變電站視頻監(jiān)控技術應用

王崇亮，劉見華

(1.云南文山電力股份有限公司，云南 文山 663000;2.云南瑞攀科技有限公司，昆明 650051)

0 前言

目前變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠支持相關人員遠程及時、直觀的了解變電站現(xiàn)場情況。但出現(xiàn)設備異常動作不會自動提醒或報警，主要依靠對視頻數(shù)據(jù)進行分析和判斷，易出現(xiàn)監(jiān)控疏漏。如果能對視頻數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的異常信息按照預設條件進行系統(tǒng)后臺的實時分析，發(fā)現(xiàn)異常情況自動報警，將減少監(jiān)控工作量，本文從視頻分析的技術原理、應用等方面進行了深入分析及研究。

1 視頻分析技術原理

視頻分析技術是一種使用計算機圖像視覺分析技術，是仿生學和人工智能的一個分支。通過設計定計算機程序算法，將攝像機獲取視頻數(shù)據(jù)的背景和目標分離，進而分析、跟蹤視野范圍內(nèi)的目標的特定行為，當發(fā)現(xiàn)存在符合某種規(guī)則的行為發(fā)生時，自動向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出提示信號(如聲光報警)，通知監(jiān)控人員進行干預［1］。

視頻分析技術中，首先是需要對攝像機提供的視頻信息源進行采樣。根據(jù)分析的精度和分析服務器的處理能力，可以在每秒視頻數(shù)據(jù)中采取4、8、12、24 個樣張，進行圖像的識別和比對。采樣頻率越高，分析樣本越多，精度越高，對分析服務器的運算壓力也就越大。對高速運動的監(jiān)視目標通常要求采用較高的采樣頻率，否則容易出現(xiàn)采集樣張數(shù)量不足以支撐分析，目標物體就已經(jīng)移動出視野范圍，導致報警遺漏［2］。在實際應用過程中，可以根據(jù)監(jiān)視目標變化速度大小，選擇合適的采樣頻率。

采集到視頻樣張后，需要對圖像數(shù)據(jù)預處理、分析和識別。圖像預處理包括消除噪聲、失真校正、圖像格式轉(zhuǎn)化等，更好的支撐圖像特征提取。常用的處理方法有灰度變化、二值化、圖像濾波等。經(jīng)過預處理的圖像數(shù)據(jù)，很好的將復雜背景和識別目標區(qū)分開，提取出每個圖像的特征。將提取到特征值與系統(tǒng)中預先存在的模型進行比對和模型匹配［3］。經(jīng)過預定算法的比對算法，將比對結果作為報警信息的支撐。目前主要的視頻分析設備，根據(jù)視頻數(shù)據(jù)源的分辨率的大小，通常能支持4 路、8 路、16 路視頻數(shù)據(jù)的同時分析。

2 變電站視頻監(jiān)控需求分析

實現(xiàn)一個變電站需要安裝多路視頻攝像機。根據(jù)變電站的管理要求，選取了兩座110 kV 無人值守變電站作為試點，進行現(xiàn)場調(diào)研分析。經(jīng)過分析，確定針對的變電站視頻監(jiān)控方面需要自動分析功能主要有四類:

1)110 kV 斷路器分合等設備動作報警。由于斷路器分合時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以監(jiān)視到斷路器的“分”“合”觀察窗口的變化，提供對應報警提示。

2)人員非法進入報警。

3)物品遺留、違規(guī)堆放報警。

4)物品挪動。

3 變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術

變電站視頻監(jiān)控技術特點為:數(shù)據(jù)量大，實時性要求高，方便遠程調(diào)用。針對變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)的特點和實時分析應用需求，研究并搭建了變電站集控中心視頻監(jiān)控智能分析及預警系統(tǒng)架構，具體系統(tǒng)架構如圖1 所示。

在變電站內(nèi)各需要監(jiān)控位置安裝高清攝像機，通過視頻線將采集到的實時視頻數(shù)據(jù)傳輸送到安裝在變電站主控室的硬盤錄像機。硬盤錄像機對各視頻攝像機信息進行存儲和管理。在變電站主控室安裝1 000 M 網(wǎng)絡交換機，通過超五類雙絞線實現(xiàn)硬盤錄像機和智能視頻分析服務器連接。通過網(wǎng)絡設置，實現(xiàn)視頻分析服務器的互訪，分析服務器可以實時獲取到硬盤錄像機輸出視頻數(shù)字信號進行分析。分析結果可以在變電站本地進行聲、光報警。同時，將通過網(wǎng)絡傳輸?shù)阶冸娬颈O(jiān)控中心的遠端管理主機。遠端管理主機將報警信號通過聲、光報警裝置通知相關人員。在系統(tǒng)總體架構中，變電站硬盤錄像機、視頻分析服務器和監(jiān)控中心的管理主機可以相互訪問和數(shù)據(jù)傳輸［4］。同時，在變電站的交換機預留網(wǎng)絡接口，方便管理人員使用便攜電腦在變電站接入進行系統(tǒng)的管理和調(diào)試。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

根據(jù)搭建的系統(tǒng)架構，開展了以下技術研究:

1)海量數(shù)據(jù)存儲采取本地化存儲策略，將每個變電站的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)存儲在變電主控室內(nèi)，在監(jiān)控中心需要查看時，再進行遠程調(diào)用對應攝像機的實時數(shù)據(jù)或硬盤錄像機的錄像數(shù)據(jù)［5］。

2)就地實時分析將視頻分析服務器部署在變電站內(nèi)，利用站內(nèi)局域網(wǎng)絡實現(xiàn)與硬盤錄像機的數(shù)據(jù)實時獲取和數(shù)據(jù)分析，降低網(wǎng)絡傳輸延時帶來的影響。

3)系統(tǒng)遠程管理技術研究，視頻分析服務器提供遠程操控接口，針對報警信息設置、防區(qū)設置、撤銷等操作可以在監(jiān)控中心進行遠程操作，方便監(jiān)控系統(tǒng)的遠程管理和日常運維。

4 結束語

視頻分析技術，在無人值守變電站應用，將運行維護人員從重復的人為視頻監(jiān)控過程中解放出來，為變電站運行管理提供更好的支撐。隨著技術的進一步發(fā)展成熟，加強對光照、畫面像素高頻變化導致系統(tǒng)誤報的進一步研究，提高變電站視頻監(jiān)控的技術應用，在電力系統(tǒng)自動化中將會有更大的應用前景。

［1］周政，劉俊義.視頻內(nèi)容分析技術［J］.計算機工程與設，計2008.04.

［2］楊謙，張曉.變電站圖像監(jiān)控系統(tǒng)技術的應用研究［J］.機電信息，2011 年24 期.

［3］龔聲蓉，劉純平.復雜場景下圖像與視頻分析［M］.人民郵電出版社，2013.09:27－130.

［4］雷玉堂.安防＆ 智能化:視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能化實現(xiàn)方案［M］.電子工業(yè)出版社，2013.01:103－106.

［5］西剎子.安防天下:智能網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術詳解與實踐［M］.清華大學出版社，2010.02:297－300.