基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站安防監(jiān)控系統(tǒng)

蔣飛勇

（廣州健新科技有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510000）

1 系統(tǒng)設(shè)計模型

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的立體安防監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效保障整體變電站的正常運行，它主要包含環(huán)境感知系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)以及云平臺等一系列子系統(tǒng)，可以有效地對信息進行實時接入與管理，同時也可以控制出入，識別人員身份，達到了維護智能變電站安全運行的目標(biāo)。本文也會基于智能變電站的運行需求以及立體監(jiān)控系統(tǒng)模塊進行簡單的探討，并且介紹其功能，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效提升了整體的數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性，同時也能夠結(jié)合安防系統(tǒng)采集信息，利用云平臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分離以及變電站的智能安全防護[1,2]。

1.1 總體設(shè)計

智能變電站的安防監(jiān)控系統(tǒng)包含多個子系統(tǒng)，由各個系統(tǒng)之間智能化的互動以及綜合決策來維持安防監(jiān)控系統(tǒng)的運行。

首先是環(huán)境感知系統(tǒng)，能夠采集變電站周邊的環(huán)境信息，實現(xiàn)內(nèi)部信息的全面感知，包括對工作人員和動物的非法入侵等以及變電站中的溫度做出相應(yīng)感知[3]。其次是多態(tài)通信系統(tǒng)，能夠有效融合有線和無線等通信模式，建立全覆蓋通信系統(tǒng)；融合物聯(lián)網(wǎng)的感知技術(shù)，實現(xiàn)信號的全覆蓋以及信息的傳遞；建立以Wi-Fi等移動通信技術(shù)作為支撐的遠程報警系統(tǒng)。再次是智能分析系統(tǒng)，可以通過建立數(shù)據(jù)模型以及智能分析模型，對周邊的環(huán)境運行和內(nèi)部的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行智能化分析。及時觀察并預(yù)警智能變電站在運行過程中的具體情況以及變電站周圍是否出現(xiàn)了異常現(xiàn)象，建立一個聯(lián)動式的報警機制，一旦出現(xiàn)問題就可以利用多渠道來完成報警。最后是云平臺，主要是對其數(shù)據(jù)方面的感知與處理，針對那些格式化或者是并沒有格式化的數(shù)據(jù)做相關(guān)處理與研究，展開更具有規(guī)范化的分析和清理，將沒有必要的垃圾數(shù)據(jù)直接剔除干凈。

1.2 主要的實現(xiàn)技術(shù)

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)能夠有效地對數(shù)據(jù)進行采集，并且也可以為智能變電站在運行過程中提出更多新的理念。變電站內(nèi)的環(huán)境本身就具有極強的特殊性，其安全運行和多種因素產(chǎn)生聯(lián)系，使用單一的方法很難真正獲得全面的安全信息。而通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則能夠獲取設(shè)備包括環(huán)境以及運行等多個對象的屬性與狀態(tài)，最大程度感知變電站的安全運行，同時也可以增加信息的多樣性[4]。

1.2.2 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)的出現(xiàn)滿足了用戶的不同需求，能夠統(tǒng)一與管理在線的計算資源，并且完成多個子任務(wù)，在平臺上面做相應(yīng)的處理。在利用云計算進行數(shù)據(jù)處理的過程中，有1個非常重要的特點，就是可以按照自己的需求隨時取用。如果想要真正實現(xiàn)云計算技術(shù)，那么其核心內(nèi)容就在于對海量數(shù)據(jù)進行運算，同時還需要完成與計算平臺的管理。

1.2.3 智能視頻分析技術(shù)

利用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)就能夠完成24 h的監(jiān)控，徹底改變以往依靠人員來對其進行分析的模式，還能夠通過嵌入智能化的模塊或者是中心安裝的智能分析服務(wù)器來對監(jiān)控到的畫面進行不間斷的分析與研究。

視頻智能分析主要包括行為分析和特征識別。行為分析以背景模型為基礎(chǔ)，技術(shù)應(yīng)用表現(xiàn)在人員聚集、物品遺留、物品丟失、人員徘徊、人員倒地、安全帽與工裝檢測、區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計、進入或離開區(qū)域以及跨越警戒線、火焰檢測等方面。特征識別主要包括車牌識別和人臉識別。較于傳統(tǒng)視頻分析，視頻智能分析的重大突破在于能夠?qū)鼍爸械谋尘昂湍繕?biāo)分離，識別出真正的目標(biāo)。

1.2.4 “互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)

“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)所強調(diào)的一直以來都是互聯(lián)網(wǎng)以及云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的有機融合，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺將多種技術(shù)進行融合，充分使用互聯(lián)網(wǎng)工具，將資源使用在云端，然后再進行分配，從而實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”安防云平臺。這些移動工具以及對應(yīng)的服務(wù)平臺能夠有效實現(xiàn)客戶端的實時監(jiān)控，做到安防領(lǐng)域的突破，實現(xiàn)跨區(qū)域以及跨時域的信息采集、技術(shù)與管理的融合，建立立體遠程的安防系統(tǒng)[5]。

2 主要的功能設(shè)計以及實現(xiàn)

2.1 功能設(shè)計

2.1.1 智能視頻監(jiān)控

使用智能監(jiān)控軟件就能夠完成24 h的不間斷監(jiān)控，改變傳統(tǒng)的監(jiān)控模式，同時也能夠解放勞動力。使用嵌入化的智能模塊或者是中心管理服務(wù)器可以對所監(jiān)控到的畫面進行持續(xù)分析。

基于對監(jiān)控攝像頭收集的視頻畫面進行分析的系統(tǒng)，能夠進行多種檢測，如入侵檢測、移動目標(biāo)檢測、運動路徑檢測、遺留物目標(biāo)檢測、運動方向檢測和移走目標(biāo)檢測等，從而可以對人或者物體進行分析，定義“超出界限”“冒出”“增多”“遺留物”“長時間逗留”“尋釁滋事”“違反進出規(guī)則”“車輛逆行”等警報規(guī)則[5]。

2.1.2 周界防范

以往變電站的周界安防系統(tǒng)主要存在著紅外圍欄誤報率高以及電子圍欄無法入侵判定、精準(zhǔn)度比較差等一系列問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及紅外、超聲波等技術(shù)的發(fā)展也為變電站的周界防范提供了更多新的方法與技術(shù)，通過物理跟通信防范，利用激光圍欄來測定入侵的位置，并進行阻攔，利用分組無線服務(wù)網(wǎng)絡(luò)來做到遠程的報警，再結(jié)合攝像機進行遠程監(jiān)控，組建智能化的變電站周界的立體安防系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 安防系統(tǒng)

一般來說，在智能變電站立體安防設(shè)定的過程中包含著2個內(nèi)容，分別是前端控制以及后端控制。前端監(jiān)控層的主要任務(wù)就是對入侵到變電站周界的具體內(nèi)容進行檢測與威懾，并且取證，包括網(wǎng)絡(luò)攝像機以及電子圍欄等。后端控制層主要負(fù)責(zé)對所收集到的報警信息進行顯示以及存儲，同時控制前端的網(wǎng)絡(luò)攝像機，并對以太網(wǎng)進行維護和遠程報警，主要包含控制器、監(jiān)控主機以及監(jiān)控顯示器等，都需要安裝在控制室內(nèi)。

2.1.3 聯(lián)動報警

入侵報警系統(tǒng)能夠通過感知技術(shù)以及通信技術(shù)（包括計算機技術(shù)等）對事件的具體性質(zhì)進行評估，對那些非法進入?yún)^(qū)域的特定事件進行識別包括警告。由于傳統(tǒng)變電站在運行的過程中無論是圖像監(jiān)控還是聲光報警等都是非常獨立的，因此防火防盜手段非常單一，所以聯(lián)動效果非常不明顯。在智能化的變電站系統(tǒng)中可以對火災(zāi)以及非法入侵等事件通過紅外或者超聲波等來進行決策，其報警方式也非常多樣化，主要包括手機應(yīng)用端以及短信和警鈴等，同時利用遠程監(jiān)控和警示聯(lián)動等方法都能夠做到遠程可視化的監(jiān)控報警。

2.1.4 門禁管理

智能變電站的門禁管理體系中可以在變電站的出入口安裝智能識別系統(tǒng)，這樣做就能夠有效實現(xiàn)實時的監(jiān)控和防盜報警，包括狀態(tài)記錄。門禁管理主要包含著智能卡、電子密碼、虹膜識別等一系列模式。這種變電站的門禁系統(tǒng)主要包含門禁服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)、控制器以及能夠產(chǎn)生跳碼的手機等，其中門禁控制器主要是用來控制各種門禁終端，如讀卡器和鍵盤等，通過變電站的有效網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)，在控制中心就能夠?qū)崿F(xiàn)集中的數(shù)據(jù)共享。

2.1.5 人員巡檢以及機器人巡檢

因為變電站的運行屬于長期狀態(tài)，所以確保所有設(shè)備在運行過程中是安全的非常重要，可以使用人員檢測以及機器人檢測相結(jié)合的工作辦法，主要目的就是為了及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運行過程中存在的安全隱患，有效完成變電站設(shè)備的日常檢查以及溫度測試。一方面可以使用紅外線來檢測系統(tǒng)設(shè)備的運行狀況，工作人員只需要定期或者不定期完成巡視檢查即可，而另一方面也可以使用智能化的巡檢機器人，建立自動的安全防護體系架構(gòu)，根據(jù)設(shè)定的軌道來完成移動，通過視頻以及紅外線等設(shè)備進行故障判定[6]。

2.2 目標(biāo)檢測以及智能決策報警

2.2.1 基于聚類的背景建模以及運動目標(biāo)檢測的辦法

在立體安防體系中需要使用智能化的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來對目標(biāo)對象進行圖像檢測，主要包含著圖像序列中的運動目標(biāo)。目前，運動目標(biāo)的檢測方法較多，如光流場法、背景減除法以及聚類法等，其中使用最為頻繁的是背景減除法[7]。背景減除法的實現(xiàn)原理就是通過背景估計跟圖像濾波來對圖像進行獲取，所檢測到的對象比較完整，適合使用在普通視頻的監(jiān)控需求中，具體的算式為

式中：fk(x,y)為當(dāng)前幀；bk(x,y)為當(dāng)前幀的背景；dk(x,y)為當(dāng)前幀跟背景幀之間的差分結(jié)果。

在實際的應(yīng)用場景中，受到光照以及背景的復(fù)雜度，包括攝像機抖動等一系列因素的影響，會給運動過程中的目標(biāo)檢測帶來非常大的挑戰(zhàn)。當(dāng)所捕捉到的目標(biāo)在運動的過程中呈現(xiàn)著比較緩慢的狀態(tài)或者情況看起來非常復(fù)雜時，就可以利用基于聚類的背景建模或者運動目標(biāo)檢測的辦法來有效降低整體運算的復(fù)雜程度，也能夠獲得非常好的檢測效果。這種方法能夠為每一個像素點都建立一個固定的模板，并且對其進行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，可以有效減小算法所需要占用的空間，從而有效提升背景提取的效率[8,9]。

2.2.2 智能決策報警

對于整個安防系統(tǒng)來說，智能決策報警可以說是系統(tǒng)中的核心內(nèi)容，同時對異常報警模塊進行分析時，必須要對其進行科學(xué)的設(shè)計。一般來說都是根據(jù)智能變電站對所出現(xiàn)的異常事件進行判定，然后構(gòu)建一個相關(guān)的知識庫，并在深度學(xué)習(xí)后建立相關(guān)的模型，完成綜合求解，通過不斷的動態(tài)學(xué)習(xí)來完成知識庫的更新[10]。

3 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)能夠?qū)ΜF(xiàn)代化的變電站安防系統(tǒng)進行進一步的改革與更新，同時也可以有效提升現(xiàn)代化的安防技術(shù)，為變電站的保障提供更多的技術(shù)支撐。本文主要對智能變電站的具體特點以及管理需求進行了相關(guān)探討，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)布置了相關(guān)設(shè)備，建立了物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)機制，通過智能化的分析以及云平臺等對變電站周邊環(huán)境進行深度感知，同時將無線技術(shù)和有線技術(shù)相結(jié)合來完成感知系統(tǒng)的互聯(lián)互通。