基于圖像模式識別的變電站隱蔽區域異物入侵監測預警三維平臺系統

龐瑾　成兵　楊芬

摘 要：本系統平臺嘗試在變電站隱蔽區域入口處布設高清晰度數字攝像機和輔助光源，利用攝像機內置自動圖像模式識別技術，當有異物入侵時，系統可對監控畫面中圖像變化的原因進行分析研判，感知并確認“異物入侵”這類型的事件，及時觸發攝錄取證并報警。同時，將監測預警系統以三維實景平臺展示，輔以人物模式和眼睛模式兩種模式進行場景呈現，讓監測人員對前方隱蔽區域產生直觀沉浸感，給監控操作帶來極大的便利。

關鍵詞：異物入侵；報警；監控

中圖分類號：TP391.4

隨著科技的發展，視頻分析、人工智能、網絡通信等技術在人們生產生活中發揮著不可替代的作用，但如何將上述先進技術在電力安全運行及維護管理上實現“物聯化”、“實用化”、“智能化”的突出運用是電力企業一直關注的重點。

蕪湖供電公司擔負著整個蕪湖地區的電力發展規劃、電網安全經濟運行、電力設施建設維護等生產管理和電力營銷工作。為了進一步提高變電站管理水平、確保供電可靠性、規范變電站的日常管理和設備運維保障，公司研制出一套布設于隱蔽區域，集成化程度高、偵測靈敏且誤報少的異物入侵防范系統。

地下電纜等電力設施設備，敷設在地面以下，且電纜溝空間狹小，不容易觀測[1]。電纜溝、電纜夾層、防靜電地板下面、屏柜內部等這類通常作為線纜、電路傳輸的主要匯聚通道和狹小空間都屬較為隱蔽的區域。

如圖1中所示，上述區域巡檢探查困難，卻經常遭遇蛇、鼠等小型外來異物攀爬，往往帶來不可預控的安全隱患或設備損毀（諸如：短路、絕緣層破損以及電源擊穿等）。此類因異物入侵行為導致重大損失的后果因其事發前的隱蔽特性而防范不易，而目前的防范手段耗費諸多人力卻效果不佳。

鑒于此，公司嘗試在變電站隱蔽區域入口處布設高清晰度數字攝像機和輔助光源，利用攝像機內置自動圖像模式進行識別。當有異物入侵時，系統可對監控畫面中圖像變化進行分析研判，感知并確認“異物入侵”事件，及時觸發攝錄取證，并將報警信號通過網絡傳輸到監控中心或管理人員的移動終端，可有效預防由此隱患導致重大事故的發生。同時，將監測預警系統以三維實景平臺展示，輔以人物模式和眼睛模式進行場景呈現，讓監測人員對前方隱蔽區域產生直觀沉浸感，給監控操作帶來極大的便利。

1 平臺構成

異物入侵監測預警系統是能在隱蔽區域進行智能監控以及對異物入侵監測預警這樣一種特定的融合智能化數字視頻、智能警衛、一鍵巡視、音頻驅離、預警播報、警情分析等于一體的遠程統一智能監控平臺。結合自動視頻監控分析與圖像模式識別，可實現對前端采集數據信息存儲備份，同步檢索查看，隱蔽現場巡視，記錄分析警情數據，遠程告警畫面推送、定時定人策略報警等功能。異物入侵監測預警實時、準確為安全生產管理提供第一手數據和有效手段。所有這些功能均是在三維平臺上應用展示，場景圖像直觀、監控操作便利。系統構成如圖2中所示：

2 攝像機的移動偵測功能

攝像機的移動偵測功能是監測異物入侵的核心。攝像頭按照不同幀率采集得到的圖像會被CPU按照一定算法進行計算和比較，當畫面有變化時（如有異物闖入或移動等）計算比較結果得出的數字會超過閾值，攝像機能根據設定做出相應的動作，發出告警聲或播放事先設定好的聲音（如貓叫用以驅趕老鼠）。

首先，影像偵測先進行測量步驟，即是將影像切割成數個不連續部分，測定這些影像部分在各時段內的光線變化，然后辨別出這些變化究竟是導客觀條件轉換還是物體移動。一般而言，切割影像的方式有以下幾種：

（1）畫素分割：將影像分割成非常小的圖畫成分（畫素），可以有百萬個區塊；

（2）小區塊分割：將影像分隔為幾百個或幾千個等比大小或不同大小的區塊；

（3）大區塊分割：將影像分為百來個不同大小的區塊。

畫素分割方式會獲得相當多的影像資訊[2]，因此需要大量的電腦演算資源進行辨別。而大區塊分割的方式雖不會造成電腦資源的負擔，但由于提供的影像資訊較少，因此不容易區分出大環境的變化。因此，本系統采用小區塊分割方式，既可獲得足夠的影像識別資訊，又不用擔心造成電腦演算負荷。

其次，進行辨識程序。本平臺以物體大小進行偵測，然后觀察一段時間內的移動歷程與空間大小，以推斷持續的移動方位。因為本平臺所應用的場景多為變電站電纜溝等封閉隱蔽區域，有效地設定移動物體尺寸，是增加移動偵測準確率的關鍵。而且設定時也要特別注意當入侵者接近攝影機時，物體尺寸會比遠離攝影機要大。

再次，進行移動識別，因為應用場景是電纜溝等封閉隱蔽區域，在這些黑暗區域攝像機會同時配上燈光長期照明，這就避免了室外光線變化對辨識所產生的影響而造成誤判的可能?？梢酝ㄟ^背景減除法、時間差分法、光流法等算法進行識別，做出判斷。

3 雙視野模式的三維平臺展示

本監測預警系統是在三維實景平臺中展示的。此三維平臺將隱蔽場景用三維逼真模型真實再現地展示在監控操作人員面前，從而讓場景更直觀，操作更便利。如圖3為隱蔽場所圖：

如圖4所示為3D逼真展示隱蔽場所圖，可見，在中心平臺建立變電站隱蔽區域（如電纜溝、電力隧道）的三維模型，報警點位可以清晰的在三維模型上進行移步換景般的直觀顯示、圖像推送，準確定位以及多維數據融合展示。

同時，在這三維實景平臺中，操作人員的視角可以選擇虛擬人物視角或眼睛視角。

如圖5所示為虛擬人物視野，虛擬人物的視角即是在場景中監控人員以第三人的視角看虛擬人物在場景中的巡視；而眼睛視角即是在場景中監控人員以自己的視角看在場景中的巡視，如圖6所示。虛擬人物視角可以對整個場景的宏觀更好把握，因為有虛擬人物在場景中作為比照，不過這種模式也有很大的局限性，虛擬人物視角不能脫離虛擬人物，必須實時跟隨虛擬人物動作，否則會失去真實性和體驗效果；而采用眼睛模式模擬虛擬人物的眼睛來操作，可實現虛擬人物無法完成的操作，如：抬頭，低頭，左看，右看，前置和后置；此時眼睛模式的視野可脫離虛擬人物進行操作，而不失真實性和體驗，相反，實現3D變電站隱蔽場所復雜場景的多視角，靈活、準確，并且便捷查看。眼睛模式需滿足以下條件：

（1）眼睛模式的默認位置為：現實中人的眼睛位置1：1映射到虛擬人物中。

（2）眼睛模式的視野對于虛擬人物不可見。

4 結束語

異物入侵監測預警系統的應用將大大降低人員在隱蔽區域巡視的勞動強度和作業難度，解決傳統檢查有死角的隱患，讓值班員擺脫頻繁、重復的檢查工作，節約了人力。通過對隱蔽區域異物入侵的偵測報警發布，提示相關人員進行有針對性檢查，可提高工作效率。

本系統可使防小動物檢查達到標準化作業，及時并有針對性的檢查封堵，并能夠及時發現電纜缺陷、異物入侵情況[3]。本項目實施將有助于提高電網的安全、穩定運行性，減少小動物造成的線路跳閘停電事故發生率，保障企業、居民用電，提升供電公司服務形象和服務質量，提升經濟和社會效益。

參考文獻：

[1]易禮鴻，傅波，谷穎.淺析三維可視化在電纜運維管理中的應用[J].科學致富向導，2014（20）.

[2]常波.畫面分割技術在視頻監測中的應用[J].遼寧廣播電視技術，2012（04）.

[3]魯守銀，錢慶林，張斌.變電站設備巡檢機器人的研制[J].電力系統自動化，2006（13）.

作者簡介：龐瑾（1987-），女，河南西華人，助理工程師，本科，神南運維站副站長；成兵（1967-），男，安徽蕪湖人，高級工程師，本科，綜合檢修班班長；楊芬（1977-），女，安徽蕪湖人，工程師，本科，技術員。

作者單位：國網蕪湖供電公變電運維工區，安徽蕪湖 241000