù)革命。

智能視頻分析技術(shù)能夠根據(jù)用戶自身的需求，通過不同攝像機(jī)場景進(jìn)行預(yù)測，并提供不同報警規(guī)則。場景中出現(xiàn)違反預(yù)定義規(guī)則的行為時即發(fā)出警報，這就有助于提高監(jiān)控質(zhì)量[4-5]。電力設(shè)備監(jiān)控過程中，該技術(shù)可進(jìn)行特定區(qū)域非法入侵檢測，如在變電站中應(yīng)用，能對設(shè)備周邊場景設(shè)置圖像區(qū)域規(guī)則，可實(shí)現(xiàn)對多個防區(qū)位置重疊，并可開展獨(dú)立的監(jiān)控工作。該技術(shù)亦可對重要的設(shè)備周邊進(jìn)行警戒線穿越檢測，如對主控室進(jìn)行煙霧檢測、火焰檢測等。在實(shí)際應(yīng)用過程中，智能視頻分析采用智能化圖像識別處理技術(shù)，將多種攝像機(jī)和DVR等視頻設(shè)備進(jìn)行綜合應(yīng)用，并及時將報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺和客戶端，以便后臺操作管理。其主要運(yùn)作流程如圖1所示。

圖1 智能視頻分析技術(shù)的運(yùn)作流程

2 智能視頻分析技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)

加強(qiáng)電力設(shè)備的監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)和消除影響安全穩(wěn)定運(yùn)行的不利因素。智能視頻分析技術(shù)和傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術(shù)相比，其優(yōu)勢在于能夠同時監(jiān)控多個場景，提高監(jiān)控的質(zhì)量和效率。電力系統(tǒng)中運(yùn)行設(shè)備較多，主要針對變電站及輸電線路相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)接、大數(shù)據(jù)分析、信息化傳遞等多媒體手段，進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)控。

智能視頻分析技術(shù)能從監(jiān)控圖像中找到目標(biāo)并監(jiān)測其運(yùn)行特征屬性，其功能可劃分為幾個模塊，如目標(biāo)移動方向監(jiān)測模塊、周界入侵監(jiān)測模塊和系統(tǒng)智能自檢模塊等。該技術(shù)通過計算機(jī)視覺方式，在對拍錄圖像實(shí)施定位識別后，自動進(jìn)行判斷目標(biāo)行為。在電力設(shè)備監(jiān)控中，智能視頻分析技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)是在計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、安防技術(shù)和視頻傳輸技術(shù)等支持下搭建的[6-12]。共形成3層架構(gòu)體系，分為前端的設(shè)備接入層(前端單元)、媒體處理層(主站)及用戶表示層(客戶端單元)，如圖2所示。前端單元由編碼單元及視頻采集單元等組成，主要是獲得視頻信息及報警信息，并通過智能分析單元及編碼單元對這些信息進(jìn)行處理，最后進(jìn)入業(yè)務(wù)中心主站。媒體處理層是由媒體處理分發(fā)及中心業(yè)務(wù)平臺、網(wǎng)絡(luò)存儲單元、接入及應(yīng)用服務(wù)器等部分組成，用于開展業(yè)務(wù)處理控制及音視頻的存儲和傳送管理、數(shù)據(jù)編譯等工作，它是智能視頻分析技術(shù)的核心單元。用戶表示層是由客戶端的顯示系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)構(gòu)成，主要完成信息的展示、預(yù)警動作和反饋?zhàn)钥氐取?/p>

圖2 智能視頻分析技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)

智能視頻分析系統(tǒng)前端單元的攝像機(jī)設(shè)計為防爆外殼半球形模擬攝像機(jī)及高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，具有監(jiān)測環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的優(yōu)勢。前端單元采集溫濕度及電流、電壓等模擬量的傳感器靈敏度可結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，可擴(kuò)大監(jiān)控區(qū)域。在防盜及報警系統(tǒng)的結(jié)合下，前端單元的報警信號采集設(shè)備可以在輸電線路出現(xiàn)斷線或短路、變電設(shè)備出現(xiàn)水浸等情況下及時報警，并將信息傳到主站進(jìn)行處理。其主站服務(wù)器設(shè)備可將傳統(tǒng)視頻監(jiān)控及動力環(huán)境監(jiān)控進(jìn)行整合，同時處理繁多的數(shù)據(jù)信息及開關(guān)量數(shù)據(jù)。變電站監(jiān)控也涉及到防盜系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等，通過智能視頻分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)多維度多類型監(jiān)控。

由于電力設(shè)施地理分布跨度大，智能視頻分析系統(tǒng)把所有監(jiān)控點(diǎn)位傳到客戶端單元后，會造成編解碼壓力增大，在發(fā)生事故時將影響信息的實(shí)效性。因此對于地域分布分散的電力設(shè)施要使用低功耗及小體積的智能分析盒[6]。分析盒直接與前端相機(jī)連接，使視頻的傳輸距離較短，可降低整體帶寬壓力，有助于保障報警信息傳輸?shù)臅r效性。

3 智能視頻分析技術(shù)的應(yīng)用

隨著新建智能變電站的監(jiān)視信號接入調(diào)控中心，監(jiān)控信息量大幅增加使調(diào)控中心的工作量成倍增長，如何將監(jiān)控信號完整、準(zhǔn)確、及時收集到調(diào)控中心，使數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、完整化、準(zhǔn)確化及快速提取有效信息等成為一個難題。以遼寧某500 kV變電站為例，監(jiān)控信息編制、審核、批準(zhǔn)工作量巨大，監(jiān)控信息的審核周期較長，管控不夠嚴(yán)謹(jǐn)，影響監(jiān)控信息的數(shù)據(jù)質(zhì)量，給電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行帶來隱患。對此，建立起基于智能視頻分析技術(shù)的變電站監(jiān)控信息管理系統(tǒng)，利用智能視頻識別技術(shù)，發(fā)揮其信息處理的能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息的智能識別，完善設(shè)備庫中的信息，最大限度保障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性；同時利用本技術(shù)在聯(lián)調(diào)驗(yàn)收時發(fā)揮系統(tǒng)主動識別和思考的能力，保障聯(lián)調(diào)驗(yàn)收的準(zhǔn)確性。其技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線圖

首先研究并建立監(jiān)控信息專家?guī)欤瑢?shí)現(xiàn)變電站信息規(guī)范的統(tǒng)一和共享，并通過流程優(yōu)化和深入的功能開發(fā)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息全過程管理和監(jiān)控信息智能決策功能。變電站監(jiān)控信息智能決策管理系統(tǒng)作為設(shè)備監(jiān)控專業(yè)的技術(shù)支持系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)相關(guān)業(yè)務(wù)的全過程管控，包括規(guī)劃設(shè)計、設(shè)備選型、安裝調(diào)試、接入驗(yàn)收、監(jiān)控運(yùn)行、檢修維護(hù)等。系統(tǒng)建立統(tǒng)一的設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)基準(zhǔn)庫及規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)監(jiān)控數(shù)據(jù)編制、審核、批復(fù)、調(diào)試、驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)化管理，其總體架構(gòu)如圖4所示。該變電站監(jiān)控信息智能決策管理系統(tǒng)使用D5000基礎(chǔ)平臺的生產(chǎn)廠家、設(shè)備型號、設(shè)備類型、用戶信息等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，導(dǎo)出監(jiān)控信息表供實(shí)時監(jiān)控與預(yù)警類應(yīng)用直接使用，并由智能視頻分析技術(shù)采集的實(shí)時監(jiān)控信息與預(yù)警類應(yīng)用導(dǎo)出的運(yùn)行站信息表進(jìn)行梳理和對比。系統(tǒng)補(bǔ)充調(diào)度管理類應(yīng)用監(jiān)控信息接入流程的前期部分，與監(jiān)控信息接入流程無縫銜接。監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控與預(yù)警應(yīng)用關(guān)系如圖5所示。

通過應(yīng)用智能視頻分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的智能識別，快速完善基礎(chǔ)設(shè)備庫，從而保證數(shù)據(jù)的完備性。在聯(lián)調(diào)驗(yàn)收時，利用視頻主動識別各類數(shù)據(jù)參數(shù)，提高聯(lián)調(diào)驗(yàn)收的準(zhǔn)確性、及時性，智能化監(jiān)控有效減輕勞動強(qiáng)度，提高工作效率。基于智能視頻分析技術(shù)的變電站監(jiān)控信息智能決策管理系統(tǒng)貫穿在系統(tǒng)的全過程管理中，實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)控信息表自動編制、智能審核、智能聯(lián)調(diào)功能的業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，并對信號的差異進(jìn)行顏色區(qū)分。

圖4 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖5 應(yīng)用關(guān)系連接圖

借助變電站監(jiān)控信息管理系統(tǒng)，將為各級調(diào)度和各類變電站建立統(tǒng)一的監(jiān)控信息規(guī)范，通過研究和開發(fā)智能視頻分析技術(shù)的視頻監(jiān)控處理功能可為各個崗位提供技術(shù)支持，通過這一技術(shù)的應(yīng)用及時更新設(shè)備庫，精確反映電力系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)信息，以此提高工作效率，保障設(shè)備運(yùn)行安全，提高生產(chǎn)效率，提高監(jiān)控信息管理的智能化水平。

4 結(jié)束語

智能視頻分析技術(shù)在電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控和故障分析、預(yù)警自控能力、信息處理具有重要作用。它能有效促進(jìn)電力設(shè)備監(jiān)控工作的順利開展，保障電力設(shè)備的安全運(yùn)行。本文針對智能視頻分析技術(shù)的架構(gòu)進(jìn)行分析，通過研究該技術(shù)與電力設(shè)備的功能融合，建立起基于智能視頻分析技術(shù)的變電站監(jiān)控信息管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)能顯著提高監(jiān)控能力，效果較好。智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用于電力設(shè)備監(jiān)控中，對提高運(yùn)行設(shè)備安全具有重要意義。