風(fēng)電場智能視頻識別與安全管控技術(shù)應(yīng)用研究

郭 強(qiáng)，李 峰

（北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司，北京 100039）

0 引言

隨著風(fēng)電自動(dòng)化技術(shù)的日益發(fā)展，通過建設(shè)調(diào)度中心（集控中心）實(shí)現(xiàn)無人值守的模式已成為一種趨勢，但由于多方原因如技術(shù)、管理等，導(dǎo)致風(fēng)電場暫時(shí)并不能真正的無人值守，無法徹底實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全和減員增效。管理人員不僅需要遠(yuǎn)程觀察風(fēng)電場的每處角落，還要能夠發(fā)現(xiàn)周邊環(huán)境的不正?，F(xiàn)象，并通過遠(yuǎn)方遙控技術(shù)進(jìn)行處理。

結(jié)合上述需求，本文規(guī)劃的系統(tǒng)能夠自動(dòng)識別監(jiān)控圖像中的不正常情況，并能夠通過高效可用的方式發(fā)出報(bào)警信息，及時(shí)協(xié)助運(yùn)行檢修人員處理問題，最大限度地降低漏報(bào)和誤報(bào)，杜絕可能的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1 技術(shù)可行性研究

通過以下步驟驗(yàn)證并通過視頻識別的技術(shù)可行性：

（1）去背景噪聲和二值化。方法一，統(tǒng)計(jì)圖像中的顏色分布，占有率低的顏色判定為背景噪聲。但是前景色和背景噪聲的區(qū)分并不明顯，假如多種取景方法都不能有效的去除背景噪聲，可使用方法二；方法二，本項(xiàng)目中計(jì)算灰度后設(shè)定一個(gè)閾值進(jìn)行二值化。原理如下：所謂的灰度圖片是取得人眼對色彩敏感度的權(quán)值，這個(gè)權(quán)值對計(jì)算機(jī)沒有意義。可以發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)過程完全可以合并。閾值設(shè)置為RGB 三分量之和到500。

（2）制作字符樣本。對識別庫來說最重要的就是樣本，因?yàn)樽R別庫很難有獨(dú)立的邏輯思維，就算有也要經(jīng)過長期的訓(xùn)練才能形成滿意的結(jié)果。所以必須用事先準(zhǔn)備好的樣本進(jìn)行比較。由人工制作一套樣本，因?yàn)樯弦徊揭呀?jīng)有去除背景噪聲的結(jié)果，直接利用即可。

（3）匹配。通過最簡單原始的二值比較進(jìn)行單個(gè)匹配，不過匹配的是匹配率而不是匹配數(shù)。再定義一個(gè)計(jì)分原則，即應(yīng)有的有就加分，應(yīng)有的沒有就減分，不應(yīng)有的有了就適度減分，可達(dá)區(qū)域外的不計(jì)分。

由于一些符號的完整匹配結(jié)果跟另一些符號的部分區(qū)域匹配結(jié)果相似，需要在一個(gè)擴(kuò)大的區(qū)域內(nèi)把單個(gè)匹配進(jìn)行擇優(yōu)處理，并在一定的范圍內(nèi)找到最佳匹配，這個(gè)匹配就是當(dāng)前位置對應(yīng)的符號。完成了一次最佳匹配，可以把匹配位置向右推進(jìn)一大步，若找不到合適的最佳匹配就向右推進(jìn)一小步。

（4）優(yōu)化和調(diào)整。任意算法都需要優(yōu)化和調(diào)整。這一步花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來找到最佳代碼組織和參數(shù)配置。

（5）驗(yàn)證結(jié)果。依靠人力來驗(yàn)證結(jié)果，并統(tǒng)計(jì)出正確率，修改優(yōu)化算法。

2 項(xiàng)目研究內(nèi)容

（1）室內(nèi)接近設(shè)備保護(hù)區(qū)監(jiān)測與報(bào)警。進(jìn)入室內(nèi)生產(chǎn)（施工）現(xiàn)場的工作人員，進(jìn)入設(shè)備保護(hù)區(qū)容易對設(shè)備造成損壞并產(chǎn)生安全事故，系統(tǒng)建設(shè)后應(yīng)能在操作人員靠近或進(jìn)入設(shè)備保護(hù)區(qū)時(shí)現(xiàn)場自動(dòng)語音提醒，同時(shí)自動(dòng)上傳現(xiàn)場視頻圖像。

（2）室外進(jìn)入保護(hù)區(qū)監(jiān)測與報(bào)警。室外生產(chǎn)（施工）現(xiàn)場的工作人員，如發(fā)生誤入保護(hù)區(qū)或翻越現(xiàn)場保護(hù)圍欄等違反操作規(guī)程的行為時(shí)，很容易造成生產(chǎn)安全事故，系統(tǒng)建設(shè)后應(yīng)能在操作人員靠近或進(jìn)入設(shè)備保護(hù)區(qū)時(shí)現(xiàn)場自動(dòng)語音提醒，同時(shí)自動(dòng)上傳現(xiàn)場視頻圖像。

（3）升壓站刀閘開閉狀態(tài)監(jiān)測與報(bào)警。風(fēng)電場升壓站內(nèi)線路開關(guān)存在刀閘跳閘現(xiàn)象，很容易出現(xiàn)大面積停電從而造成跳閘事故；系統(tǒng)建設(shè)后由攝像機(jī)全程監(jiān)控刀閘狀態(tài)，在刀閘狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，自動(dòng)上傳現(xiàn)場視頻圖像。

（4）升壓站儀表讀數(shù)監(jiān)測與報(bào)警。使用攝像機(jī)對風(fēng)電場內(nèi)升壓站的儀表讀數(shù)進(jìn)行復(fù)核，通過對站內(nèi)設(shè)備儀表圖像的采集和處理，完成數(shù)字儀表的自動(dòng)識別，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。同時(shí)可對儀表顯示讀數(shù)進(jìn)行范圍檢測，如果超出規(guī)定范圍則產(chǎn)生報(bào)警，自動(dòng)上傳現(xiàn)場視頻圖像。

3 項(xiàng)目實(shí)施方案

以本項(xiàng)目中的刀閘為例闡述項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程，識別刀閘的開關(guān)狀態(tài)主要是通過識別其拉桿位置實(shí)現(xiàn)的，常用的技術(shù)和算法包括：去背景去噪，二化值，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，字體分割，訓(xùn)練（字庫），匹配，優(yōu)化，測試正確率，在次優(yōu)化字庫（提高識別率），返回值（答案），拉桿識別。

（1）定位去干擾反光和抓識別色。首先要確定拉桿的位置和拉桿的狀態(tài)，比如合為0，分開為1，去干擾反光，根據(jù)RGB 圖像建立彩色圖像直方圖，對RGB 圖像進(jìn)行直方圖均衡化，消除反光對拉桿位置定位的影響。抓識別色，將RGB 顏色空間轉(zhuǎn)為HSV 顏色空間，根據(jù)識別色的H，S 的閾值確定識別色的范圍。

（2）二值化和去噪。根據(jù)識別色的H，S 的閾值對整體圖像進(jìn)行分割，對于像素值在H，S 范圍內(nèi)的將其像素置為255，不在其內(nèi)部的設(shè)為0；這樣就得到了拉桿的二值圖像，在圖像中，白色的區(qū)域就為拉桿區(qū)域，黑色為無關(guān)區(qū)域。由于二值化后存在一些噪聲，采用中值濾波方式對圖像進(jìn)行平滑處理，得到平滑二值圖像。

（3）霍夫線變換，判斷狀態(tài)。由于三只拉桿呈直線狀態(tài)并排出現(xiàn)在二值圖像中，如果對二值圖像做霍夫變換檢測到直線，就可知道各個(gè)拉桿的首位坐標(biāo)。根據(jù)各個(gè)拉桿的首尾坐標(biāo)即可得到拉桿是否是合還是分開。若拉桿底部坐標(biāo)比合狀態(tài)的高，則表示拉桿為分開狀態(tài)。

（4）特殊環(huán)境處理。由于拉桿監(jiān)控是在室外情況進(jìn)行，所以要考慮到風(fēng)，雨，霧等惡劣環(huán)境下的檢測。大風(fēng)會(huì)導(dǎo)致攝像機(jī)抖動(dòng)，拍攝的圖片會(huì)模糊不清晰，在這種情況下霍夫變換有可能出現(xiàn)誤差，所以可以采用局部自適應(yīng)二值化（局部Otsu 算法）對圖像進(jìn)行二值化，得到二值圖像。而后根據(jù)水平投影獲取到上部與下部的坐標(biāo)，根據(jù)上部分與下部分的坐標(biāo)判斷拉桿的開合。具體如圖1 所示。

圖1 二值圖像處理

4 總結(jié)與展望

智能視頻識別技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對監(jiān)控場景的視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行分析，提取場景中的關(guān)鍵信息，并形成相應(yīng)事件和告警的監(jiān)控方式，是人工智能的重要組成部分。如果把攝像機(jī)看作人的眼睛，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)或設(shè)備則可以看作人的大腦。智能視頻監(jiān)控技術(shù)借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對視頻畫面中的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高速分析，過濾掉用戶不關(guān)心的信息，為監(jiān)控者提供有用的關(guān)鍵信息。

風(fēng)電場智能視頻識別及安全管控系統(tǒng)建設(shè)完成后可與現(xiàn)有風(fēng)電管理系統(tǒng)及自動(dòng)化系統(tǒng)無縫對接，根據(jù)上述系統(tǒng)要求，提供升壓站或風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖像、開關(guān)操作過程狀態(tài)圖像、儀器儀表工作狀態(tài)圖像，以及風(fēng)電場巡視、檢修、試驗(yàn)等工作現(xiàn)場實(shí)時(shí)圖像的顯示和存儲(chǔ)；并按照調(diào)度系統(tǒng)的指令，可手動(dòng)或系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置相應(yīng)防區(qū)的布撤防，可對電力調(diào)度、高壓區(qū)操作（間隔防護(hù)）、高壓區(qū)設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及開關(guān)異動(dòng)等異?，F(xiàn)象，提供現(xiàn)場異常圖像自動(dòng)報(bào)警顯示和現(xiàn)場的語音自動(dòng)播放，從而達(dá)到“風(fēng)電場安全運(yùn)行”的可視化、智能化的監(jiān)控管理。并從技術(shù)手段上進(jìn)一步對風(fēng)電場安全生產(chǎn)，尤其是有效杜絕人身傷亡事故，提供了有力保障。