計算機視覺技術及其在電力系統自動化中的應用

劉俞伶

(四川省電力公司廣安電業局，四川 廣安 638000)

目前社會，電力系統中應用最廣泛的技術就是多媒體技術，多媒體技術在信息的輸入和輸出和傳送等方面有著其他技術不可替代的優勢。電力系統正在改變原始的自動化模式，其中最為廣泛的應用是各種與圖像有關的技術。例如視頻技術的工業電視系統與遙視系統、利用紅外技術形成的紅外成像系統等，都屬于圖像獲取系統的范疇。

獲取的圖像信息最主要是通過人視覺系統進行理解，人的視覺系統包括眼睛，神經以及大腦中的相關部分。人眼不是機器，有主觀性和易疲勞的缺點，對視頻圖像進行長時間觀看或觀察會對監控人員的視力產生不好的影響，因此會影響一些異常情況的處理。人眼觀察不能快速地將各個相關畫面信息進行綜合判斷，電力系統集信息、能量變化與一體的系統，要求速度，其過度過程在瞬間完成，若發生故障，一定要在短時間內消除，以免造成事故情況擴大。

保證電力系統安全的前提下，在圖像識別的計算機視覺技術被運用到圖像信息分析和理解基礎上，電力系統圖像信息的處理也越來越近于全智能化。例如火電廠煤粉鍋爐火焰燃燒狀態的識別、電力設備紅外圖像的簡單識別等，隨意已經得到運用，但是其應用功能還處于散漫的初階段的狀態。

一、計算機視覺技術的定義以及其基本內容

計算機視覺技術是專門研究用計算機來模擬生物外顯或宏觀視覺功能的技術。現代科學家將視覺定義為"根據獲得的圖像理解景物信息的處理過程"。計算機視覺也可以成為機器視覺、圖像分析。視覺是依靠人眼與大腦神經系統完成的，但是計算機視覺確實利用計算機提供的方法完成對信息的處理。

目前，計算機視覺技術的應用廣泛，在各個方面都得到了推廣，醫學中遙控圖像、工業檢測、文件處理、多媒體數據庫等。簡單地說，在人類需要視覺的所有情況下，都需要計算機視覺。在人無法感知和精確測量的情況下，計算機視覺的優越性就越發能體現出來。除了計算機視覺技術，如視頻技術、圖像數據壓縮與傳輸、數字圖像處理、人工神經網絡、虛擬現實技術、模糊數學、模式識別等與計算機視覺相關的一些技術已經在電力系統中得到廣泛應用，并顯示出良好的前景。

上世紀80年代初的學者Marr提出了算視覺理論框架，并將視覺分為低層視覺、中層視覺、高層視覺三個層次。并在計算機視覺方面取得了巨大成就。從20世紀90年代初開始,人們又建立了一系列新的計算機視覺理論。圖像分析和識別的算法一般比較復雜，因為此原因，計算量工程浩大。圖象識別是模式識別在圖象分類中的一個特例，這里面重要并且容易實現的分類方案是利用模式識別來設計圖象識別。原理是在得到某個算法之后所涉及的分類方案對原來已知類別的圖像能進行正確分類，或者在某種程度上將錯誤分類的可能性降到最低。

二、計算機視覺技術在電力系統自動化中的應用

方便、快捷、準確的獲取各種圖象信息是電力系統總應用計算機是計算機視覺技術的首要任務。本文介紹了一種變電站要是系統，這個是基于因特網傳輸方案的基礎上的，實現了一個相對完善的變電站遙視警戒系統，其大面積的監視工作是利用一體化球形攝像機進行的，同時可以快速的調出現場畫面。還能夠在同時結合多種傳感器信號和視頻信號，變換出雙重遙視警戒系統。其新的要求是可以通過依靠軟件的升級來完成的，這在一定的程度上是給計算機視覺技術提供了一個非常好的應用前提條件。

在圖像信息可以反映問題本質的前提條件下，對電力系統中的實際工程問題進行分析，計算機視覺技術可以適用的場合有：

1 監測設備難以引出電信號或為了減少連接電纜；

2 需要二十四小時全天候實時監視的重要設備和場所；

3 監視范圍大，角度自由，并且可以移動；

4 人的視覺系統難以識別的圖像 (例如模糊圖像、紅外圖像等)的分析。

現階段看來計算機視覺技術的應用還是廣泛的，也比較容易實現的。在店里系統中的應用，是一種對現有的遙視系統軟件功能的完善和加強，在硬件設備上來看，基本的硬件設備不需要有變動，除了那些是為了識別需要增加的攝像機和照明系統之外，大體上都是沒有做大的變動，所需要做的就是在軟件紅加入圖像識別模塊，并且經識別的結果輸出到控制系統，更加不需要追加大的投資就可以達到一定程度上的視覺智能化。值得一提的一個問題是圖像識別的實時性。圖像識別的實時性問題，還是受影響于算法效率的高低以及硬件功能是否強大。還有另一個問題，圖像種類比較繁多，當然識別的方法就不會是千篇一律的，所以不難發現，圖像識別模塊是具有相當繁重的工作量和相當大的工作規模，這就要求我們在應用時，要按照需要計劃好圖像識別功能，做到面面俱到，保證其通用性能的實現。

雖然科學技術在不斷的更新進步，但是圖像識別和計算機視覺技術在某些方面還并不成熟，計算機視覺技術如果要應用在現階段的電力系統中或者是有關電力系統安全監視方面，那么最好的建議是要盡量運用簡單并且算法成熟的的程序，所針對的問題基本上是需要識別狀態數目、狀態差異較大、容易分類的問題。綜上所述，計算機視覺應用還沒有在實際應用中完全代替人工操作，在這些實際應用中，不可能完全沒有忽略人的視覺參與，計算機視覺技術的應用在一定程度上是處在一種輔助的地位，起到協助協調的作用。針對計算機視覺技術的各方面特點下面舉個例子分析計算機視覺技術在電力系統自動化應用。

我國電力系統的發展迅速，隨著電力系統的發展，電氣設備也隨之發展，正在從計劃檢修轉變為狀態檢修。狀態檢修的基礎是在線狀態檢修，計算機視覺技術在紅外線圖像故障檢測的應用主要就是應用于電力設備的紅外圖像識別，與此同時也證明了電力設備進行在線監測的成功方法是紅外線圖像故障檢測。眾所周知，紅外圖像與物體表面的溫度是密切相關的，所以紅外熱像儀拍攝電力設備的紅外圖像，進而驚喜圖譜分析是得當的，此方法也是現階段進行電力設備運行狀態監測和故障診斷以及對整個發電廠或變電站進行溫度管理的最佳方法，輸電路絕緣條件惡化造成的局部過熱、變壓器少油造成的局部過熱、斷路器觸頭接觸不良造成局部過熱等這些情況都可以通過紅外圖像進行識別，這種情況識別問題的識別工作原理就是將電力系統設備實時的紅外圖像與其正常運行時的紅外圖像進行比較，超過我們所認定的標準值或者某個區間，就可認定發生故障，同時還能根據它的紅外圖像來定位發生故障的位置，這樣就能做到及時發現及時解決處理，掌握熟練的技術識別圖像變化著并不困難。電力設備的紅外圖像能得到其溫度分布情況表，這樣就可以根據溫度分布情況對電力設備進行溫度控制。電廠排取冷卻水的局部控熱和熱污染控制和電廠保溫材料性能的評價的圖像分析和模式識別問題，還是有些困難額，一些技術等等都還暫時用不上。

在工作現場有時候會產生煙霧火苗、噴水冒起等異常現象，這些現象的識別報警也是一個需要慎重考慮的問題。從現場的某些時刻來看，在這些時刻前后拍攝圖像數據變化情況，能鑒別出來其異常情況之處。但是有些正常的變化并不一定是發生了故障，也不是異常變化，這也是不該報警的地方。例如早晨晚上光線亮度的變化，在早晚溫差較大某些地區早中晚溫度的變化等，都是不應該報警的。遇到這種情況就可以采取一些算法和編程來過濾去除這些正常情況的規律變化，但是突發性的閃電打雷等都是屬于自然現象，難以預計，這既不屬于正常變化情況也不屬于異常情況，難以去除，所以，這種不可抗力的情況還是需要借助于其他的輔助設備，用以協助人員監測等。

結語

伴隨著科學技術的不斷進步，電力系統自動化也離不開信息科技。計算機視覺技術也會跟著科學的進步在電力系統自動化的應用中不斷深入。目前，多媒體技術是電力系統中應用最廣泛的計算機視覺技術，因為在很多信息處理方面多媒體技術有著不可替代的優勢和地位。電力系統的工作模式已經從原始落后的自動化模式轉變為現代化的自動化模式。與圖像有關的很多技術都可以運用到電力系統自動化中來。相信在不久的將來，科學技術的發展將會上升一個更高的高度，不僅能解決目前計算機視覺技術在電力系統自動化中的應用還存在的難題，更能使其應用更為全面和廣泛。

[1]龔超，羅毅，涂逛瑜.計算機視覺技術及其在電力系統自動化中的應用[J].電力系統自動化，2003（01）.