變電站巡視中的圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用

尹雁和，賈子然，曾毅豪，羅力濤

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)電力供應(yīng)的要求越來(lái)越高，變電站的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)起到了至關(guān)重要的作用。為了完成對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控，需要對(duì)變電站的設(shè)備進(jìn)行定期的檢查和維護(hù)。檢查和維護(hù)的方式為人工巡視，不僅耗費(fèi)大量的人力，而且也浪費(fèi)時(shí)間，最重要的是依靠人工巡視往往會(huì)導(dǎo)致巡視不清楚或者巡檢完不成進(jìn)而導(dǎo)致變電站設(shè)備出現(xiàn)故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成連鎖事故。同時(shí)，由于變電站內(nèi)有很多高壓設(shè)備，人工巡視危險(xiǎn)性很高。而運(yùn)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能圖像識(shí)別技術(shù)代替人工巡視將成為變電站巡視的發(fā)展趨勢(shì)[1]。

圖像識(shí)別功能在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)與應(yīng)用使得智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)更加智能，也是視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的重要標(biāo)志。圖像識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)和選擇是智能視頻監(jiān)控技術(shù)中的關(guān)鍵點(diǎn)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般是采用服務(wù)器+客戶端模式來(lái)設(shè)計(jì)的，在視頻數(shù)據(jù)的采集與傳輸中是采用基于達(dá)芬奇技術(shù)的嵌入式客戶端實(shí)現(xiàn)的，在視頻中圖像目標(biāo)的智能檢測(cè)和識(shí)別是采用基于OpenCV庫(kù)的算法在服務(wù)器中進(jìn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過視頻圖像采集到視頻傳輸，再到計(jì)算每一幀Harr-Like特征的視頻圖像的積分圖像，目標(biāo)的檢測(cè)定位通過檢測(cè)率基本能夠滿足識(shí)別需要的Adaboost算法設(shè)計(jì)級(jí)聯(lián)分類器來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用主成分分析法將提取出來(lái)的目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行降維，最后目標(biāo)的識(shí)別功能通過支持向量機(jī)算法設(shè)計(jì)多分類器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)組成及各部分主要功能

如圖1所示，本智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用服務(wù)器+客戶端模型來(lái)設(shè)計(jì)與搭建的，遠(yuǎn)程客戶端、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、視頻數(shù)據(jù)采集端組成智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的三大部分，其中網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)在功能上就相當(dāng)于監(jiān)控主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的結(jié)合。

圖1 系統(tǒng)示意圖

1.1 遠(yuǎn)程客戶端

智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程客戶端就是一個(gè)平臺(tái)供上層用戶操作和查詢使用的，任一時(shí)段的視頻碼流可通過遠(yuǎn)程客戶端進(jìn)行回放或者觀看，同時(shí)智能識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)上送上來(lái)的圖像，并根據(jù)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的圖像與設(shè)好的條件進(jìn)行匹配實(shí)現(xiàn)異常情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)

網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場(chǎng)的攝像頭以及協(xié)調(diào)其他部件的工作，通過調(diào)節(jié)攝像頭的各種參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視圖像的清晰觀看，其中視頻存儲(chǔ)、多路回放、檢索播放、報(bào)警聯(lián)動(dòng)是網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)的重要功能。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)可以記錄各種操作情況并生成及維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的日志文件；提供系統(tǒng)用戶的添加和刪除功能，并且對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行各種權(quán)限的設(shè)置；對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；能夠及時(shí)將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的情況通知管理員，對(duì)系統(tǒng)的每一個(gè)部件實(shí)時(shí)檢測(cè)。

1.3 視頻數(shù)據(jù)采集端

視頻采集端分部在變電站的每一個(gè)角落，能夠無(wú)死角監(jiān)視變電站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況，并且將變電站內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況的模擬視頻監(jiān)控信號(hào)上送到網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼。

2 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

利用圖像變換、增強(qiáng)、復(fù)原等技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行處理是智能視頻圖像識(shí)別的定義，智能視頻圖像識(shí)別是一種對(duì)圖像提取有效特征進(jìn)而區(qū)分分類的技術(shù)。模板匹配方法、統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法、句法分析方法是智能視頻圖像識(shí)別技術(shù)的3種類別。在一幅圖中根據(jù)已知模式中尋找相應(yīng)的模式的方法即為模板匹配方法。各個(gè)模式的識(shí)別從由特征向量表示的模式中抽取特征并通過劃分特征空間來(lái)進(jìn)行即為決策理論方法也稱為統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法。以決策函數(shù)為基礎(chǔ)是統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法的重要特征。每一模式是由子模式或模式元素的分量構(gòu)成即為句法分析方法，基于語(yǔ)言文法知識(shí)是句法分析方法的重要特征。

首先要運(yùn)用幀間變化檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)異常發(fā)生的有無(wú)及發(fā)生異常的位置，在得到異常發(fā)生的區(qū)域和主要信息后，接下來(lái)要通過模板匹配算法具體判斷異常情況的種類，模板匹配算法必須能夠快速準(zhǔn)確計(jì)算已知模板和未知圖像的相似性。模板匹配算法處理連續(xù)的大量視頻圖像對(duì)自動(dòng)處理程度和處理精度較高而對(duì)實(shí)時(shí)性要求相對(duì)不太高，通常試送成功采用序慣相似性檢測(cè)算法(SSDA)。前面檢測(cè)出來(lái)的區(qū)域與預(yù)先錄入的異常情況模板逐一匹配，相似度最大就可以判斷屬于哪種異常情況。

通過PC控制終端選擇變電站并進(jìn)入變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站中電氣設(shè)備的巡視，同時(shí)對(duì)巡視中出現(xiàn)儀器儀表的界面進(jìn)行圖片截取，通過圖像識(shí)別技術(shù)完成對(duì)儀器儀表的抄表并生成表格，其具體步驟是：步驟一，通過控制終端選擇需要巡檢的變電站，并通過系統(tǒng)門禁驗(yàn)證后與待巡檢變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接；步驟二，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)變電站中電氣設(shè)備進(jìn)行視頻及圖片信息采集；步驟三，對(duì)視頻或圖片信息中的儀器儀表部分進(jìn)行圖片截取并保存，并通過圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)截取保存的儀器儀表截圖進(jìn)行識(shí)別；步驟四，獲取儀器儀表讀數(shù)并生成數(shù)據(jù)表格，并與預(yù)先錄入的閾值進(jìn)行對(duì)比后，生成折線圖或條形圖。所述變電站以編碼或代號(hào)的形式在控制終端上顯示，其系統(tǒng)門禁驗(yàn)證為身份驗(yàn)證與核實(shí)，其具體方式為通過賬號(hào)、密碼的方式進(jìn)行。所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息采集方式為固定角度采集和/或通過控制終端控制進(jìn)行多角度采集，通過控制終端控制視頻監(jiān)控系統(tǒng)改變焦距，對(duì)儀器儀表部分進(jìn)行針對(duì)性信息采集。所述儀器儀表部分圖片的截取為人工通過控制終端進(jìn)行手動(dòng)截取，并手動(dòng)標(biāo)注儀器儀表類別后進(jìn)行儲(chǔ)存，其同一儀器儀表截取的圖片為至少兩張；儀器儀表為指針式和/或數(shù)字式，其均通過圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行視數(shù)讀取。所述控制終端根據(jù)獲得的視數(shù)生成表格，并根據(jù)標(biāo)注的儀器儀表類別與預(yù)先錄入的閾值進(jìn)行對(duì)比；超出閾值范圍后進(jìn)行報(bào)警，并生成固定時(shí)間段內(nèi)相同儀器儀表的折線圖或條形圖。所述其預(yù)先錄入的閾值具有提取標(biāo)號(hào)，其標(biāo)號(hào)與相對(duì)應(yīng)的儀器儀表類別相對(duì)應(yīng)。所述其預(yù)先錄入的閾值具有提取標(biāo)號(hào)，其標(biāo)號(hào)與相對(duì)應(yīng)的儀器儀表類別相對(duì)應(yīng)。

3 技術(shù)的有益效果

在變電站巡視中應(yīng)用具有視頻圖像識(shí)別技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，使得變電站的遠(yuǎn)程巡視操作成為了現(xiàn)實(shí)，并具有儀器儀表視數(shù)讀取的自動(dòng)讀取和報(bào)警功能；能夠?qū)⒆冸娬粳F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行圖片形式的還原，通過辨識(shí)技術(shù)來(lái)對(duì)變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行智能巡檢、智能維護(hù)及智能監(jiān)管，不但降低了勞動(dòng)成本，還提升了運(yùn)維效率。

4 結(jié) 論

本文主要介紹了系統(tǒng)組成及各部分主要功能，其次分析了技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，最后探討了技術(shù)的有益效果。