CN103745484B - 一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，所述方法首先在电力设施作业场景中获取足够的先验标定数据，根据数据拟合的方式对单摄像机拍摄的电力设施作业场景进行标定，基于标定结果对电力设施带电作业过程进行人员目标安全预警。对人员目标的分析和监控会通过计算机来实时完成，不需要加派额外的工作人员。同时，应用上述人员目标安全区域预警方法，计算机对于人员目标位置和高度的分析不依赖于二维视频图像中的错误的位置投影关系，而是将二维视频图像中的人员目标位置转化为三维世界坐标中的实际位置来计算，因而提高了位置判定的准确性和稳定性。

Description

一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法

技术领域

本发明涉及一种安全预警方法，特别是涉及一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法。

背景技术

在电力设施带电作业的过程中，由于电力设备带有高电压，因此工作人员需要和电力设施保持一定的安全距离。在传统电力作业现场，并没有专门的人员进行安全距离的判定和预警，因此需要工作人员自己来保持警惕。在高度紧张的作业过程中，很容易造成疏漏，从而导致安全事故的发生。

有鉴于此，本发明人基于对电力设施作业场景的单摄像机先验标定数据，专门开发出一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，预先设定带电作业安全线或安全区，一旦工作人员超越安全线进入危险区，即提出报警。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，包括如下步骤：

1）获取先验标定数据步骤；

所述先验标定数据包括：先验标定物和单摄像机之间的水平距离 （下标i代表标定物序号，下同），先验标定物的垂直高度，所有先验标定物和地面接触点在作业现场图像上的坐标，以及和先验标定物垂直高度对应的部分的图像坐标高度。

2）获取坐标映射关系步骤；

将所述先验标定物的水平距离、垂直高度、图像坐标、图像坐标高度列成表格，得到图像坐标—水平距离曲线，即曲线，以及水平距离—每像素高度曲线，即曲线，上述曲线可以通过多项式拟合或最小二乘拟合等方式获取。

3）划定安全区域步骤；

所述安全区别包括：基于水平距离的安全区域、基于垂直高度的安全区域、以及同时基于水平距离和垂直高度的安全区域。

其中所述基于水平距离的安全区域判定方法是计算所述作业现场中人员目标的水平距离，然后与所述水平距离范围进行比较，得出安全预警结果。

所述基于垂直高度的安全区域的判定方法是计算所述作业现场中人员目标的垂直高度，然后与所述垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果。

所述同时基于水平距离和垂直高度的安全区域的判定方法需要同时计算所述人员目标的水平距离和垂直高度，然后与所述水平距离范围和垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果。

4）分析人员目标步骤。

当出现人员目标的时候，首先识别并计算出人员目标的位置和高度，并根据步骤3）所述的方法划定电力设施带电作业现场的安全区域，实现对人员目标的安全预警，一旦人员目标离开安全区域进入危险区域，***将会报警。

上述电力设施带电作业现场人员目标安全区域预警方法的优点在于，对人员目标的分析和监控会通过计算机来实时完成，不需要加派额外的工作人员。同时，应用上述人员目标安全区域预警方法，计算机对于人员目标位置和高度的分析不依赖于二维视频图像中的错误的位置投影关系，而是将二维视频图像中的人员目标位置转化为三维世界坐标中的实际位置来计算，因而提高了位置判定的准确性和稳定性。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例所述安全预警方法的流程示意图；

图2为本实施例中所述电力设施作业现场的示意图；

图3为本实施例中人员目标以及安全区域示意图。

具体实施方式

以下根据实例叙述本发明的实施方法，叙述过程中所提到的所有变量和参数定义如表1所示：

表1：

一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤101：获取先验标定数据步骤；

在本实施例中，需要标定的电力设施带电作业现场如图2所示，所述作业现场中，道路两旁的电力设施都可以作为先验标定物，因为他们的位置不变，并且其尺寸参数容易获取。

在本实施例中的作业现场，先验标定物为道路两边支撑变电设施的水泥杆。对所述的先验标定物，需要获取的参数有：所述先验标定物和所述单摄像机之间的水平距离（下标i代表标定物序号，下同），所述先验标定物的垂直高度（在本实施例中，所述先验标定物的高度为水泥杆底部和地面基础的位置到顶部和变电设施接触的位置之间的垂直高度）。所有出现在所述作业现场图像中的所述先验标定物都需要获取所述水平距离和所述垂直高度。

接下来，在所述作业现场图像中，获取所有所述先验标定物和地面接触点在所述作业现场图像上的坐标，在这里只需要所述作业现场图像所在坐标系的垂直坐标即可。同时，在所述作业现场图像上，获取和所述先验标定物垂直高度对应的部分的图像坐标高度，同样只需要所述作业现场图像所在坐标系的垂直坐标。

步骤201：获取坐标映射关系步骤；

将所述先验标定物的所述水平距离、所述垂直高度、所述图像坐标、所述图像坐标高度列成表格，如表2所示：

表:2：

将所获取的先验标定数据按照先验标定物编号分别填入对应编号的第2-5列中，第6列中的数据则由对应行中的所述垂直高度除以所述图像坐标高度得到，单位是米/像素。

根据表中第二列和第三列的数据，可以得到图像坐标—水平距离曲线，即曲线。根据表中第二列和第六列数据，可以得到水平距离—每像素高度曲线，即曲线。

所述曲线的获取可以通过多项式拟合或最小二乘拟合等方式来进行，本实施例中，数据拟合使用Matlab中的Polyfit函数来进行。使用多项式拟合的时候，一般来说，多项式次数不宜过高，一般以三次多项式最为适宜。使用三次多项式拟合可得到四个参数，分别是三次项系数、二次项系数、一次项系数和常数项。针对曲线和曲线，分别拟合得到两组不同的参数和。当人员目标在图像上的位置参数得到之后，其与监控摄像机之间的水平距离为：

基于人员目标在图像上的高度，其实际高度为：

步骤301：划定安全区域步骤；

本发明所提供的方法可应用于不同的所述电力设施带电作业现场中，同时，针对不同的带电作业现场，所述安全区域的划定也不相同，可分为三种：基于水平距离的安全区域、基于垂直高度的安全区域、同时基于水平距离和垂直高度的安全区域。

基于水平距离的安全区域的划定是基于所述作业场景中位置的水平距离坐标来进行的，通常不考虑所述作业现场中位置的垂直高度。事先在所述作业场景中划定一部分空间作为安全区域，根据所述坐标映射关系计算出所述空间对应的水平距离范围。判定方法是计算所述作业现场中人员目标的水平距离，然后与所述水平距离范围进行比较，得出安全预警结果。

基于垂直高度的安全区域的划定是基于所述作业现场中位置的垂直高度坐标来进行的，通常不考虑所述位置的水平距离。事先在所述作业场景中划定一部分空间作为安全区域，根据所述坐标映射关系计算出所述空间对应的垂直高度范围。判定方法是计算所述作业现场中人员目标的垂直高度，然后与所述垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果。

同时基于水平距离和垂直高度的安全区域的划定需要同时考虑作业现场中位置的水平坐标和垂直坐标。事先在所述作业现场中划定的一部分安全空间需要在水平距离和垂直高度两个方向上基于所述坐标映射关系进行转化，得到所述空间对应的水平距离范围和垂直高度范围。判定方法需要同时计算所述人员目标的水平距离和垂直高度，然后与所述水平距离范围和垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果。

在本发明所述的实施例中，所划定的安全区域属于基于水平距离的安全区域，附图3中，两条红线之间的区域为危险区域，行人目标不能进入。一旦所述人员目标的水平距离接近所述危险区域，则会提出安全预警。

本发明所述的方法可以应用在其他的实施例中，在这些实施例的应用中，所述安全区域的类型和本发明中所述的实施例可能会有所不同。譬如，在10kv杆上变的检修过程中，工作人员需要沿着电线杆向上爬到达电力设施所在位置进行检修。在这样的作业场景中，电线杆顶部所连接的电力传输线属于危险区域，人员目标不能靠近。此时安全区域的划定则是基于垂直高度来进行，譬如设定小于电力传输线所在的位置高度的范围为安全范围，一旦计算出人员目标的垂直高度接近超过安全范围，则提出安全预警。

在有可能出现的其他实施例中，也会包括同时基于水平距离和垂直高度的安全区域预警。譬如在上方存在架空传输线的作业场景中使用路灯车，当人员目标位于路灯车的伸缩臂上时，其垂直高度不能接近架空传输线的位置；而位于路灯车附近的人员目标，则不能接近路灯车伸缩臂所覆盖的水平距离范围。在这样的作业场景中，需要同时针对人员目标的水平距离和垂直高度进行计算，综合比较得出安全预警结果。

步骤401：分析人员目标步骤。

在本发明所述的实施例中，当出现人员目标的时候，首先会被识别出来，如图3所示，根据步骤2）中所述的公式，人员目标的位置和高度将被计算出来，结合步骤3）中所述的方法所划定的电力设施带电作业现场的安全区域，可以实现对人员目标的安全预警。一旦人员目标离开安全区域进入危险区域，***将会报警。

图3中，红线之内所划定的区域为危险区域，人员目标一旦进入则会出发安全预警。图中从左至右三个人员目标分别为A、B和C。图3中包围三个人员目标的矩形框底边中点作为人员目标在图像上的位置点，计算结果如下：

在图像上中轴线左方的区域距离设定为负值，右侧设定为正值。

所划定的安全区域的水平距离为大于38m的区域，同时距离中轴线小于-2m或大于4.5m的区域。从计算结果中看出，三个人员目标均未进入危险区域。

在基于垂直高度的安全区域预警中，基于所述的标定曲线的数学表达式，人员目标的垂直高度将被计算出来，结合所事先划定好的垂直高度安全区域，实现对于人员目标的安全区域预警。

在同时基于水平距离和垂直高度的安全区域预警中，人员目标的水平距离和垂直高度都需要被计算出来，结合所事先划定好的垂直高度安全区域，实现对于人员目标的安全区域预警。

本发明所的方法和公开号为CN 102496232 A的发明专利中所叙述的方法基于相同的背景技术，但数据获取方式、实现方法、应用对象、应用场景都完全不同。申请公布号为CN 102496232 A的发明专利（下称为发明CN 102496232 A）中所提供的三维场景标定方法是基于单摄像机针孔模型，针对架空输电线路上的杆塔进行建模；其监控摄像机所架设的位置能够将目标杆塔完全摄入图像中，同时使得目标杆塔位于所拍摄图像的中心位置，这样就可以依赖目标杆塔的位置和体积参数来进行三维场景的标定。此方法在本发明所应用的场景中无法实现，例如在变电所中的电力设施作业场景中，没有类似架空输电线路杆塔的目标作为已知标定物，因此需要设计不同的算法来标定本发明所应用的场景。

本发明中所提供的方法应用于电力设施带电作业现场中，即应用在有电力***工作人员对电力设施进行检修的场景中；发明CN 102496232 A中所提供的方法则是应用于对输电设施的监控中，即对无人值守的野外架空输电线路附近入侵物的监控。

本发明中所提供的方法需要获取所述电力设施带电作业现场中足够的先验标定数据，当现有的所述先验标定物数量不足时，则需要通过人工摆放的方式来完成先验标定数据的收集，通常所述先验标定物的数量至少为10个；发明CN 102496232 A中所提供的方法则不需要摆放先验标定物，只需要测量目标铁塔的距离和体积参数。

本发明中所提供的方法在计算所述人员目标的位置参数时所使用的方法为数据拟合，包括多项式拟合或者最小二乘逼近，这些方法都是基于大量的先验标定数据来完成的；发明CN 102496232 A所提供的方法则是根据摄像机针孔模型画出目标铁塔和入侵物的成像光路，根据成像光路图中所描述的几何关系来进行入侵物位置和体积参数的计算。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (4)

1.一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，其特征在于包括如下步骤：

1）获取先验标定数据步骤；

2）获取坐标映射关系步骤；

3）划定安全区域步骤；

4）分析人员目标步骤；

步骤2）所述获取坐标映射关系具体为：将先验标定物和单摄像机之间的水平距离、先验标定物的垂直高度、所有先验标定物和地面接触点在作业现场图像上的坐标、先验标定物垂直高度对应的部分的图像坐标高度列成表格，得到图像坐标—水平距离曲线，以及水平距离—每像素高度曲线，上述曲线通过多项式拟合或最小二乘拟合方式获取。

2.如权利要求1所述的一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，其特征在于：步骤1）中所述的先验标定数据包括：先验标定物和单摄像机之间的水平距离 ，先验标定物的垂直高度，所有先验标定物和地面接触点在作业现场图像上的坐标，以及和先验标定物垂直高度对应的部分的图像坐标高度。

3.如权利要求1所述的一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，其特征在于：步骤3）所述安全区域包括：基于水平距离的安全区域、基于垂直高度的安全区域、以及同时基于水平距离和垂直高度的安全区域；其中所述基于水平距离的安全区域判定方法是计算作业现场中人员目标的水平距离，然后与水平距离范围进行比较，得出安全预警结果；所述基于垂直高度的安全区域的判定方法是计算作业现场中人员目标的垂直高度，然后与垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果；所述同时基于水平距离和垂直高度的安全区域的判定方法需要同时计算人员目标的水平距离和垂直高度，然后与水平距离范围和垂直高度范围进行比较，得出安全预警结果。

4.如权利要求1所述的一种电力设施带电作业的人员目标安全预警方法，其特征在于：在上述步骤4）中，当出现人员目标的时候，首先识别并计算出人员目标的位置和高度，并根据步骤3）所述的方法划定电力设施带电作业现场的安全区域，实现对人员目标的安全预警，一旦人员目标离开安全区域进入危险区域，***将会报警。