基于智能變電站的智能視覺系統的設計及實現

馮堅

摘 要：為了提高智能變電站日常維護和運行的可靠性、穩定性和安全性，學者們開發和研究出一套智能視覺系統，用于監控智能變電站設備的正常運行和環境狀態。智能視覺系統主要包括智能設備監控子系統、環境監控子系統和門禁子系統，將機器模式學習識別、圖像處理、視頻監控等領域技術進行改進和集成，對智能變電站設備的正常運行和環境狀態進行實時、在線監控。文章主要研究智能變電站的智能視覺系統的設計技術及實現。

關鍵詞：智能變電站；智能視覺系統；環境監控

智能變電站是電網智能化調度、用電、配電、變電、輸電和發電的關鍵，是智能化電網中調整變換電壓、控制電力流向、分配接受電能的電力重要設施，是智能化電網業務流、信息流和電力流的匯集點[1]。網絡通信高速平臺是智能變電站信息傳輸的基礎，通過采集、傳感技術取得設備與智能電網運行時靜態、動態和暫態的數據，按照全景在線監測的要求，對智能電網運行自動監管，實現外部與變電站的互動協同，提高智能電網的綜合效率、可用性和可靠性，是智能化電網實現互動化、自動化和信息化的保障基礎。

1 智能變電站智能視覺系統的設計及實現

1.1 設備監控子系統

設備監控子系統利用紅外熱像儀獲取智能變電設備的紅外圖像，利用光電荷耦合器件獲取智能變電設備的可見光圖像。紅外圖像可以提供運行設備的現場運行狀態，不能提供位置信息，不能對故障、巡檢設備定位；可見光圖像可以提供運行設備的外觀、位置、輪廓等數據。

設計時利用圖像融合技術和特征匹配技術，將智能變電設備的紅外圖像和可見光圖像相結合，既可以發現變電設備現場運行故障和問題，如電動故障、外部機械故障、過熱缺陷、漏油、損傷等；又可以實現對故障、巡檢設備定位，為檢修人員提供故障先兆、事故隱患的有關數據，從而實現對智能變電設備的在線診斷。特征匹配技術的內容包括：（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備紅外圖像和可見光圖像的特征點。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，初步確定特征點的尺度和位置，計算出空間尺度的特征點，特征點的信息包括方向、尺度和位置。（2）使用EMD相似性度量函數對描述提取的特征選擇相應的度量函數，進行匹配。（3）幾何變換。通過隨機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進行估計。

1.2 環境監控子系統

由于遠觀距離的圖像質量較差、室外環境較復雜、背景和目標存在變化等，傳統的監控環境系統跟蹤算法和目標檢測精確度較低，誤報和漏報現象較多。智能環境監控子系統設計時，運用機器學習算法和視覺跟蹤技術，提高智能變電站運行的安全性。智能環境監控子系統能在智能變電站的運行范圍之內自動跟蹤、識別移動物體，如自動預警、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團的描述，將視覺跟蹤作為空間狀態估計問題，利用算法進行處理，這類問題聚焦于設備動態下的特征向量，便于向量處理大量的多維數據，使用融合后的數據描述相關信息。在粒子濾波算法的應用中，粒子退化現象嚴重阻礙粒子濾波算法的發展。設計時應當采用高斯過程回歸模型作為粒子濾波算法的建議分布，減少粒子退化現象，提高魯棒性。

在視覺跟蹤技術的基礎上，增加對人的異常行為分析技術和視頻摘要技術，可以實現對檢修人員現場行為的在線監控和自動識別，保證視頻摘要的完整性，減少數據存儲壓力，便于用戶檢索和查詢。

1.3 門禁子系統

電網中傳統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于安全性的要求。智能視覺系統中的門禁子系統是利用人的行為特征或心理特征識別技術，對個人身份進行鑒定，作為進入智能變電站、接地變室、電容器室、高壓室和主控室等的重要憑證。智能門禁子系統主要利用人體生理特征，如虹膜、人臉和指紋。

虹膜識別技術對人產生的干擾較少，每個人有各自的虹膜結構，沒有遺傳性，因此虹膜識別極易適用于生物識別。人臉識別技術是通過比較、分析個體人臉視覺信息特征進行個體身份識別，包括面部認證、面部識別、圖像預處理、人臉定位、圖像攝取等，能夠實現高精度、快速的個體身份認證。指紋識別技術是通過比較、分析個體指紋不同的特征進行個體身份鑒別，如指紋曲率、方向、短紋、分叉點、結合點、終點和起點等，廣泛應用到安全防衛、電子商務、銀行、軍隊和政府等多個領域。智能門禁子系統可以通過各種識別技術提高智能變電站的安全性和可靠性。

1.4 系統信息平臺

智能設備監控子系統、環境監控子系統和門禁子系統都通過一個系統信息化平臺實現智能化聯動。系統信息化平臺與遠方控制之間可以實現數據傳輸，支持遠方智能控制。系統信息平臺的主要功能是整合智能設備監控子系統、環境監控子系統和門禁子系統等子系統的資源，從而對智能變電站設備的正常運行和環境狀態進行實時、在線監控，以此實現智能變電站的可靠、穩定和安全運行。

2 結束語

智能變電站為智能化電網提供可靠的支撐節點，采用先進的傳感采集技術和數據高級分析處理手段，實現對變電站內各個設備的智能化管理[2]。為了進一步加強智能變電站運行時的可靠性、穩定性和安全性，本文從智能視覺系統的三大方面分析設計技術及實現，智能視覺系統其他方面的研究仍值得廣大學者深入探討。

參考文獻

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

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

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