三維實景智能視頻監控平臺在變電站中的應用研究

牛祉霏 祖振陽 吳美萱 李天驕

摘 要：變電站三維實景智能視頻監控平臺以沉浸式手段再現變電站場景，解決了傳統視頻圖像系統管理模式存在的諸多問題，以先進的智能算法將三維場景自動關聯到攝像機，實現多維度實景的視頻攝像、多數據采集的實時告警、智能化設置的自動巡視等功能，對變電站的設備及其他設施進行安全保衛管控，實現對生產過程中出現異常問題的發現、分析及判定。

關鍵詞：變電站 三維實景 視頻監控

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（c）-0052-02

1 研究背景

隨著無人值守變電站數量的逐年增加，無人值守變電站內的“現場眼睛”（各種攝像機）的數量隨之遞增。視頻圖像系統以“攝像機為核心”的傳統管理模式已無法適應變電站大范圍、多場景、全方位的展示需求，而且也突顯出“樹形列表+標注名稱”管理方式下的視頻設備管理流程復雜、查詢及檢索異常操作繁瑣、效率低下等問題。

變電站三維實景智能視頻監控平臺以沉浸式手段再現變電站場景，它不僅實現無人變電站視頻監控的“監”，更具有智能化的“控”，對變電站的設備及其他設施進行安全保衛管控，實現對生產過程中出現異常問題的發現、分析及判定。它滿足了變電站“以電氣設備為核心”的管理需求，實現了以電氣設備查看為本源的直接、全方位、多維度、一體式的操控模式。

2 技術實現

將視頻圖像融合于三維實景場景，實現場景和視頻的“虛實無縫融合”。系統服務器在顯示器上呈現多個網絡攝像頭在三維系統中的分布圖，并接收各網絡攝像頭的視頻圖像，以浮窗形式顯示某被界面選擇的攝像頭拍攝的實時視頻圖像。這種展示方式真正實現了三維整體實景中的“局部實時圖像”，讓變電站的視頻圖像系統“溶入”三維實景場景中，進一步增強現場沉浸。

以三維直觀的方式展示多攝像機的實時位置和攝像機的當前監測視野，更加直觀地實現變電站三維可視化呈現，更加便捷、直觀、高效地關注站內設備的狀態。當移動變電站三維可視化界面中的鼠標至某個設備上時，可以通過明顯的延展虛線直觀了解“關注”該設備的視頻監控攝像機位分布情況。而當雙擊“關注”的設備時，延展虛線所指示的各機位上的視頻監控畫面將以彈窗方式進行“同屏同步”呈現。

直接在三維場景中點擊相應的“電氣設備”，各種與該設備相關的外觀實時視頻、歷史多角度圖片、告警事件錄像都可以“一觸即現”。而且與此設備相關的多角度實時視頻、多角度告警事件錄像、圖片均可直觀、便捷地展示，并可實現多維異構數據信息的“同屏同步”的呈現，如圖1所示。

3 功能特點

3.1 多維度實景的視頻攝像功能

鼠標靠近監控攝像頭可以實時查看監控視頻；雙擊攝像機圖標，以面板的方式展示該攝像機的圖像，選擇面板右側的攝像機操作面板，可對攝像機執行左右旋轉、聚焦、補光、雨刷、手動拍照、全屏顯示、退出全屏、拍照數據檢索查看等操作；鼠標接近某設備，自動關聯可拍攝到該設備的攝像機，路徑以虛線形式展示；場景還可展示機器人的可見光和熱紅外圖像，當鼠標靠近圖像面板，圖像面板左側顯示操作面板，可實現全屏或非全屏兩種模式查看實時圖像數據，云臺復位，可見光和熱紅外同步拍照，歷史圖像查看，重新加載等功能。

3.2 多數據采集的實時告警功能

三維場景中，每個設備模型可以通過實時采集來的數據，智能判斷設備工作狀態是否正常。當設備出現異常時，三維場景會自動將該設備渲染成告警模式并快速定位，提示操作人員及時排除故障。所有的圖像、安防、消防、周界、門禁、溫濕度、各種傳感設備、三維一次電氣設備及其附件的各種屬性、數據、動作、變化規律，均可以作為組合告警條件，進行組合告警觸發。機器人巡檢產生的告警數據也在此處進行展示，包括超溫告警，壓力表讀數過低等。

三維實景中開關刀閘等檔位開關分合動作的前后拍照、支持動作過程錄像，以及和SCADA系統的綜合比對分析，推送直觀告警報告；自動監測GIS室內的六氟化硫及氧氣濃度，智能控制風機，智能控制門禁的人員進出，異常時三維場景中直觀自動推送告警畫面，現場啟動風機，阻止人員進入，語音播報內部超標告警值，三維場景中直觀自動推送告警信息和告警畫面；三維實景中GIS等常見壓力表等儀表類安全區域的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中避雷器泄漏電流等儀表類異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中斷路器等儲能開關的彈簧儲能位置指示異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實景中電纜溝內小動物偵測等，偵測到小動物提供過程拍照、錄像、直觀推送告警。

3.3 智能化設置的自動巡視功能

在三維實景中，設定巡視時間、巡視目標任務等，系統自動生成巡視任務，按照巡視計劃，自動進行設備的圖片拍照、錄像，可進行圖像的外觀分析比對、熱紅外分析比對、SCADA融合分析比對，生成符合電力生產的電力巡檢報告。

設定計劃、巡邏路線，攝像機自動按步驟巡視、巡邏，發現人員、車輛，自動跟蹤、錄像、監控中心自動推送告警信息和告警畫面。

4 三維場景自動關聯到攝像機的智能算法

變電站三維實景智能視頻平臺在顯示器上可通過光標跟隨、雙擊的方式進行界面選擇攝像頭，被界面選擇的攝像頭通過焦距、角度可調的方式將拍攝的最佳實時視頻圖像顯示在顯示器上。具體算法如下。

步驟一：設鼠標在顯示器屏幕上的坐標位置為A（x，y），采用三維引擎技術通過屏幕空間映射確定其在三維空間的位置坐標B（x，y，z）。

步驟二：以空間坐標點B（x，y，z）為起點，根據三維視野當前的觀察方向V，初始化射線（B，V）。

步驟三：在引擎自帶的BIHTree場景結構中將新建射線Ray與發射線最近的包圍體進行結合、碰撞。

步驟三：以Ray（B，V）在場景中做射線碰撞檢測，返回所有的相交模型信息，判斷返回的相交模型信息中是否包含網絡攝像機的模型信息；若包含網絡攝像機模型信息，則返回其模型信息。

步驟四：根據所獲得的網絡攝像機信息，調用播放器面板，在顯示器屏幕坐標的A（x，y）位置顯示網絡攝像機的視頻信息。

5 結語

變電站三維實景智能視頻監控平臺是以電力生產管理需求為導向，以視頻應用為基礎，以站內電氣設備為核心的三維智能管理平臺，它是沉浸式、全方位的立體感知，可以高效、快速、便捷地實現對站內設備的“關注”，展現了與無人變電站實際場景相一致的“三維實景”重現。

參考文獻

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