智慧電廠環(huán)境監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)研究與應(yīng)用

于春澤

(國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司， 北京 100011)

水電廠通常建在偏僻山區(qū)，為了充分利用水資源，一條水系往往開(kāi)發(fā)多個(gè)梯級(jí)電站，電站間距離遠(yuǎn)、分布廣、設(shè)備多，監(jiān)控與預(yù)警管理困難。隨著AI技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電廠為實(shí)現(xiàn) “關(guān)門(mén)電廠” 目標(biāo)，視頻監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)向高清化、智能化方向發(fā)展。

目前水利水電公司的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)視頻預(yù)覽、錄像回放等功能。視頻錄像利用價(jià)值不高，智能化水平低下，尚處于對(duì)設(shè)備屬性信息的管理層面，無(wú)法直觀地表達(dá)設(shè)備的空間信息[1]?，F(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)主要由工廠員工進(jìn)行線下巡邏報(bào)告實(shí)現(xiàn)，容易產(chǎn)生監(jiān)管不力、效率低下的后果。同時(shí)由于水電廠的特殊地理位置，員工自身安全不能得到有效保障。智能視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)在一定程度上能降低人員的巡邏難度，提高生產(chǎn)安全性。

傳統(tǒng)消防系統(tǒng)依賴(lài)火災(zāi)報(bào)警主機(jī)實(shí)現(xiàn)本地報(bào)警和處理，信息無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)郊刂行摹８婢瘯r(shí)集控中心人員須到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行火災(zāi)確認(rèn)和滅火控制，易延誤滅火救援時(shí)機(jī)。隨著 “物聯(lián)網(wǎng)” 概念的興起，需要提出一套完整的智慧消防物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃。

本文采用智能視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電廠端水尺識(shí)別、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能讀表、AR全景可視化告警等應(yīng)用，將傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng) “只能看” 轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù) “智能標(biāo)簽化” ，充分挖掘了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的價(jià)值。智慧電廠方案的實(shí)施可提高電廠的安防水平與設(shè)備管理的效率，促進(jìn)電廠的安全生產(chǎn)，為助力電力公司大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 智慧電廠概述

1.1 基本概念

智慧電廠[2]監(jiān)控系統(tǒng)主要根據(jù)電廠的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)操作、生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)管理等不同現(xiàn)場(chǎng)需求，配置深度智能攝像機(jī)、高清攝像機(jī)、熱成像攝像機(jī)等邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備[3]，配合中心管理平臺(tái)，輔助生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)水域分析與船舶監(jiān)控，在保證生產(chǎn)安全前提下提高電廠生產(chǎn)質(zhì)量和效率。智慧風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警則以 “預(yù)防為主，防消結(jié)合” 為指導(dǎo)思想，將消防工作由被動(dòng)管理轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)主動(dòng)監(jiān)測(cè)，智能讀取儀表的數(shù)據(jù)，并預(yù)測(cè)設(shè)備的使用情況，最大限度地降低火災(zāi)發(fā)生概率，減小電廠管理部門(mén)壓力。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字化和信息化技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)水利水電建設(shè)的自動(dòng)管理。將安全生產(chǎn)涉及的要素及其數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中到智能化管理平臺(tái)，便于大壩汛期全方位指揮調(diào)度。智慧電廠建設(shè)目標(biāo)如下：

為降低汛期值班人員的巡視工作量和危險(xiǎn)系數(shù)，同時(shí)方便查看雨水?dāng)?shù)據(jù)與視頻監(jiān)控圖像，希望通過(guò)一套智能視頻系統(tǒng)將大壩上面的水尺刻度數(shù)據(jù)、大壩上游視頻、溢洪道視頻與大壩下游視頻等在一個(gè)顯示界面上進(jìn)行實(shí)時(shí)展示。除了水域監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)還包括船只統(tǒng)計(jì)與分析，設(shè)備熱成像預(yù)警與AR全景可視化告警，以便根據(jù)分析結(jié)果，采取對(duì)應(yīng)的安全生產(chǎn)管理措施。

1.3 系統(tǒng)建設(shè)

智慧電廠系統(tǒng)建設(shè)總拓?fù)鋱D由邊緣節(jié)點(diǎn)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、中心系統(tǒng)和安全生產(chǎn)應(yīng)用4個(gè)部分組成(圖1)。基于水電站 水、船、物、人等感知數(shù)據(jù)，與水電站的生產(chǎn)業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)[4]，為安全生產(chǎn)及安防預(yù)警保駕護(hù)航。

圖1 系統(tǒng)建設(shè)總拓?fù)鋱D

邊緣節(jié)點(diǎn)對(duì)站內(nèi)的智能工業(yè)電視系統(tǒng)、智能視頻周界系統(tǒng)、智能一臉通系統(tǒng)、熱成像測(cè)溫系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與智能控制系統(tǒng)等進(jìn)行了整合。主要負(fù)責(zé)水電站信息采集、編碼、存儲(chǔ)及上傳，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用和自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)。

傳輸網(wǎng)絡(luò)與其內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)統(tǒng)一的整體，用于邊緣節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心之間的通信以及各級(jí)監(jiān)控中心之間的級(jí)聯(lián)。前端系統(tǒng)的音視頻、環(huán)境量、報(bào)警等基礎(chǔ)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可上傳至邊緣域和云中心，供各級(jí)管理職能部門(mén)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)部門(mén)調(diào)用查看。

監(jiān)控中心系統(tǒng)可管理電站內(nèi)部的所有設(shè)備，通過(guò)對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)提取的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，滿足中心系統(tǒng)用戶(hù)對(duì)整體態(tài)勢(shì)把控的需求。

安全生產(chǎn)應(yīng)用主要包括人員管理、作業(yè)管控、智能巡檢、生產(chǎn)復(fù)核和環(huán)境監(jiān)測(cè)等模塊。主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的人員行為、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境因素等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能化的分析，保證人員與設(shè)備安全。

2 應(yīng)用及分析

2.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)

2.1.1 水域分析

通過(guò)在大壩上部署智能視頻設(shè)備，對(duì)大壩關(guān)鍵位置(如大壩上游、大壩下游、溢洪道、閘門(mén)、水尺等)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，報(bào)告水尺數(shù)據(jù)并分析雨水流量。大壩全景監(jiān)控如圖2所示。

圖2 大壩全景監(jiān)控

通過(guò)在水域周?chē)渴鸶咔逯悄軘z像機(jī)，配套后端智能分析服務(wù)器和AI智能分析平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)河道上漂浮物的檢測(cè)預(yù)警。保障了水域航道通暢，船只安全通行，閘門(mén)正常開(kāi)閉。

漂浮物檢測(cè)系統(tǒng)由前端高清智能球機(jī)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、漂浮物智能檢測(cè)服務(wù)器及綜合管理平臺(tái)組成(圖3)。前端攝像機(jī)負(fù)責(zé)定時(shí)抓拍，漂浮物檢測(cè)服務(wù)器對(duì)接收?qǐng)D片進(jìn)行分析。若檢測(cè)出有漂浮物，則將報(bào)警信息推送至平臺(tái)，平臺(tái)接收告警彈窗后，可進(jìn)行人工審核。

圖3 智能漂浮物檢測(cè)系統(tǒng)與監(jiān)測(cè)圖

環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用熱成像雙光譜云臺(tái)攝像機(jī)，兼具熱成像機(jī)芯與可見(jiàn)光機(jī)芯兩種機(jī)芯，可采集熱成像視頻圖像與可見(jiàn)光視頻圖像。在能見(jiàn)度情況良好情況下，利用可見(jiàn)光視頻查看大壩詳細(xì)情況。在能見(jiàn)度較差的天氣情況以及夜間低照度環(huán)境下利用熱成像視頻圖像查看漂浮物輪廓及動(dòng)態(tài)信息。其中，可見(jiàn)光圖像分辨率為1 920×1 080 pixel，熱成像圖像分辨率為640×512 pixel。如圖4所示，雙光譜云臺(tái)消除了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備在能見(jiàn)度低時(shí)成像模糊的缺陷。

圖4 可見(jiàn)光及熱成像圖像

2.1.2 船舶監(jiān)控

通過(guò)AI技術(shù)智能識(shí)別大壩上游來(lái)船，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)出船流量監(jiān)測(cè)。結(jié)合不同分析模塊能夠進(jìn)一步完成船舶智能檢測(cè)分析。

2.1.2.1 進(jìn)出船流量監(jiān)測(cè)

利用熱成像鏡頭對(duì)船舶目標(biāo)進(jìn)行全天候檢測(cè)抓拍，將采集的船舶流量信息[5]上傳至管理中心，管理系統(tǒng)的智能分析算法可對(duì)采集到的流量信息進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)與分析。進(jìn)出船流量監(jiān)測(cè)具體統(tǒng)計(jì)功能為：①過(guò)往船只的數(shù)量統(tǒng)計(jì)；②區(qū)分進(jìn)閘船只和出閘船只數(shù)量；③為第三方業(yè)務(wù)軟件提供平臺(tái)信息接口。

觀測(cè)型熱成像雙光譜云臺(tái)攝像機(jī)能夠?qū)Υ斑M(jìn)行運(yùn)動(dòng)偵測(cè)。當(dāng)船只進(jìn)入檢測(cè)區(qū)域、經(jīng)過(guò)檢測(cè)線以及離開(kāi)檢測(cè)區(qū)域時(shí)，攝像機(jī)兩個(gè)通道可分別對(duì)船舶進(jìn)行抓拍并單獨(dú)記錄保存。在夜間可見(jiàn)光畫(huà)面失效的情況下，可以通過(guò)熱成像鏡頭先檢測(cè)移動(dòng)的船只，再聯(lián)動(dòng)可見(jiàn)光鏡頭進(jìn)行激光補(bǔ)光。抓拍流程示意圖如圖5所示。

圖5 抓拍流程示意圖

2.1.2.2 船舶智能檢測(cè)分析

為減輕閘門(mén)室值班人員工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)減少因船只過(guò)高、船只過(guò)寬、值班室工作人員判斷不準(zhǔn)引起的諸多安全隱患，采用智能熱成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)河道水面來(lái)船檢測(cè)、船只高度與寬度檢測(cè)。

船舶流量信息檢測(cè)系統(tǒng)主要由熱成像雙光譜云臺(tái)攝像機(jī)組成，內(nèi)置船舶數(shù)量檢測(cè)計(jì)數(shù)模塊、長(zhǎng)高度估算分析模塊、速度估算模塊、距離檢測(cè)攝像機(jī)等智能分析算法[6]。可對(duì)采集到的熱成像視頻信息進(jìn)行分析，并對(duì)上行船舶與下行船舶進(jìn)行區(qū)分。船舶流量信息檢測(cè)原理如圖6所示。

圖6 船舶流量信息檢測(cè)原理

船只出現(xiàn)在水域時(shí)，通過(guò)熱成像探測(cè)并將報(bào)警信息推送給閘門(mén)室值班人員，提醒船只經(jīng)過(guò)，做好啟閉閘門(mén)的準(zhǔn)備工作。尺寸超出閘門(mén)時(shí)能及時(shí)遠(yuǎn)程喊話并制止船只靠近。

圖7 智慧消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

2.2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

水電站所在地區(qū)雨霧天氣的比例較高，同時(shí)廠房全景監(jiān)控亦十分重要，因此在水電站大壩上下游實(shí)現(xiàn)視頻風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警需考慮透霧性及監(jiān)控范圍。熱成像在線測(cè)溫是一種比較特殊的在線監(jiān)測(cè)方式，通過(guò)非接觸方式檢測(cè)設(shè)備溫度和運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)復(fù)雜環(huán)境(大霧、大雨、黑夜)進(jìn)行有效監(jiān)控，極大提高了水域預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)用性。在安全生產(chǎn)區(qū)域安裝在線式熱成像與AR全景攝像機(jī)，對(duì)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行24 h多預(yù)置位監(jiān)視，可以判斷設(shè)備過(guò)熱故障并對(duì)廠房進(jìn)行全方位分析，有效避免由于設(shè)備異常或非法入侵導(dǎo)致的事故。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系包括智慧消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與AR全景可視化告警。

2.2.1 智慧消防物聯(lián)網(wǎng)

為助力智慧電廠建設(shè)，推動(dòng)安防系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)融合，幫助管理人員輕松、快捷、規(guī)范操作，通過(guò)各類(lèi)傳感器，自動(dòng)采集、處理和發(fā)送被監(jiān)測(cè)狀態(tài)信息，并利用深度學(xué)習(xí)算法的視頻智能識(shí)別技術(shù)，構(gòu)建了智慧消防物聯(lián)網(wǎng)[7-8]系統(tǒng)。平臺(tái)業(yè)務(wù)主線自下而上依次分層，包括支撐層、服務(wù)層、應(yīng)用層及表現(xiàn)層。

支撐層分為硬件支撐平臺(tái)和軟件支撐平臺(tái)。硬件支撐平臺(tái)包括傳感器設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)等；軟件支撐平臺(tái)包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、Web應(yīng)用中間件等。

服務(wù)層提供傳感接入、監(jiān)測(cè)、事件分發(fā)、設(shè)施巡查、電子地圖、視頻接入、視頻解碼、消息隊(duì)列、遠(yuǎn)程抓拍、第三方接口等服務(wù)。

應(yīng)用層提供報(bào)警中心、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、歷史報(bào)警、視頻應(yīng)用、GIS應(yīng)用、消防巡查、圖墻展示、數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，并提供日志管理、組織管理、設(shè)備管理、用戶(hù)管理、權(quán)限管理、單位管理等完善的系統(tǒng)管理功能。

展示層為客戶(hù)提供B/S客戶(hù)端、App、大屏圖墻等多樣的展示方式，滿足客戶(hù)多樣的操作體驗(yàn)需求。

智慧消防物聯(lián)網(wǎng)研究平臺(tái)如圖7所示，可用于儀表智能讀取與設(shè)備溫度在線檢測(cè)。與SCADA系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)能提高電廠的生產(chǎn)自動(dòng)化水平和安全生產(chǎn)水平。

2.2.1.1 儀表智能讀取

生產(chǎn)系統(tǒng)中包含許多電表、傳感器等器件，隨著電廠自動(dòng)化水平的不斷提升，器件的數(shù)據(jù)均能在生產(chǎn)系統(tǒng)上得到。然而監(jiān)控系統(tǒng)上的顯示并不直觀，不能觀察前端設(shè)備的實(shí)際狀況。本文建立的智能視頻分析系統(tǒng)能夠判斷開(kāi)關(guān)或刀閘的開(kāi)、閉狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)置的其他信息判斷是否與實(shí)際工作狀態(tài)相符。通過(guò)套管油位分析，判斷工況是否在合理的區(qū)間范圍，可預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)并在超出規(guī)定范圍時(shí)進(jìn)行智能報(bào)警。

接入前端傳感器或?qū)拥谌较到y(tǒng)，能夠獲取設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，數(shù)據(jù)異常便聯(lián)動(dòng)相關(guān)預(yù)案(視頻彈窗口、報(bào)警推送、聲光提醒、短信下發(fā)等)進(jìn)行預(yù)警，保障了設(shè)備全方位監(jiān)測(cè)和管理。第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入到安全生產(chǎn)平臺(tái)主要有兩種方式：①通過(guò)動(dòng)環(huán)主機(jī)直接接入，適用于符合標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議的設(shè)備；②通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)SDK接口進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)接，適用于已部署第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入平臺(tái)的場(chǎng)景。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行二次對(duì)接后，可將一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)(如表計(jì)讀數(shù)、溫濕度等)輸出到服務(wù)器，并通過(guò)算法將數(shù)據(jù)疊加到對(duì)應(yīng)視頻監(jiān)控畫(huà)面中去，從而使得數(shù)據(jù)顯示和觀察更為直觀。實(shí)際評(píng)估結(jié)果如圖8所示，智能監(jiān)控系統(tǒng)顯示異常監(jiān)測(cè)，并要求對(duì)待確認(rèn)情況進(jìn)行手動(dòng)復(fù)核。

圖8 異常/待確認(rèn)情況手動(dòng)復(fù)核

2.2.1.2 設(shè)備溫度檢測(cè)

水電站主廠房區(qū)域從上至下分別是發(fā)電機(jī)層、風(fēng)洞層、水輪機(jī)層、蝸殼層。其中風(fēng)洞層中的設(shè)備主要為發(fā)電機(jī)機(jī)組的定子、轉(zhuǎn)子、線圈及部分電纜。在線式紅外熱像儀可對(duì)風(fēng)洞內(nèi)的設(shè)備、電纜等進(jìn)行監(jiān)測(cè)(圖9)，在設(shè)備過(guò)熱時(shí)進(jìn)行及時(shí)告警。測(cè)溫?zé)嵯駜x能夠?qū)ιa(chǎn)區(qū)域的重點(diǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行框測(cè)溫或點(diǎn)測(cè)溫。設(shè)備溫度有效檢測(cè)范圍為：-40～150 ℃ 或0～550 ℃，測(cè)量精度高達(dá)1 ℃。

圖9 設(shè)備監(jiān)控圖

圖10為溫差報(bào)警聯(lián)動(dòng)[9]系統(tǒng)，在同一預(yù)置位下通過(guò)前后抓圖的溫度對(duì)比，智能分析在該預(yù)置位下是否發(fā)生溫度突變。后端NVR接入報(bào)警輸入/輸出設(shè)備，針對(duì)不同監(jiān)控點(diǎn)配置多樣化的報(bào)警觸發(fā)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)聯(lián)動(dòng)。自動(dòng)彈出報(bào)警位置的視頻圖像，迅速定位報(bào)警位置，同時(shí)通過(guò)日志記錄。

測(cè)溫云臺(tái)分辨率為336×256 pixel，可以對(duì)其監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行有效探測(cè)和成像，獲取圖像中的關(guān)鍵信息。該云臺(tái)采用雙光譜設(shè)計(jì)，既具有熱成像鏡頭，又兼具普通攝像機(jī)的可見(jiàn)光鏡頭/機(jī)芯，最低照度為0.05 lx，可以對(duì)任意監(jiān)控場(chǎng)景進(jìn)行高清圖像采集和辨識(shí)。

對(duì)于特殊的高壓電氣設(shè)備[10]，采用無(wú)線無(wú)源測(cè)溫系統(tǒng)(圖11)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)基于聲表面波(SAW)技術(shù)，采樣通過(guò)被動(dòng)感應(yīng)，無(wú)須在被測(cè)點(diǎn)或相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)上連線。傳感器與接收設(shè)備之間無(wú)電氣聯(lián)系，能夠?qū)崿F(xiàn)高壓隔離，從根本上解決了高壓設(shè)備接點(diǎn)運(yùn)行溫度不易監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)，有效保障了設(shè)備的安全運(yùn)行。

圖10 溫差報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

圖11 高壓電氣設(shè)備的溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.2.2 AR全景可視化告警

全景可視化[11]是水電廠實(shí)現(xiàn) “無(wú)人值班” 管理模式的一項(xiàng)重要保障。通過(guò)在集控中心部署AR全景攝像機(jī)或AR球機(jī)，將集控中心的監(jiān)護(hù)電腦桌面通過(guò)高清編碼器編碼成一路IP信號(hào)輸入攝像機(jī)中。用戶(hù)通過(guò)訪問(wèn)平臺(tái)客戶(hù)端或手機(jī)客戶(hù)端即可在一個(gè)監(jiān)控畫(huà)面中詳細(xì)查看所有接入電腦桌面的畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)對(duì)集控中心以及各水電廠桌面的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，達(dá)到降本增效的目的。AR全景可視化告警系統(tǒng)由AR標(biāo)簽疊加、告警聯(lián)動(dòng)、大范圍全景監(jiān)控3個(gè)功能組成。

2.2.2.1 AR標(biāo)簽疊加

AR全景相機(jī)是由4個(gè)2 mP相機(jī)圖像拼接而成。設(shè)備基于多sensor同步曝光技術(shù)，解決了多畫(huà)面拼接時(shí)明暗不一的問(wèn)題。基于特征點(diǎn)匹配技術(shù)，解決了多畫(huà)面拼接時(shí)畫(huà)面錯(cuò)位的問(wèn)題。

設(shè)備通過(guò)視頻坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技術(shù)[12]和定位技術(shù)，可以將AR標(biāo)簽數(shù)據(jù)精準(zhǔn)的疊加到全景視頻碼流中。全景拼接時(shí)畫(huà)面一致，保證了畫(huà)面的整體性和觀感性。如圖12所示，即使相機(jī)畫(huà)面轉(zhuǎn)動(dòng)，AR標(biāo)簽也和碼流一起移動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)AR標(biāo)簽漂移和抖動(dòng)。

2.2.2.2 告警聯(lián)動(dòng)

對(duì)水電站整個(gè)公共區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，檢測(cè)到有非法入侵時(shí)，能夠以聲、光信號(hào)告警。如圖13所示，在全景畫(huà)面上以醒目方式(如周界區(qū)域變紅)顯示，并自動(dòng)彈出相應(yīng)的告警地點(diǎn)的監(jiān)控畫(huà)面，便于監(jiān)管人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、核對(duì)和處理告警信息。

2.2.2.3 大范圍全景監(jiān)控

水電站大壩制高點(diǎn)，下游水道俯瞰，配電房艙室以及汽輪機(jī)層等大范圍場(chǎng)所[13]，需要實(shí)時(shí)觀察設(shè)備動(dòng)態(tài)，并對(duì)設(shè)備區(qū)的相關(guān)細(xì)節(jié)進(jìn)行放大抓拍。傳統(tǒng)監(jiān)控往往是通過(guò)多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行視頻拼接得到180°和360°全景，并配合高清球機(jī)進(jìn)行細(xì)節(jié)捕捉。雖然兼具了全景和細(xì)節(jié)，但需多臺(tái)攝像機(jī)、視頻拼接服務(wù)器以及高清球機(jī)。方案成本較高，系統(tǒng)復(fù)雜，安裝調(diào)試繁瑣，并非最佳監(jiān)控措施。

AR全景監(jiān)控提出采用鷹眼系列全景跟蹤攝像機(jī)，既可覆蓋全景，又能捕捉細(xì)節(jié)。實(shí)測(cè)結(jié)果如圖14所示。

圖12 AR標(biāo)簽疊加

圖13 AR告警聯(lián)動(dòng)

圖14 鷹眼全景照片

AR全景可視化告警系統(tǒng)內(nèi)置多個(gè)水平全景攝像機(jī)以及一個(gè)特寫(xiě)跟蹤球機(jī)，集成度高。相比傳統(tǒng)監(jiān)控方案，采用了前置拼接技術(shù)，后端無(wú)須視頻拼接服務(wù)器。一臺(tái)球型鷹眼全景跟蹤攝像機(jī)即可實(shí)現(xiàn)全景與細(xì)節(jié)捕捉，解決了大范圍監(jiān)控方案存在的問(wèn)題和弊端。

3 結(jié)論

智慧工程是近幾年興起的新型管理概念，已在科學(xué)和工程的許多方面完成一系列研究。以水電站廠房環(huán)境及其設(shè)備為研究對(duì)象，采用智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警方法，對(duì)水電站廠的智能化發(fā)展方案進(jìn)行深入分析。非專(zhuān)業(yè)人員可以直觀、形象地觀察到整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，減少傳統(tǒng)監(jiān)控勞動(dòng)成本，降低設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)。

基于水電站環(huán)境監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水電廠的水域分析及船舶監(jiān)控智能化，完成了儀器設(shè)備在線檢測(cè)與AR全景拼接的告警聯(lián)動(dòng)。有效推動(dòng)了中國(guó)水利水電工程設(shè)計(jì)與管理向科學(xué)化、智能化方向發(fā)展，為智慧水電站工程建設(shè)提供了有效的參考價(jià)值。隨著研究的不斷深入，水電站監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)將趨于完善，逐步實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、精細(xì)管理、智能預(yù)警的目標(biāo)。