基于智能變電站的智能視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

馮堅(jiān)

摘 要：為了提高智能變電站日常維護(hù)和運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，學(xué)者們開發(fā)和研究出一套智能視覺系統(tǒng)，用于監(jiān)控智能變電站設(shè)備的正常運(yùn)行和環(huán)境狀態(tài)。智能視覺系統(tǒng)主要包括智能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)，將機(jī)器模式學(xué)習(xí)識別、圖像處理、視頻監(jiān)控等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和集成，對智能變電站設(shè)備的正常運(yùn)行和環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時、在線監(jiān)控。文章主要研究智能變電站的智能視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能變電站；智能視覺系統(tǒng)；環(huán)境監(jiān)控

智能變電站是電網(wǎng)智能化調(diào)度、用電、配電、變電、輸電和發(fā)電的關(guān)鍵，是智能化電網(wǎng)中調(diào)整變換電壓、控制電力流向、分配接受電能的電力重要設(shè)施，是智能化電網(wǎng)業(yè)務(wù)流、信息流和電力流的匯集點(diǎn)[1]。網(wǎng)絡(luò)通信高速平臺是智能變電站信息傳輸?shù)幕A(chǔ)，通過采集、傳感技術(shù)取得設(shè)備與智能電網(wǎng)運(yùn)行時靜態(tài)、動態(tài)和暫態(tài)的數(shù)據(jù)，按照全景在線監(jiān)測的要求，對智能電網(wǎng)運(yùn)行自動監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)外部與變電站的互動協(xié)同，提高智能電網(wǎng)的綜合效率、可用性和可靠性，是智能化電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互動化、自動化和信息化的保障基礎(chǔ)。

1 智能變電站智能視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

1.1 設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)

設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)利用紅外熱像儀獲取智能變電設(shè)備的紅外圖像，利用光電荷耦合器件獲取智能變電設(shè)備的可見光圖像。紅外圖像可以提供運(yùn)行設(shè)備的現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，不能提供位置信息，不能對故障、巡檢設(shè)備定位；可見光圖像可以提供運(yùn)行設(shè)備的外觀、位置、輪廓等數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)時利用圖像融合技術(shù)和特征匹配技術(shù)，將智能變電設(shè)備的紅外圖像和可見光圖像相結(jié)合，既可以發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行故障和問題，如電動故障、外部機(jī)械故障、過熱缺陷、漏油、損傷等；又可以實(shí)現(xiàn)對故障、巡檢設(shè)備定位，為檢修人員提供故障先兆、事故隱患的有關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對智能變電設(shè)備的在線診斷。特征匹配技術(shù)的內(nèi)容包括：（1）描述和提取特征。使用特征變換尺度不變算法，描述和提取智能變電設(shè)備紅外圖像和可見光圖像的特征點(diǎn)。在提取特征階段，采用空間尺度極值檢測算法建立空間尺度，初步確定特征點(diǎn)的尺度和位置，計(jì)算出空間尺度的特征點(diǎn)，特征點(diǎn)的信息包括方向、尺度和位置。（2）使用EMD相似性度量函數(shù)對描述提取的特征選擇相應(yīng)的度量函數(shù)，進(jìn)行匹配。（3）幾何變換。通過隨機(jī)采樣一致性算法選取幾何變換模型，利用匹配向量對幾何模型的變換參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。

1.2 環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

由于遠(yuǎn)觀距離的圖像質(zhì)量較差、室外環(huán)境較復(fù)雜、背景和目標(biāo)存在變化等，傳統(tǒng)的監(jiān)控環(huán)境系統(tǒng)跟蹤算法和目標(biāo)檢測精確度較低，誤報和漏報現(xiàn)象較多。智能環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法和視覺跟蹤技術(shù)，提高智能變電站運(yùn)行的安全性。智能環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)能在智能變電站的運(yùn)行范圍之內(nèi)自動跟蹤、識別移動物體，如自動預(yù)警、跟蹤、識別小動物和非法入侵人員。

粒子濾波算法基于對密度概率點(diǎn)團(tuán)的描述，將視覺跟蹤作為空間狀態(tài)估計(jì)問題，利用算法進(jìn)行處理，這類問題聚焦于設(shè)備動態(tài)下的特征向量，便于向量處理大量的多維數(shù)據(jù)，使用融合后的數(shù)據(jù)描述相關(guān)信息。在粒子濾波算法的應(yīng)用中，粒子退化現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙粒子濾波算法的發(fā)展。設(shè)計(jì)時應(yīng)當(dāng)采用高斯過程回歸模型作為粒子濾波算法的建議分布，減少粒子退化現(xiàn)象，提高魯棒性。

在視覺跟蹤技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加對人的異常行為分析技術(shù)和視頻摘要技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對檢修人員現(xiàn)場行為的在線監(jiān)控和自動識別，保證視頻摘要的完整性，減少數(shù)據(jù)存儲壓力，便于用戶檢索和查詢。

1.3 門禁子系統(tǒng)

電網(wǎng)中傳統(tǒng)的身份識別方法如身份證、密碼和鑰匙等，具有局限性，易被破解、易被偽造、易丟失，不能滿足智能變電站關(guān)于安全性的要求。智能視覺系統(tǒng)中的門禁子系統(tǒng)是利用人的行為特征或心理特征識別技術(shù)，對個人身份進(jìn)行鑒定，作為進(jìn)入智能變電站、接地變室、電容器室、高壓室和主控室等的重要憑證。智能門禁子系統(tǒng)主要利用人體生理特征，如虹膜、人臉和指紋。

虹膜識別技術(shù)對人產(chǎn)生的干擾較少，每個人有各自的虹膜結(jié)構(gòu)，沒有遺傳性，因此虹膜識別極易適用于生物識別。人臉識別技術(shù)是通過比較、分析個體人臉視覺信息特征進(jìn)行個體身份識別，包括面部認(rèn)證、面部識別、圖像預(yù)處理、人臉定位、圖像攝取等，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、快速的個體身份認(rèn)證。指紋識別技術(shù)是通過比較、分析個體指紋不同的特征進(jìn)行個體身份鑒別，如指紋曲率、方向、短紋、分叉點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)、終點(diǎn)和起點(diǎn)等，廣泛應(yīng)用到安全防衛(wèi)、電子商務(wù)、銀行、軍隊(duì)和政府等多個領(lǐng)域。智能門禁子系統(tǒng)可以通過各種識別技術(shù)提高智能變電站的安全性和可靠性。

1.4 系統(tǒng)信息平臺

智能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)都通過一個系統(tǒng)信息化平臺實(shí)現(xiàn)智能化聯(lián)動。系統(tǒng)信息化平臺與遠(yuǎn)方控制之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持遠(yuǎn)方智能控制。系統(tǒng)信息平臺的主要功能是整合智能設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和門禁子系統(tǒng)等子系統(tǒng)的資源，從而對智能變電站設(shè)備的正常運(yùn)行和環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時、在線監(jiān)控，以此實(shí)現(xiàn)智能變電站的可靠、穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

2 結(jié)束語

智能變電站為智能化電網(wǎng)提供可靠的支撐節(jié)點(diǎn)，采用先進(jìn)的傳感采集技術(shù)和數(shù)據(jù)高級分析處理手段，實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)各個設(shè)備的智能化管理[2]。為了進(jìn)一步加強(qiáng)智能變電站運(yùn)行時的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，本文從智能視覺系統(tǒng)的三大方面分析設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)，智能視覺系統(tǒng)其他方面的研究仍值得廣大學(xué)者深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1]洪鳴.基于智能變電站的繼電保護(hù)分析[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2012（14）.

[2]董磊超，潘良煜.智能變電站聯(lián)調(diào)測試方法研究[J].電工技術(shù)，2012（21）.

[3]李斌.智能變電站技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2011（05）.