圖像監(jiān)視在蓄電池在線監(jiān)測裝置總站平臺系統(tǒng)的應(yīng)用研究

摘 要：圖像監(jiān)視技術(shù)是變電站無人值守的重要基礎(chǔ)。文章結(jié)合當(dāng)前視頻技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和圖像視頻分析技術(shù)的發(fā)展，介紹基于圖像監(jiān)視技術(shù)在蓄電池在線監(jiān)測裝置總站平臺系統(tǒng)的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：蓄電池；智能視頻；分析

1 概述

在當(dāng)前的生產(chǎn)生活中，為保證重要設(shè)備和應(yīng)急使用時的不間斷供電和可靠安全運行，蓄電池組作為交流失電或事故應(yīng)急時的唯一能量供給設(shè)備已廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)的大型計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，承擔(dān)了越來越重要的緊急電力備份任務(wù)。蓄電池組作為整個直流系統(tǒng)的后備電源，是整個電源系統(tǒng)的最后一道供電保障，當(dāng)交流電失電時蓄電池組一旦不能正常工作，整個直流系統(tǒng)將停運，會造成比較大的運行事故。

當(dāng)前對于蓄電池管理和運維的技術(shù)手段比較有限，變電站多分布于比較便遠(yuǎn)的地區(qū)，且數(shù)量較多，現(xiàn)場巡檢人員成本較高。對于蓄電池的維護(hù)，如在線核容實驗要求步驟較多，一擔(dān)工作人員操作失敗，就會造成不可挽回的災(zāi)難。

現(xiàn)如今，模式識別和計算機(jī)視頻為基礎(chǔ)的視頻分析技術(shù)是比較成熟的，能夠做到在非人工分析的情況下準(zhǔn)確分辨、識別以及獲取重要目標(biāo)的有價值信息，并且這一技術(shù)在復(fù)雜繁多的視頻圖像中也能夠有效的運用。根據(jù)目前視頻分析技術(shù)的優(yōu)點，把這一技術(shù)應(yīng)用于蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)。使其可以連續(xù)不斷的非人工分析監(jiān)控畫面，及時的向監(jiān)控人員反饋有價值的信息。對于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的作用與能力，不但可以更加有效的發(fā)揮而且極容易拓展，使得智能化無人值守變電站蓄電池遠(yuǎn)程巡檢變?yōu)楝F(xiàn)實。

2 相關(guān)背景研究

智能視頻分析技術(shù)：智能視頻分析是以計算機(jī)視覺技術(shù)為基礎(chǔ)的，是人工智能研究領(lǐng)域的重要分支。這一技術(shù)可以有效的建立圖像和圖像描述之間的一一對應(yīng)關(guān)系，故其數(shù)學(xué)映射關(guān)系能夠使計算機(jī)簡單有效地把復(fù)雜視頻畫面翻譯成數(shù)字圖像，然后進(jìn)行處理和分析。基于計算機(jī)圖像視覺分析技術(shù)的智能視頻分析技術(shù)，可以將場景中背景和目標(biāo)分離進(jìn)而分析并追蹤在攝像機(jī)場景內(nèi)出現(xiàn)的目標(biāo)。根據(jù)智能視頻分析技術(shù)的原理，用戶想要充分利用視頻的內(nèi)容分析功能，就可以在每個攝像機(jī)的場景中預(yù)先設(shè)定一種報警規(guī)則，當(dāng)攝像機(jī)場景內(nèi)出現(xiàn)的目標(biāo)違反了預(yù)定義規(guī)則，系統(tǒng)會機(jī)械地發(fā)出報警，監(jiān)控工作站自動收到報警信息并且發(fā)出警示信號，反饋給監(jiān)控人員。用戶可以通過查看報警信息，實現(xiàn)報警的場景重組并采取相關(guān)措施。

視頻監(jiān)控中所提到的智能視頻內(nèi)容分析主要指的是非人工的分析和抽取視頻源中的有價值信息。假如把攝像機(jī)比喻為人的眼睛，而人的大腦就是智能視頻系統(tǒng)或設(shè)備。智能視頻技術(shù)有效的利用計算機(jī)可以高效處理數(shù)據(jù)，高速分析視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)，把用戶不關(guān)心的信息剪裁掉，只把監(jiān)控人員所需要的有價值的信息反饋給監(jiān)控人員。

智能視頻分析主要目的是主動監(jiān)控而不是被動監(jiān)控——事前預(yù)警；實時監(jiān)視的任務(wù)交給計算機(jī)完成而不是人工——事中處理；目標(biāo)與事件可以在大量的視頻數(shù)據(jù)中實現(xiàn)快速搜索——事后取證。

3 技術(shù)要求及設(shè)計

3.1 技術(shù)要求

站端硬件部署主要實現(xiàn)以視頻智能算法的任務(wù)計算負(fù)荷，承擔(dān)系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性和實時傳輸性。因變電站現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，為防止事故發(fā)生需要站端系統(tǒng)硬件處理能力和計算能力滿足視頻智能算法的所需資源負(fù)荷，針對智能算法的幾種數(shù)學(xué)模型類型如下。

3.1.1 單高斯背景模型法

對于室內(nèi)環(huán)境和沒有復(fù)雜背景的室外環(huán)境可以使用單高斯背景法。該模型的使用主要由兩大步驟組成：初始化背景圖像；更新背景圖像。

初始化背景圖像。讀取一段時間內(nèi)視頻序列圖像中每一像素的灰度值，計算其平均灰度值以及平均灰度值及像素灰度值的方差，然后構(gòu)成初始背景圖像的高斯分布圖，如式（1）所示：

（1）

簡化如下：

（2）

（3）

更新背景圖像。如果場景變化的情況發(fā)生，則背景模型需要根據(jù)背景圖像的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化。實時信息是由視頻序列提供的，而背景模型進(jìn)行更新的算法就是利用這一實時信息，如式（4）所示。可以表示時刻的背景圖像和實時圖像，背景更新率是固定值，可以看出當(dāng)前對象對背景圖像的更新速率。

Bt（x，y）=？籽Bt-1（x，y）+？籽F（x，y） （4）

3.1.2 基于區(qū)域法跟蹤

模板匹配的目標(biāo)跟蹤算法，通過距離加權(quán)、模板更新及局部匹配的方法來提高不同光照條件及變形情況下的魯棒性，不再采用簡單的平方差度量、相關(guān)匹配度量和相關(guān)系數(shù)度量，而是采用如式（5）所示的相似性度量函數(shù)：

硬件平臺的技術(shù)與設(shè)備都應(yīng)當(dāng)使用目前國際上比較前沿而且成熟的技術(shù)和設(shè)備，這是考慮到了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日新月異，所以硬件平臺技術(shù)與設(shè)備應(yīng)當(dāng)使得網(wǎng)絡(luò)環(huán)境非常開放，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)非常豐富，升級潛力大，擴(kuò)展性好。采用主干1000Mbps的以太網(wǎng)作為信息傳遞和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿襟w以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、接口設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器、工作站和計算機(jī)終端設(shè)備等。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)基于原有蓄電池在線監(jiān)測裝置總站系統(tǒng)，把智能視頻圖像分析服務(wù)器添加在前端變電站，把報警管理平臺添加在中心運行管理所。智能視頻圖像分析服務(wù)器不間斷的檢測前端變電站的視頻，報警管理平臺反饋報警信息給運行管理所監(jiān)控人員，然后由監(jiān)控人員處理報警信息和現(xiàn)場證據(jù)收集。這樣組成的系統(tǒng)主要功能和實現(xiàn)方式如下：

變電站蓄電池室內(nèi)蓄電池運行狀況檢測。一旦確認(rèn)蓄電池出現(xiàn)運行故障時，如冒煙、著火、爆炸，及時報警并上傳到監(jiān)控中心。

在變電站現(xiàn)場對蓄電池進(jìn)行在線實驗時，一旦確認(rèn)操作人員操作有誤，變電站現(xiàn)場報警燈亮起，并觸發(fā)警鈴，并上傳到監(jiān)控中心。

遠(yuǎn)程進(jìn)行蓄電池在線實驗時，實驗過程中一旦確認(rèn)蓄電池出現(xiàn)運行故障，會及時報警并上傳到監(jiān)控中心，且將視頻信息進(jìn)行存儲，以備事后的故障追憶和事故分析。

本系統(tǒng)是建立在原有的電力變電站監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上的，只需要把原有的監(jiān)控攝像機(jī)信號源分出2路，智能視頻分析服務(wù)器接受其中一路視頻，就是以現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)實現(xiàn)迅速、平滑的升級為智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

在前端變電站，攝像機(jī)把視頻圖像輸入智能視頻分析服務(wù)器，使其可以根據(jù)人工設(shè)定的規(guī)則處理視頻圖像，并且對設(shè)定目標(biāo)完成非人工跟蹤和預(yù)告報警，當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)違反了預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，立刻通過電力專網(wǎng)發(fā)出告警信息到運行管理所。在管理所監(jiān)控人員收到報警信息的方式為：視頻彈出，聲音提示+文字提示。在原有平臺基礎(chǔ)上，新系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時視頻瀏覽，同時實現(xiàn)了人員入侵實時報警及抓拍，使得現(xiàn)有系統(tǒng)報警的誤報率和準(zhǔn)確率較高的問題得到有效的解決，并且由于報警發(fā)生時的實時抓圖所需要的存儲資源較小，從而使得監(jiān)控管理效率有了很大的提高。

本方案主要目的是提高變電站監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，為蓄電池在線監(jiān)測提供準(zhǔn)確可靠的報警并盡量減少漏報，并及時提供和保留報警現(xiàn)場證據(jù)。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下業(yè)務(wù)功能：

前端檢測規(guī)則設(shè)置：主要為報警區(qū)域、觸發(fā)方式。

系統(tǒng)管理：設(shè)備管理、用戶管理、地圖管理、系統(tǒng)設(shè)置、布防設(shè)置。

報警視圖：電子地圖、報警視頻、報警圖片、報警類型。

報警歷史信息查詢：報警圖片、報警視頻、報警類型、報警時間。

地圖查看：查看布置點位、點位報警狀態(tài)。

4 結(jié)束語

現(xiàn)如今的電力行業(yè)中，無人值守工作模式被大多數(shù)變電站采用。在保證其正常運行的前提下才能保證電力企業(yè)以及整個電網(wǎng)的正常運作。在現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上應(yīng)用視頻分析技術(shù)可以解決無人值守變電站遠(yuǎn)程蓄電池巡檢的現(xiàn)存問題和不足，并且給出了相應(yīng)的設(shè)計方案。雖然，在原有的監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合了視頻分析技術(shù)使得無人值守變電站蓄電池巡檢的安全性變得很高，但是受限制于變電站自身的環(huán)境，例如地理位置、天氣、設(shè)施布局等因素的影響。因此在監(jiān)控系統(tǒng)安裝的時候，監(jiān)控沒備安裝點的選擇需要根據(jù)變電站自身的具體條件作出最優(yōu)選擇。想要使得監(jiān)控系統(tǒng)得到最好的監(jiān)控效果，就需要監(jiān)控設(shè)備選擇最優(yōu)的安裝點，并且要反復(fù)調(diào)試視頻監(jiān)控以及視頻分析算法的相關(guān)參數(shù)。