三維變電站無人值班智能警衛系統

張聰穎　吳婉彬　謝秋疆

摘 要：三維變電站無人值班智能警衛系統，是根據無人值班變電站的特點和安保需求，利用三維平臺，建立起來的直觀、智能、高效的變電站警衛系統。通過應用該系統，能夠代替大部分門崗人員職能，減少變電站門崗人員配置，達到減員增效的管理目標，也使得變電站的安保管理水平達到一個新的階段。

關鍵詞：變電站；無人值班；智能

中圖分類號：TM76

近年來，隨著電網規模的迅速擴大，電力系統科技水平不斷提高，尤其隨著電力“三集五大”管理體系建設的不斷深入和優化，無人值守變電站的集中管控數量日益增加，如何能高效、高質量地進行安保工作，是個越來越引起重視的課題。

在現實應用中，變電站面積大，防范區域分布面廣，配套設施多樣，傳統視頻監控系統是獲取整個變電站安防狀態信息的手段之一，同時需要配合其他傳感器全天候24×7保護整個區域，這種傳統方法經常依賴于安保人員或者警衛監視多個攝像機或者其他傳感器，典型結果是造成安全環境完全依賴于人的注意力上。隨著時間的推移，注意力嚴重下降，從而缺少真正的保護，造成這個安全系統變得脆弱、不安全。而三維變電站無人值班智能警衛系統，是根據無人值班變電站的特點和安保需求，利用三維平臺，建立起來的直觀、智能、高效的變電站警衛系統。系統的監控平臺是三維實景智能平臺，將變電站以真實三維模型呈現，而安保系統相關設備則在場景中以真實位置呈現，以達到直觀地目的，同時友好的用戶界面也非常便于監控人員操作、查詢。系統的主機可以通過圖像/數據分析及報警聯動管理，采集并分析各區域的前端傳感器或攝像機上傳來的報警及圖像視頻信號，從而實現對變電站關鍵基礎設施、周界、環境、動力、門禁等部分的管理，例如邊界設置、監視所有的周界攝像機，監測溫濕度、人員/車輛進出狀況等。而且，能夠將報警記錄和相關視頻上傳后臺管理平臺，進行遠程控制、應急預案處理。當發生異?；蚓闀r，將信號傳輸到無人值守系統的主機上進行監視處理，同時發出聲光報警信號，提示值班人員進行接、出警，有效的避免了傳統方式過度依賴人力的弊端，真正達到“技防”的效果。

1 系統構建介紹

1.1 系統結構圖介紹

如圖1，系統平臺以GIS地圖為載體，定位到變電站，進入到變電站三維實景中進行監控，以達到直觀展示、沉浸操作、高效應用的目的，并滿足以下監控需求：

（1）能宏觀地看到整個場景中安保設備的位置，便于監控人員對前方無人值班變電站的全局把握。

（2）三維實景中如門的開合狀態與前方變電站狀態是一致的，這能讓監控人員對前方門禁狀態一目了然，便于監控。

（3）在三維實景中直接操作前方設備，能達到便捷高效的目的。如在三維場景中直接點擊門，可進行遠程開門/關門操作；雙擊需要監控的攝像機圖標，即可在三維實景中展示其實時畫面，結合三維實景，便于監控人員發現異常。

（4）三維實景中安保設備以圖標化形式展示，相比于傳統二維的樹形菜單，用戶交互界面更加友好，搜索等操作都更加便捷。

部分操作界面如圖2、3、4所示：

1.2 3D模型的構建

3D模型是根據實際變電站的場景及設備所建，根據變電站電氣設備圖和現場照片，使用三維建模工具（如：3DMax，Maya等）根據真實變電站場景1：1構建，然后導出模型為系統所用，包括主變、開關柜、斷路器、隔離開關、母線、電壓互感器、電流互感器、電容器、避雷器等所有電氣設備，將這些設備以單個設備為整體從3DMax中分別導出obj文件，如1號主變、2號主變、101開關、102開關、3013隔離閘刀等等。

（1）導出規則。3D變電站場景建模完成之后，導出為模型為系統所用。導出規則為：若該物體在真實變電站中為單獨的實體（如：變壓器）或者需要對該物體進行虛擬操作（如：道路），則需要將該物體導出為單個模型。

舉例：變壓器在真實變電站中為單獨的實體，并且變壓器有實時運行參數，人物需要對其進行一系列操作；3D變電站場景中虛擬人物同樣需要查看變壓器的運行參數和對變壓器進行一系列操作；滿足以上條件，所以變壓器需要單獨導出為一個模型。道路，此處專指真實變電站可以行走的區域；在3D變電站場景中，需要對虛擬人物的行走進行控制，虛擬人物必須在道路的范圍內行走；對道路需要進行虛擬操作，所以道路也需要單獨導出為一個模型，以作碰撞檢測用。

（2）命名規范。模型導出之后，根據真實變電站中的設備名稱命名模型名稱，如真實變電站中該設備名稱為：1號變壓器，則虛擬場景中該模型的名稱為：1號變壓器.OBJ；真實變電站中該物體名稱為道路，則虛擬場景中該模型的名稱為：道路.OBJ。這樣3D變電站場景在在進行碰撞檢測的時候，就知道檢測到的是哪個模型。

（3）實時數據。實時電力數據都是通過網絡接口協議TCP/IP進行傳輸，如：電流，電壓。實時圖像數據也是通過網絡接口協議TCP/IP訪問網絡攝像機返回實時圖像數據。

2 系統主要功能

2.1 智能聯動

智能聯動是變電站無人值班智能警衛系統中的核心功能，它的自動化、智能化可以大大減輕監控人員的工作量，提高監控的準確度，從而大大提高變電站安全性。

（1）和周界防范、安防等傳感設備結合，諸如電子圍欄設備、紅外雙鑒等，任何部位發現警情，自動智能巡邏查看巡視，發現移動目標后自動聚焦、自動跟蹤、自動錄像。

（2）可以靈活設定警衛時間，諸如夜晚或重要保電期間，可視終端自動偵測門口徘徊、逗留人員、自動拍照、自動錄音、自動錄像、自動喊話、自動報告監控人員、夜間自動打開燈光等一系列操作。

（3）發現大門異常，跟蹤攝像機自動快速轉向大門，進行人員/車輛的自動聚焦、自動跟蹤、自動錄像，強化對門開閉狀態告警的針對性可視巡視。

（4）通過設置監控攝像機各個不同機位間的智能協防配合，當某一監控點發現異常并告警時，可以自動調取其他攝像機從不同方位和不同角度進行自動協防監控、錄像。

（5）運用“自動跟蹤功能”的網絡智能攝像機，可以設定攝像機360度全方位偵測，在偵測范圍內出現移動目標，攝像機可以自動聚焦到目標，并自動跟蹤移動目標。自動偵測、自動跟蹤，完美實現電子安保功能，24小時全天無休，不會打瞌睡，不會開小差?？深A先設定圍墻、作業區域、帶電區間的電子安保巡視線路，通過自動視頻監測和圖像模式分析，設定視頻檢測區域的異常移動模式，遇有異常，可語音、燈光告警。一旦有任何人、動物或物體誤入設定的禁區，及時切換監控畫面推送抓拍截圖，提醒報告安保監控人員，并根據設定進行安保事件記錄。

2.2 智能巡邏

根據無人值班變電站安保工作的需求，智能警衛系統設置了智能巡邏功能，以通過自動化、智能化方式來減少人工巡視的工作量、提高準確度。

巡邏默認按照一個站到另一個站的方式巡邏，所有的站點都巡邏到位；巡邏的內容包括：當前監控點的所有信號量設備的網絡狀態；包括：門禁的狀態，紅外雙鑒的狀態；攝像機的圖像巡邏，分別巡邏配置好的攝像機巡邏預設位；若有多個攝像機，則以主副攝像機的方式展示，當前正在巡邏的攝像機則在主攝像機面板展示。

智能警衛系統采用3D變電站的智能尋徑巡邏算法來實現智能巡邏功能。3D變電站的智能尋徑巡邏算法是一種使用三維仿真技術模擬現實變電站真實場景，集成電力實時數據；以3D變電站場景為載體，采用3D自動尋徑技術，實現虛擬人物對變電站設備的實時電力數據和實時圖像數據的巡檢；達到人物直觀，遠程巡邏變電站設備的智能算法。

該算法的具體描述如下：

（1）初始化組合Lp，選擇需要巡檢的模型組合，若模型組合數量小于1，則證明未選中任何模型，該算法結束；使用擴散式射線尋點算法依次找到道路區域可到達該模型的最佳點D并記錄在組合Lp中。

（2）獲取變電站大門口的位置點Pm，將Pm設置為Lp的第一個元素。

（3）將組合Lp進行排序，取出Lp中第一個元素設置為點Ps，Lp移出點Ps，將Ps設置為排序的起始點；新建組合Lt，將點Ps添加到Lt中。

（4）若Lp為空則至步驟5；否則遍歷組合Lp，找到點Pe滿足條件：Pe距離Ps最近；Lp移除點Pe，將點Pe添加到Lt中；設置Ps=Pe，重復步驟4；距離公式為：

（5）將Lt中相鄰兩點組合為尋徑點組合，尋徑點組合的格式為[Ps，Pe]，即一個起始點和一個結束點。如：假設Lt的點為P1，P2，P3，則尋徑點的組合為[P1，P2]，[P2，P3]。

（6）采用多線程方式實現尋徑，將待尋徑點組合[Ps，Pe]分配到各個線程。

（7）路徑計算完成，新建路徑組合Line，將各線程計算的路徑信息依次添加到Line中。

（8）虛擬人物根據Line中的路徑信息開始巡檢；取出Line中的第一個點作為巡檢的起始點Ps，Line移出點Ps。

（9）若Line為空，則巡檢完畢，巡檢結束；否則取出Line中第一個點作為目標點Pe，巡檢則為虛擬人物由點Ps到達點Pe。

（10）當巡檢點到達點Pe時，Line移出點Pe，判斷點Pe是否包含在組合Lt中；若包含，則證明巡檢點已經到預定該模型所在位置；則相應加載模型的電力實時數據和圖像實時數據即可。

3 結束語

隨著電力“三集五大”管理體系建設的不斷深入和優化，無人值守變電站的集中管控數量日益增加，傳統的安保方式，管理手段較為單一，普遍仍然處于人治階段，管理的規范性和效率具有很大的提升空間。三維變電站無人值班智能警衛系統的應用，采用了新技術，尤其是新的信息化技術手段，一方面可以達到減員增效的管理目標，另一方面也使得變電站的安保管理水平達到一個新的階段。

參考文獻：

[1]崔厚坤，洪莎莎.無人值班變電站智能安防輔助系統設計[J].電力系統通信，2012（238）.

[2]趙國喜，張海峰.無人值班變電站運行技術[M].北京：中國電力出版社，2010（01）.

[3]胡珊，顧其威.無人值守變電站智能化遠程圖像監控系統[J].計算機工程，2003（02）.

作者簡介：張聰穎（1988-），女，湖北襄陽人，助理工程師，本科，銀湖運維站副站長；吳婉彬（1966-），女，安徽蕪湖人，高級工程師，本科，主任；謝秋疆（1964-），男，安徽巢縣人，技師，大專，龍瑞運維站站長。

作者單位：國網蕪湖供電公變電運維工區，安徽蕪湖 241000