智能視頻分析技術在電力設備監控中的應用

路 明，楊 林，李賢偉，趙 凡，張家銘

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

隨著智能電網的快速發展，在電力系統監控中智能視頻分析技術的應用愈發重要。電力系統的高度自動化、智能化及當前基于大數據分析、互聯網技術的應用，要求電力系統設備在運行中具有高可靠性和實時監控、預警自控能力。文獻[1]中提出了一種基于深度學習的電力設施智能視頻分析方案；文獻[2]分析了配電網的設備監控問題，說明了智能終端設備的意義。為進一步提升電網運行監控和故障分析、預警自控能力，開展智能視頻分析技術在電力設備監控中的應用研究勢在必行。本文首先闡述了智能視頻分析技術的概念及原理，并針對智能視頻分析技術的架構進行分析，探究智能視頻分析技術在電力設備監控中的應用。通過研究該技術與電力設備的功能融合，建立起基于智能視頻分析技術的變電站監控信息管理系統，并證明該管理系統在電力設備監控中的應用價值及取得的良好效果，為其在電力設備監控中實際應用提供參考。

1 智能視頻分析技術的概念及原理

智能視頻分析技術主要是計算機圖像視頻技術在安防領域中的重要分支，這一新型的分析技術區別于傳統移動偵測技術，它能準確識別視頻中真正的活動目標，且技術應用的抗干擾能力更強。新一代視頻監控管理系統的核心特點和優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網絡的多媒體信息(視頻/音頻/數據)提供一個綜合、完備的管理控制平臺[3]。網絡多媒體監控系統以網絡為依托，以數字視頻壓縮、傳輸、存儲和播放為核心，以智能實用圖像分析為特色，并與報警系統、門禁系統整合成一個平臺，是基于互聯網技術的一次視頻監控行業的技術革命。

智能視頻分析技術能夠根據用戶自身的需求，通過不同攝像機場景進行預測，并提供不同報警規則。場景中出現違反預定義規則的行為時即發出警報，這就有助于提高監控質量[4-5]。電力設備監控過程中，該技術可進行特定區域非法入侵檢測，如在變電站中應用，能對設備周邊場景設置圖像區域規則，可實現對多個防區位置重疊，并可開展獨立的監控工作。該技術亦可對重要的設備周邊進行警戒線穿越檢測，如對主控室進行煙霧檢測、火焰檢測等。在實際應用過程中，智能視頻分析采用智能化圖像識別處理技術，將多種攝像機和DVR等視頻設備進行綜合應用，并及時將報警信息傳輸到監控平臺和客戶端，以便后臺操作管理。其主要運作流程如圖1所示。

圖1 智能視頻分析技術的運作流程

2 智能視頻分析技術的技術架構

加強電力設備的監控，能夠及時發現和消除影響安全穩定運行的不利因素。智能視頻分析技術和傳統的視頻監控技術相比，其優勢在于能夠同時監控多個場景，提高監控的質量和效率。電力系統中運行設備較多，主要針對變電站及輸電線路相應設備的運行狀態，通過網絡化聯接、大數據分析、信息化傳遞等多媒體手段，進行實時在線監控。

智能視頻分析技術能從監控圖像中找到目標并監測其運行特征屬性，其功能可劃分為幾個模塊，如目標移動方向監測模塊、周界入侵監測模塊和系統智能自檢模塊等。該技術通過計算機視覺方式，在對拍錄圖像實施定位識別后，自動進行判斷目標行為。在電力設備監控中，智能視頻分析技術的系統架構是在計算機應用技術、安防技術和視頻傳輸技術等支持下搭建的[6-12]。共形成3層架構體系，分為前端的設備接入層(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行處理，最后進入業務中心主站。媒體處理層是由媒體處理分發及中心業務平臺、網絡存儲單元、接入及應用服務器等部分組成，用于開展業務處理控制及音視頻的存儲和傳送管理、數據編譯等工作，它是智能視頻分析技術的核心單元。用戶表示層是由客戶端的顯示系統和反饋系統構成，主要完成信息的展示、預警動作和反饋自控等。

圖2 智能視頻分析技術的技術架構

智能視頻分析系統前端單元的攝像機設計為防爆外殼半球形模擬攝像機及高清網絡攝像機，具有監測環境適應性較強的優勢。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合實際需要進行調節，可擴大監控區域。在防盜及報警系統的結合下，前端單元的報警信號采集設備可以在輸電線路出現斷線或短路、變電設備出現水浸等情況下及時報警，并將信息傳到主站進行處理。其主站服務器設備可將傳統視頻監控及動力環境監控進行整合，同時處理繁多的數據信息及開關量數據。變電站監控也涉及到防盜系統和消防系統等，通過智能視頻分析技術，可實現多維度多類型監控。

由于電力設施地理分布跨度大，智能視頻分析系統把所有監控點位傳到客戶端單元后，會造成編解碼壓力增大，在發生事故時將影響信息的實效性。因此對于地域分布分散的電力設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的時效性。

3 智能視頻分析技術的應用

隨著新建智能變電站的監視信號接入調控中心，監控信息量大幅增加使調控中心的工作量成倍增長，如何將監控信號完整、準確、及時收集到調控中心，使數據收集標準化、規范化、完整化、準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，監控信息編制、審核、批準工作量巨大，監控信息的審核周期較長，管控不夠嚴謹，影響監控信息的數據質量，給電網監控運行帶來隱患。對此，建立起基于智能視頻分析技術的變電站監控信息管理系統，利用智能視頻識別技術，發揮其信息處理的能力，實現設備信息的智能識別，完善設備庫中的信息，最大限度保障基礎數據的完整性；同時利用本技術在聯調驗收時發揮系統主動識別和思考的能力，保障聯調驗收的準確性。其技術路線如圖3所示。

圖3 技術路線圖

首先研究并建立監控信息專家庫，實現變電站信息規范的統一和共享，并通過流程優化和深入的功能開發，實現監控信息全過程管理和監控信息智能決策功能。變電站監控信息智能決策管理系統作為設備監控專業的技術支持系統，實現變電站設備監控數據相關業務的全過程管控，包括規劃設計、設備選型、安裝調試、接入驗收、監控運行、檢修維護等。系統建立統一的設備監控數據基準庫及規則庫，實現系統覆蓋范圍內監控數據編制、審核、批復、調試、驗收的標準化管理，其總體架構如圖4所示。該變電站監控信息智能決策管理系統使用D5000基礎平臺的生產廠家、設備型號、設備類型、用戶信息等基礎數據，導出監控信息表供實時監控與預警類應用直接使用，并由智能視頻分析技術采集的實時監控信息與預警類應用導出的運行站信息表進行梳理和對比。系統補充調度管理類應用監控信息接入流程的前期部分，與監控信息接入流程無縫銜接。監控系統的監控與預警應用關系如圖5所示。

通過應用智能視頻分析技術，實現設備數據的智能識別，快速完善基礎設備庫，從而保證數據的完備性。在聯調驗收時，利用視頻主動識別各類數據參數，提高聯調驗收的準確性、及時性，智能化監控有效減輕勞動強度，提高工作效率?；谥悄芤曨l分析技術的變電站監控信息智能決策管理系統貫穿在系統的全過程管理中，實現基于監控信息表自動編制、智能審核、智能聯調功能的業務流程優化，并對信號的差異進行顏色區分。

圖4 系統總體架構圖

圖5 應用關系連接圖

借助變電站監控信息管理系統，將為各級調度和各類變電站建立統一的監控信息規范，通過研究和開發智能視頻分析技術的視頻監控處理功能可為各個崗位提供技術支持，通過這一技術的應用及時更新設備庫，精確反映電力系統設備的狀態信息，以此提高工作效率，保障設備運行安全，提高生產效率，提高監控信息管理的智能化水平。

4 結束語

智能視頻分析技術在電網運行監控和故障分析、預警自控能力、信息處理具有重要作用。它能有效促進電力設備監控工作的順利開展，保障電力設備的安全運行。本文針對智能視頻分析技術的架構進行分析，通過研究該技術與電力設備的功能融合，建立起基于智能視頻分析技術的變電站監控信息管理系統，該管理系統能顯著提高監控能力，效果較好。智能視頻分析技術應用于電力設備監控中，對提高運行設備安全具有重要意義。