計算機視覺系統及其在船舶電力系統自動化中應用

張振旺　林艷

摘要：當今時代，在我國各個領域發展過程中，人工智能系統得到大力推廣和應用。人工智能系統的核心科技之一就是計算機視覺技術，眾所周知，計算機視覺技術大體都是圖像信息組合而成，在電力系統中的自動化方面就需要這樣的圖片信息組合而成的視覺技術，從而代替工作人員在電網中的一些判斷、分析和操作，避免了人眼主觀性和易疲勞等方面的缺點。因此，計算機視覺技術在電力系統中可以發揮重要作用，同時人們對視覺技術中的圖文識別、三維技術也有了更高的要求，以更好地實現電力系統自動化。

關鍵詞：計算機視覺系統;船舶;電力系統自動化

引言

自動化是電力系統的發展趨勢，隨著計算機技術的不斷成熟，應用領域不斷拓展，在電力自動化系統中的信息輸入、輸出甚至是存儲和傳輸中都應用了計算機技術。鑒于電力系統具有功能復雜，分布范圍廣，管理調度較為集中等特點，當前船舶電力系統自動管理系統主要有功率管理系統，部分項目需要船員的巡查和異常判斷，基于計算機的視覺圖像技術在船舶電力自動化系統中具有廣泛的應用領域和應用前景。

1計算機視覺技術的介紹

1.1概念

計算機視覺技術主要研究計算機認知能力的一門技術，其具體主要是通過用攝像機代替人的眼睛，用電腦代替人的大腦，最終使計算機具備類似于人類的識別、判斷以及記憶目標的功能，代替人類進行部分生產作業。人們目前研究的人工智能技術中的一項重要內容就是計算機視覺技術，通過研究計算機視覺技術可以讓計算機擁有利用二維圖像認知三維環境的功能。總的來說，計算機視覺技術是在圖像與信號處理技術、概率分析統計、網絡神經技術以及信息處理技術的基礎上，利用計算機來分析、處理視覺信息的技術，它是現代社會新興起的一門高新技術。

1.2工作原理

在一定的光照條件下，利用攝像機等設備采集實物的圖像，然后通過網絡的信號把圖像信息傳輸到計算機系統的內部。計算機系統的內部會經過加工處理，形成原始圖像之后再用圖像技術處理剛才提到的原始圖像，進一步處理得到效果比較好的圖像。在圖像里面提取比較有價值的特征，通過有規律的分類整理，利用智能識別的技術對提取出的圖像信息進行識別，然后進行描述，最后再利用人工智能的技術得到更高層次的抽象信息，把這些信息儲存起來。

2計算機視覺技術

2.1人工智能技術

人工智能技術在電力系統自動化方面有很強的實用性，能夠對機械設備，各路系統進行有效的故障檢測，從而減輕操作人員的負擔，畢竟人眼不是機器，不可能一直處于工作狀態，人工智能技術就把工作人員從崗位上解放出來。另外，我國在常規電力系統自動化中還實驗了全順控的操作系統，這又是人工智能在電氣自動化方面的一大嘗試，全順控的操作理念就是系統自動運行，設備自行運轉，并且人工智能系統會進行檢測和一定的排障，在有錯誤指令或者系統異常時能自行調整指令，甚至在控制不住的情況下，自行警告，自行切斷系統運行。全順控只是在電力系統自動化和計算機視覺技術相融合的一個大膽嘗試，日后會有更多的人工智能技術在電力系統自動化方面的應用。

2.2計算機仿真技術

將計算機仿真技術應用到電力系統中，為電力系統提供了極大的便利，也為電力系統的研究提供了良好基礎，計算機仿真技術通過模仿高電壓，大功率的電力系統實驗，節省了實驗的成本，還清晰直觀地呈現實驗數據，縮短了電力系統新技術的研發周期，為電力系統在后續的供電、傳輸和實際應用方面提供了有力的數據保障。仿真技術還可以應用電力系統的各個方面，檢測、掃描電氣設備的動態，也有力地支持了電力系統自動化在同步控制、安全檢測、故障檢修方面的進步和完善。

3計算機視覺系統在船舶電力系統自動化中的應用

3.1在電力線路監測中的應用

計算機視覺技術的研發和應用，可通過熱成像圖處理技術對輸電線路及其設備進行溫度識別與分布判斷，從而實現電力線路的實時監測。例如，在發電機、配電板、變壓器引線接觸不良的情況下，過負荷運行必然會使導電回路產生局部過熱現象，此時可由無線圖像傳輸設備、檢測裝置、傳感器（包括CCD視覺傳感器、位置傳感器以及測距傳感器等構成監視系統，以此對監視部位進行溫度識別和分布判斷。同時，利用軟件分析可準確獲取輸線路巡檢結果，從而代替人工完成巡檢工作。該方法受環境影響較小，特別是在狹小環境下，可有效解決隱蔽部位巡檢難的問題，且檢測精確和效率較高，可為線路故障判斷提供可靠依據。

3.2在線監測中的應用

隨著智能化電力系統的發展和應用，電氣設備檢修不再以時間為唯一標準，而是結合了設備的運行狀態，實現了計劃檢修向狀態檢修的轉變。作為電氣設備運行狀態檢修的基礎，在線監測技術中，紅外圖像故障檢測應用最為成功，而計算機視覺系統則主要應用于電氣設備紅外圖像識別方面。由于物體的表面溫度為影響紅外圖像的決定性因素，因此目前對電氣設備紅外圖像的拍攝和圖譜分析主要以紅外熱像儀為主，同時也是電力設備實施溫度監控和電氣設備運行狀態監測與故障診斷的最佳手段。例如，配電板接線不良，接頭部位置溫度異常，在變壓器冷卻系統故障，繞線絕緣惡化、斷路器觸頭接觸不良等情況下所引發的局部發熱現象，均可借助紅外圖像進行有效識別。對于紅外圖像的具體識別，主要是通過電氣設備實時紅外圖像和標準紅外圖像（即正常運行狀態下的紅外圖像）的對比實現的。當變化超過規定閾值時，便可判定設備存在故障，同時可以對應紅外圖像為依據確定故障位置。此外，可通過實時監測的紅外圖像分析電氣設備溫度及其分布情況，以此實施船舶電力設備運行溫度的有效控制。例如，發電機過載、配電板匯流拍排高溫、電動機缺相，理論上均可利用計算機視覺技術的紅外圖像識別能力進行有效監測。但是，實際應用方面，由于涉及到的圖像分析和模式識別較為復雜，因此目前因實施難度較大還未得到推廣，但是勢必是以后的發展趨勢。

3.3在開關位置監測中的應用

對于電力設備中開關刀閘的監測，計算機可通過視覺技術自動識別開關刀閘的開合和異常狀態，并對異常狀態（即刀閘不到位狀態）進行報警。開關刀閘的狀態分為閉合狀態、斷開狀態以及異常狀態三種形式。此外，刀閘開關狀態監測圖位置監測技術還可以利用到繼電保護壓板的位置（聯通或開斷）監測。繼電保護壓板隨變電站和電網運行方式的變化而改變，而運行規程規定值班人員應掌握并保證壓板位置的準確性。但是，現實情況中，因值班人員難以熟記而造成的錯誤甚至釀成繼電保護誤動作事故的情況時有發生。由于壓板上難以引出電信息，因此一般檢測方法難以解決這個問題。在此情況下，采用計算機視覺技術，由CCD相機獲取壓板盤面圖像，然后利用計算機對攝錄的圖像進行自動識別，判別出各個壓板的位置是否符合規程要求，并對不符合要求的發出語音、圖文警報。

結語

總而言之，現在計算機視覺技術已經深入發展到各行各業中，在船舶電力系統自動化中有著廣泛的應用前景，隨著技術的進一步應用，對船舶電力系統管理方式將會產生了重大的影響。

參考文獻

[1]鄧朝翥.電力系統自動化中計算機視覺技術的應用[J].黑龍江科技信息，2012，（12）：52.

[2]郭聯金，朱日龍，楊國卿，等.淺談機器視覺技術在自動化制造業中的應用[J].機電一體化，2015，（8）：235.

[3]劉俞伶.計算機視覺技術及其在電力系統自動化中的應用[J].中國新技術新產品，2012，（20）：16-17.