CN102412627A - 基于图像识别的智能变电站状态监控*** - Google Patents

基于图像识别的智能变电站状态监控*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的智能变电站状态监控***，其特征是通过摄像头对智能变电站内开关柜上的断路器指示灯以及压板、旋钮开关等的状态进行监控，采集监控器件所在区域的图像，再运用图像识别技术获得各指示灯、压板及开关的状态，通过61850协议将识别出来的相关状态上送至后台监控***，实现智能变电站运行情况的自动化管理。

Description

基于图像识别的智能变电站状态监控***
技术领域
本发明涉及一种智能变电站状态监控***，更具体地说是基于图像识别技术的智能变电站状态监控***，用于实现智能变电站运行情况的自动化管理。
背景技术
随着计算机技术和网络通信技术的快速发展，电力***自动化建设发展越加完善，尤其是在变电站的安全防范方面，广泛采用了最新的计算机技术、通讯技术和图像处理等技术，实施了诸如视频监控***、入侵报警***、SF6气体检测***以及消防***等等，这些子***有机组成了变电站安防辅助***。
传统的变电站安防辅助***受传统理念和技术的影响，将变电站的视频信息全部直接传送到中心站或应急平台，这样就造成几十路甚至数百路的视频图像需要监控，仅依靠人力是不可能实现全部监控的，而且视觉的疲劳和人力的懈怠易导致事故发生而无法被捕捉到，更无法被预防。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于图像识别的智能变电站状态监控***，利用现代图像切割与识别技术，实时获取变电站内开关柜上各指示灯、压板及开关的状态，然后通过61850规约将识别出来的相关状态上送至后台监控***，实现智能变电站运行情况的自动化管理。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明基于图像识别的智能变电站状态监控***的特点是设置：
一图像采集单元，利用高频光源照亮智能变电站开关柜面板，用摄像机对开关柜面板进行图像采集，获取包括有断路器指示灯、压板和旋钮开关的面板采集图像，根据已标定的器件区域位置得到器件区域图像，所述器件区域图像是指包括有一组指示灯，或一组压板，或一组开关的器件所在区域的图像；
二图像识别单元，对所述图像采集单元通过网络发送过来的器件区域图像进行处理和识别；所述图像识别单元包括：几何校正模块、器件切割模块、光照评估模块、特征测量模块和状态判定模块；其中：
所述几何校正模块，对输入的器件区域图像进行几何校正，通过空间变换和灰度插值算法，去除因摄像机成像平面与开关柜平面角度偏差而带来的图像畸变，从而获得标定的器件区域图像；
所述器件切割模块，对所述标定的器件区域图像进行切割，获得每一单个器件的器件图像；针对因器件亮度与器件周边背景的亮度存在差异，而在器件区域图像灰度直方图中表现出的双峰样式，通过分水岭算法计算出灰度直方图中两峰之间的谷点，将所述谷点作为阈值对图像进行二值化，再对二值化后的图像做水平和垂直两个方向上的投影，根据投影信息，获取每个器件在水平和垂直方向上的坐标范围，从而将器件图像从器件区域图像中切割出来；
所述光照评估模块，根据各个器件图像的亮度特征值，给出能够满足正确识别图像的亮度上限值和下限值，并以所述上限值和下限值作为阈值，在器件图像的亮度值处在阈值范围内时，判定为光照正常，反之给出光照异常的提示或告警；
所述特征测量模块，针对断路器指示灯、压板和旋钮开关，分别选取灯图像平均亮度-对比度联合特征、压板图像压钮区域饱和度-重心联合特征，以及开关图像扳手区域平均亮度-重心联合特征进行状态描述，获取现场器件图像特征向量；
所述状态判定模块，基于预定义的标准状态所对应的标准器件图像特征向量，与所述现场器件图像特征向量进行距离计算，并将计算结果作为器件状态的判定依据。
本发明通过摄像头对智能变电站内开关柜上的断路器指示灯以及压板、旋钮开关等的状态进行监控，采集监控器件所在区域的图像，再运用图像识别技术获得各指示灯、压板及开关的状态，通过61850协议将识别出来的相关状态上送至后台监控***，实现了智能变电站运行情况的自动化管理。与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明融合了变电站视频监控、安全防范以及图像识别的功能于一体，实现了变电站智能安防领域中视频，动力***之间的联动，具有极强的实用性；
2、本发明基于智能图像识别技术，充分利用了高精度的识别算法，可同时对指示灯，压板，旋钮开关的状态进行实时的分析和判断，识别***基本不受环境，照度，季节，识别对象的位置等因素的影响，识别成功率达到99％；
3、本发明采用了国际标准的IEC61850通讯规约，在该规约的支持下，能将图像识别后的指示灯的状态，压板的状态，旋钮开关的位置以数字信号的型式上送到变电站后台监控***，完全适应智能化变电站的发展需要；
4、本发明基于的图像识别算法简单可靠，运算量小，具有很强的实时性，从指示灯变位到识别成功，上送到后台监控的时间小于1秒；
5、本发明可以为变电站运行人员提供最直观的辅助判据，当运行人员利用计算机操作实际线路断路器或开关时，除了通过测控装置的返回值来判断操作成功与否外，还可以通过本发明的视频监控界面和图像识别的返回值进行判断，综合使用多种判据有利于提高变电站操作运行的安全性；
6、本发明不需要额外的硬件配置，只需在原有的变电站视频监控***中增加软件功能即可，每台摄像机可以识别多个对象的状态，降低了成本，提高了效率。
附图说明
图1为变电站开关柜面板；
图2为智能安防辅助***结构图；
图3为状态监控***总体结构图；
图4为状态监控***图像识别流程图；
图中标号：1开关柜面板；2断路器指示灯；3压板；4旋钮开关。
具体实施方式
参见图1，本实施例中基于图像识别的状态监控***是变电站智能安防辅助***的一个子***，后者还包含了门禁子***，监测温湿度的环境子***，监控空调等设备的动力子***，消防子***，防盗子***以及涉及变电站安全防范的其他子***。智能安防辅助***通过整体的存储和通信架构设计，实现了各个子***之间的联动。另外，该***还可以通过对外的通讯接口与变电站其他***进行数据交互。状态监控子***是智能安防辅助***的核心，它包括图像采集单元及图像识别单元。
状态监控***的整体结构参见图2。智能变电站运行人员对实际线路断路器的常规控制主要是由后台监控***通过IEC61850规约向变电站内的测控装置发送断路器分合信号，然后测控装置遥控断路器进行分合，同时将断路器分合后的结果返回到后台监控***。在这里，运行人员只能通过这一途径获取操作是否成功的信息。
变电站开关柜面板示意图参见图3。在引入状态监控***后，运行人员在通过后台监控***向测控装置发送控制命令的同时，也会向智能安防辅助***发送控制命令信息。安防辅助***命令状态监控***中的图像采集单元用摄像机对开关柜面板1进行图像采集，获取包括有断路器指示灯2、压板3和旋钮开关4的面板采集图像，根据已标定的器件区域位置得到器件区域图像，器件区域图像是指包括有一组指示灯，或一组压板，或一组开关的器件所在区域的图像。然后，一方面将视频图像传送到状态监控***的视频子***进行动态显示，使运行人员能直观的看到断路器分合指示灯的情况，另一方面，将拍摄并存储下来的图像传送给图像识别单元，对指示灯、压板和旋钮开关的状态信息进行自动识别，把识别后的结果以数字信号的形式通过IEC61850规约送到后台监控***，使运行人员结合多种途径来确定本次操作的结果，提高了变电站操作运行的安全性和可靠性。
状态监控***中图像识别单元的流程如图4所示，根据对开关柜的监控要求，摄像机获取开关、指示灯等目标对象的图像后，则立即送入图像识别单元，图像识别单元主要包括几何校正模块、器件切割模块、光照评估模块、特征测量模块和状态判定模块。其中：
几何校正模块对输入的器件区域图像进行几何校正，通过空间变换和灰度插值算法，去除因摄像机成像平面与开关柜平面角度偏差而带来的图像畸变。空间变换用于将倾斜的坐标系(倾斜的器件图像)通过旋转和平移变换成标准坐标系，转化成一个4*4的矩阵乘操作和一个1*4的向量加操作；灰度插值算法对空间变换后的非整数坐标点上的灰度(R、G、B三个分量)进行估算，从而获得标定的器件区域图像。
器件切割模块对标定的器件区域图像进行切割，获得每一单个器件的器件图像；针对因器件亮度与器件周边背景的亮度存在差异，而在器件区域图像灰度直方图中表现出的双峰样式，通过分水岭算法计算出灰度直方图中两峰之间的谷点，将谷点作为阈值对图像进行二值化，再对二值化后的图像做水平和垂直两个方向上的投影，根据投影信息，获取每个器件在水平和垂直方向上的坐标范围，从而将器件图像从器件区域图像中切割出来；
光照评估模块根据各个器件图像的亮度特征值，给出能够满足正确识别图像的亮度上限值和下限值，并以上限值和下限值作为阈值，在器件图像的亮度值处在阈值范围内时，判定为光照正常，反之给出光照异常的提示或告警；
关于特征测量模块，由于器件的状态是通过相关特征反映的，所以必须合理地选取图像的特征，然后对每块器件图像进行测量计算，从而获取相应的特征值。针对断路器指示灯、压板和旋钮开关，分别选取灯图像平均亮度-对比度联合特征、压板图像压钮区域饱和度-重心联合特征，以及开关图像扳手区域平均亮度-重心联合特征进行状态描述，获取现场器件图像特征向量，这些特征相对于各自的器件除了具有较强的抗噪能力，还具备旋转不变性以及易于计算的特点；
状态判定模块是基于预定义的标准状态所对应的标准器件图像特征向量，与现场器件图像特征向量进行距离计算，并将计算结果作为器件状态的判定依据。

Claims (1)

1.基于图像识别的智能变电站状态监控***，其特征是设置：
一图像采集单元，利用高频光源照亮智能变电站开关柜面板(1)，用摄像机对开关柜面板(1)进行图像采集，获取包括有断路器指示灯(2)、压板(3)和旋钮开关(3)的面板采集图像，根据已标定的器件区域位置得到器件区域图像，所述器件区域图像是指包括有一组指示灯，或一组压板，或一组开关的器件所在区域的图像；
二图像识别单元，对所述图像采集单元通过网络发送过来的器件区域图像进行处理和识别；所述图像识别单元包括：几何校正模块、器件切割模块、光照评估模块、特征测量模块和状态判定模块；其中：
所述几何校正模块，对输入的器件区域图像进行几何校正，通过空间变换和灰度插值算法，去除因摄像机成像平面与开关柜平面角度偏差而带来的图像畸变，从而获得标定的器件区域图像；
所述器件切割模块，对所述标定的器件区域图像进行切割，获得每一单个器件的器件图像；针对因器件亮度与器件周边背景的亮度存在差异，而在器件区域图像灰度直方图中表现出的双峰样式，通过分水岭算法计算出灰度直方图中两峰之间的谷点，将所述谷点作为阈值对图像进行二值化，再对二值化后的图像做水平和垂直两个方向上的投影，根据投影信息，获取每个器件在水平和垂直方向上的坐标范围，从而将器件图像从器件区域图像中切割出来；
所述光照评估模块，根据各个器件图像的亮度特征值，给出能够满足正确识别图像的亮度上限值和下限值，并以所述上限值和下限值作为阈值，在器件图像的亮度值处在阈值范围内时，判定为光照正常，反之给出光照异常的提示或告警；
所述特征测量模块，针对断路器指示灯、压板和旋钮开关，分别选取灯图像平均亮度-对比度联合特征、压板图像压钮区域饱和度-重心联合特征，以及开关图像扳手区域平均亮度-重心联合特征进行状态描述，获取现场器件图像特征向量；
所述状态判定模块，基于预定义的标准状态所对应的标准器件图像特征向量，与所述现场器件图像特征向量进行距离计算，并将计算结果作为器件状态的判定依据。
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