基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法

李衛國， 孔琪， 孫明剛， 段小強

(國網安徽省電力有限公司建設分公司，安徽，合肥 230071)

0 引言

我國的電力工業目前已經成為國民經濟發展的支柱，因此電網基建的施工工程的規模也在不斷增大。在施工安全方面的管理也越來越重要。由于電力基建項目在施工過程中具有伴隨性的客觀風險，這種風險會引起復雜的連鎖反應，給電力企業帶來巨大的損失[1-2]。為了提高電力基建工程施工的可靠性，使施工過程能夠安全、高效、經濟地運行，因此需要工作人員獲得到基建工程施工過程中清晰、直觀、全面的安全信息。但是在巨大的施工過程中，一些調度監控系統之間的版本與平臺不同，使得一些工程安全信息數據存在異構數據信息，影響遠程調閱的性能，造成較大的工程損失。因此本文設計一種基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法。

1 電力基建工程安全信息遠程調閱方法研究

1.1 前端可視化監控裝置設計

在電力基建工程中，安全信息來源于各部門的監控系統，安全信息的異構性主要是由于平臺、模式、語義上存在異構，造成了異構系統間的數據遠程調閱性能受損的問題[3-4]。將可視化的監控裝置內部結構進行重新設計，框架簡圖如圖1所示。

圖1 可視化監控裝置設計

將蓄電池和太陽能電池板與電源控制板相連接，共同組成供電模塊，為核心單片機MCU MSP430f2370和MCU TMS320DM6446供電，單片機連接看門狗電路、RTC時鐘電路、SD card以及EEPROM，通過通信控制電路和音頻編解碼電路完成音頻的輸入和輸出接口，通信方面采用GPRS無線通信模塊完成。

在采集到工程安全信息后，視頻處理模塊能夠將現場的模擬視頻信號轉化為數字視頻信號，主要利用TVP5150數字視頻解碼器轉換，將其輸入到DSP處理器中，對視頻圖像進行實時的計算和處理。圖1中的MSP430處理器能夠傳輸、存儲完成處理的數據，并對監控設備的云臺進行實時控制[5-6]。在電力基建工程中，施工現場一般會處于高壓強電場，為抑制共模干擾，保證遠程調閱的穩定性，采用RS485的方式進行信號采集。至此完成前端可視化控制裝置的設計。

1.2 圖像處理

在得到可視化的工程安全信息后，需對信息進行處理并判斷當前現場的狀況。由于電力基建工程長期處于復雜多變的野外環境中，因此得到的可視化數據會受到天氣、光照等影響而發生圖片視頻的模糊，或產生一些其他類型的噪聲干擾，嚴重影響可視化信息的質量，降低識別的效果和精度，因此需要對圖像進行處理[7-8]。在圖像處理的過程中，主要目的提取到圖片特征，將一些形狀特征從圖片的背景中提取出來，需要對圖片進行分割。使用閾值分割法找到目標特征與背景在灰度值上的差異，將每個像素自身看作鄰域窗口，采用自適應閾值分割法，以窗口內像素作為搜索范圍，用公式表示為

(1)

式中，Pi表示某窗口中的八鄰域像素，T表示閾值，得到兩個極值點，將這兩個極值點取平均值可以作為閾值，式(1)可轉變為

(2)

式中，max_value表示最大灰度值，min_value表示最小灰度值，在該方法中，能夠自動確定閾值，且對于每個像素使用相同閾值時，不會因為外界環境的突然改變而將特征區域和背景區域歸類分錯[9-10]。但是在對圖像分割的過程中會產生一定的椒鹽噪聲，其形態為黑白相間的亮暗點噪聲，其概率密度可表示為

(3)

在這種情況下，需要使用高斯濾波對正負圖像進行加權平均線性平滑，采用高斯函數來構造卷積濾波，形式如下：

g(u,v)=f(u,v)?H(u,v)

(4)

式中，g(u,v)表示經過濾波后的圖像，f(u,v)表示原圖像，H(u,v)表示高斯核矩陣，當其維數為(2k+1)*(2k+1)時，則有：

(5)

式中，σ表示核矩陣系數，并對有噪聲的圖像進行濾波后，即完成圖像處理。

1.3 優化遠程調閱流程

在基于可視化技術的電力基建工程安全信息收集處理完畢后，則需要對遠程調閱的流程進行設計。在工程施工現場中，通過本地的圖形網關，向站端系統發送請求調閱安全信息文件(簡稱G文件)的命令[11-12]，在獲取到G文件后，設計遠程調閱過程如圖2所示。

圖2 遠程調閱流程設計

在遠程調閱過程中，獲取到G文件后需要使用圖中的圖元依次請求符合G規范的圖元文件，然后轉換成主站系統中私有圖形的文件格式。在通信過程中，選擇OPGW+Wi-Fi的通信方式，在桿塔上使用Wi-Fi無線網橋代替光纖接線盒，通過Wi-Fi將G文件轉發到有光纖接線盒的接入點上，使用光通信遠傳[13-15]。在視頻通信協議中，作為客戶端與系統服務器監控系統的樞紐，視頻服務協議發出的控制指令首先會由會話初始化協議來獲取，完成控制指令的交互。本文使用的是SIP協議，是一種基于可視化視頻形式的多媒體會話信令協議，在前端系統完成注冊之后，通過服務器發送401響應得到注冊鑒權，并攜帶鑒權信息重新發送注冊請求，等到認證通過之后，再次發送響應，完成整個通信閉環。至此完成安全信息的遠程調閱方法的研究。

2 實驗

2.1 搭建測試平臺

為驗證本文設計的基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法具有一定的有效性，需要搭建實驗平臺對本文方法的性能進行測試。本文設計的遠程調閱方法是以硬件平臺、服務器平臺、檢測平臺以及通信系統相互協作為基礎的。

在圖3測試平臺中，主要依靠安裝在桿塔上的前端視頻采集系統和供電系統組成。攝像機和主控單元能夠對電力基建工程施工現場運行狀態的圖像和視頻進行實時采集，攝像機主控單元主要實現視頻與圖像的無線遠程接入。輸電線路的服務器平臺搭載的是Window Server 2008 R2，對于服務端口的啟動、通信協議的注冊以及資源的上報和遠程接入有很好的支撐功能，本文的測試主要是通過電腦客戶端來檢測輸電線路的運行狀態，在安全信息遠程調閱的過程中，平臺能夠自動啟動通信系統，通過可視化技術顯示桿塔的位置、設備的編號、預置位以及故障類型和相應的解決方案等，確保發生故障后能夠第一時間得到相應的處理。在測試過程中，對電力基建工程中輸電線路的異物入侵檢測信息、導線舞動檢測信息、線路覆冰識別信息以及輸電線路的火災險情識別這幾個異構安全信息進行調閱，可以通過抓包工具獲取協議遠程接入帶有時間戳的視頻序列包,如圖4所示。

圖3 測試平臺前端搭建

為驗證本文設計的遠程調閱方法具有一定的有效性，本文在實驗中選擇了傳統的遠程調閱方法與本文方法進行性能比對。

2.2 對比實驗結果與分析

在上述的實驗條件下，得到本文基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法中4種異構數據的調閱結果，如圖5所示。

圖5中，圖5(a)是輸電線路絕緣子覆冰厚度檢測信息的遠程調閱界面，圖5(b)表示輸電線路防異物入侵檢測信息的遠程調閱界面，圖5(c)表示輸電線路導線舞動檢測信息的遠程調閱界面，圖5(d)表示輸電線路山火險情檢測信息的遠程調閱界面。上述幾種情況下，監控系統的架構與平臺都不相同，因此在遠程調閱傳輸過程中，對兩種遠程調閱方法的性能多次進行分析，得到的性能測試結果如表1、表2所示。

表1 傳統方法對于不同類型信息的遠程調閱性能

表2 所提方法對于不同類型信息的遠程調閱性能

從表1和表2中的數據可以看出，本文設計的基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法相對于傳統的方法來說，對于工程中存在的異構數據信息的處理性能更好，安全信息的識別時間、信息誤報率和遠程調閱傳輸時間都有所降低，識別總數有一定提高，驗證了本文方法的有效性。

3 總結

在國家電網公司的大運行建設要求下，電力基建工程施工的規模也越來越大，對于工程安全信息的遠程調閱也需要進行升級，保證施工過程中的信息時效性和準確性。針對施工信息中的異構數據調閱的薄弱環節，本文設計了一種基于可視化技術的電力基建工程安全信息遠程調閱方法，通過對安全信息采集、處理和通信等方面的重新設計和優化，在性能測試中展現出了較好的性能，為施工建設提供了可靠的參考信息。