變電站三維可視化安全管理

楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國網寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

變電站三維可視化安全管理

楊西銀，劉 江，田 鋒，陳曉平

（國網寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏 靈武 750411）

介紹了三維可視化在變電站安全管理中的應用，通過引入最新的精確定位、智能視頻識別、三維仿真等技術手段，實現對作業區域安全狀況的實時分析及預警，及時發出安全提醒，提高變電站安全管理工作的便捷化、智能化，降低運行人員工作強度和人因失誤可能，切實有效地保障變電站運行安全。

三維可視化；精確定位；智能視頻；三維仿真

0 引言

隨著變電站管理智能化水平的提高，對變電站人身安全智能化預防和管理也提出更高的要求。通過預防和管理，減少突發事件可能產生的人員傷害，防止變電站作業過程中發生人身傷亡事故。

目前變電站安全管理的主要目的是杜絕誤操作導致的人身傷亡事故，主要手段是在現場設定作業區域圍欄，運行人員通過視頻監控整個施工作業過程，但是這種方式對人員依賴程度較高，無法對風險做到及時發現和實時提醒。如何更好地利用現代化的設備及技術，智能直觀地進行人身安全管理，成為亟待完善的發展需求。

采用最新的精確定位、智能視頻識別、三維仿真等三維可視化技術手段，實現安全態勢的實時分析及預警，提高安全管理工作的便捷化、智能化，成為新的發展方向。

此管理方法能幫助運行人員實時準確地定位檢修作業人員位置，同時規范作業人員作業區域，極大地降低誤操作風險，提高工作效率，切實有效地保障變電站運行安全。

1 三維可視化技術特點

1.1 主要技術方法

（1） 精確定位技術。目前變電站內精確定位技術，尤其是精確到1 m以內的定位技術，在安全管理方面還沒有得到廣泛應用。利用CSS（線性調頻擴頻）技術可實現對變電站內人員的精確定位，是一種全新的嘗試。

（2） 三維場景展示。對整個變電站中的各種設備、區域進行三維仿真建模，能夠清晰展示整個變電站區域的安全態勢，使人員在操作時更加直觀方便。各間隔獨立建模，在展示時根據需要顯示作業區或危險區。

（3） 智能視頻識別。利用計算機對視頻監控畫面進行智能實時分析，輔助人員判斷安全狀況，提高監控效率。

（4） 站內設備集成。充分利用變電站的現有資源為安全管理服務，把變電站內的擴音設備、視頻監控設備等集成到一個平臺中，實現信息的集中處理，最大限度地滿足快速、及時、準確的管理需求，實現安全態勢實時分析和預警。

1.2 主要創新與亮點

（1） 利用CSS技術實時定位，結合視頻監控全過程跟蹤系統對工作人員進行監控，管理人員可以以此對每一個工作人員的工作狀態以及工作安全程度進行管理。

（2） 可提前在數據庫和服務器中設置特定的安全區域、工作區域、危險區域等。當工作人員進入危險區域時及時發出提醒，減少誤入隱患。

（3） 通過收集相應的視頻資料，進行三維仿真建模和智能化分析，將現場安全狀況更加有效和直觀地展現給管理人員。

（4） 系統本身可持續運行，能夠實現長期持續的安全管控。

2 三維可視化安全管理功能

2.1 人員的精確定位

目前較小區域定位的技術比較多，常用的技術有WiFi定位、RFID（射頻識別）無線定位、UWB（超寬帶）無線定位、CSS定位等。但能夠精確到0.5 m左右的定位技術卻很少，重點考察CSS技術及相應的產品。

CSS技術需要在變電站周邊設置數個接收基站，并實現組網同步。進入變電站區域的人員需要攜帶定位用的傳感器，接收基站通過感知傳感器的信號進行精確定位。傳感器是比較小的有源標簽，可綁定在安全帽或胸卡上，方便作業人員攜帶，并可對標簽進行分類，分為檢修人員、運行人員等。

人員在變電站區域內活動時，根據其作業區域不同，在監控畫面上顯示其警戒區間，并顯示人員的位置及移動路線。

2.2 作業區域的精確劃分

根據設備所占用的空間及安全距離的多少，在地圖內劃分出危險區、安全區、共用區（2臺設備之間可以共用的區域）等。

在每個變電站間隔處，需要標示作業時的安全活動范圍。在工作人員進行檢修作業時，系統可以根據工作票指定的間隔判斷是否越界，而不需要每次工作時再進行設置，可減少運行人員的工作量。每個間隔的編碼與PMS（電力管理系統）中的編碼對應，以便系統能夠判斷檢修作業所在的位置，從而判斷作業區域是安全區還是危險區。

檢修工作計劃是系統判定現場作業區和危險區的基礎，可以從PMS等系統進行此類信息的實時抽取，也可采用人工錄入或模板導入等，但必須保證計劃信息及時、準確。在檢修計劃中要提取出檢修人員的標識信息，以完成與定位設備信息的對應。提取檢修時間信息，對于作業區與危險區的劃分也起到決定性作用。

2.3 直觀可視化的監控效果

為了直觀展示變電站態勢和人員所處的位置，系統將對變電站實現三維仿真模擬，所有的設備設施與真實場景一致。

變電站地圖實時顯示站內人員活動軌跡和信息，人員以三維立體圖形方式在場景中展示，以實際作業人員頭像進行區分，根據精確定位的坐標展示在三維場景中。有檢修工作時，可實時顯示檢修區域的范圍及站內人員的準確位置；無檢修工作時，可實時顯示設備運行區及站內人員的準確位置。

2.4 越界提醒及記錄

將可視化系統與語音廣播系統集成，在工作人員處于非安全區時，通過現場播音器自動播放提醒語音，提醒相應人員立即撤離危險區域。與變電站內視頻監控系統集成，在工作人員處于非安全區時，根據定位區域確定監控設備，自動截取該時間段內的錄像片段，保存在服務器中。

自動錄像的來源包括變電站內原有的視頻監控系統和新投入的智能視頻監控設備，因此需要將各種視頻監控系統進行集成，自動截取并保存指定時間段內的視頻文件。

2.5 其他輔助功能

（1） 圍欄區域識別。在作業區域一般會設置圍欄，提醒作業人員或其他人不得隨意進出。可在圍欄上加裝電子標簽，系統根據標簽信息在監控圖中自動劃出作業區域，當有人進出作業區域時，觸發報警提醒。

（2） 檢修情況監督。在檢修工作結束后一段時間內，選中其中某位檢修人員，可在系統模塊中查詢該人員行動軌跡；選中運行人員或者其他人員，也可以查詢該人員進站時間、離站時間，并能查詢其在站內的行動軌跡。

（3） 檢修現場回放。檢修工作結束后的一段時間內，可以查詢檢修工作過程中，所有人員在站內的行動軌跡，及在某個時間點所有人員的位置。人員的行動軌跡可通過系統二維界面進行展示，同時也可調用視頻監控系統的錄像記錄，查看當時的具體工作畫面。

為了實現以上功能，需要投入2套智能視頻監控設備，其中1套布置在站區入口處，監控進出變電站人員情況；另1套布置在作業區域，用于監控員工在作業過程中的行為規范。

3 變電站智能視頻監控系統

利用智能視頻圖像分析技術建設可視化、智能化的變電站智能視頻監控系統。該系統除提供變電站設備運行狀態圖像、開關操作過程狀態圖像、儀器儀表工作狀態圖像及現場維護等工作現場實時圖像外，還提供現場作業人員違章自動識別及現場的語音報警功能，從而達到對作業現場安全生產風險的可視和可控狀態，從技術手段上進一步加強作業現場安全生產，有效杜絕因作業違章而引發的人身傷亡及設備損壞事故。

智能視頻圖像分析技術通過對監視攝像機中的視頻圖像進行分析，并具備對風、雨、雪、落葉、飛鳥、飄動的旗幟等多種背景的過濾能力。通過建立人類活動的模型，借助計算機的高速計算能力，使用各種過濾器，排除監視場景中非人類的干擾因素，準確判斷人類在視頻監視圖像中的各種活動。智能視頻圖像分析技術可以解決以下問題：

（1） 實現人員位置的精確定位；

（2） 實現作業區域的精確劃分；

（3） 實現直觀可視化的監控效果；

（4） 實現越界提醒及記錄；

（5） 實現檢修情況監督、圍欄區域識別、檢修現場回放等。

4 結束語

對變電站安全管理的智能化研究、建設，將促進安全管理模式從傳統現場設定管理向新興數字信息系統管理的轉變，極大降低誤操作風險，提高變電站可靠性和安全性。目前變電站三維可視化安全管理工作正處于快速發展時期，通過研究和實踐提升了變電站智能化管理水平，為今后智能化管理打下堅實的基礎。

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3 鐘連宏，梁異先.智能變電站技術與應用［M］.北京：中國電力出版社，2010.

4 吳少華.220 kV變電站數字化改造工程［J］.廣東電力，2010，23（6）：38-42.

5 張 喜，陳 華.基于MITK的三維體繪制系統設計［C］.計算機學會，廣西，2009.

2016-03-08。

楊西銀（1983-），男，助理工程師，主要從事變電安全管理的工作，email：yangxiyin@139.com。

劉 江（1976-），男，助理工程師，主要從事電力安全管理的工作。

田 鋒（1982-），男，工程師，主要從事電力安全管理工作。

陳曉平（1984-），男，工程師，主要從事輸電安全管理工作。