CN104318732A - 基于视频分析和rfid的变电站现场人员监控管理***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***及方法，该管理***包括：视频监控模块，用于采集现场、危险区和关键设备区的视频数据；RFID识别模块，通过无线方式读取人员的RFID标签信息，并通过以太网传输给监控中心进行人员权限分析；声音预警模块，与监控中心连接，根据视频分析和人员权限分析发出预警提示信息；监控中心，用于对接收到的监控视频和人员RFID标签信息结果进行分析。本发明能够通过视频分析技术对现场工作人员是否配戴安全帽及颜色进行识别并利用RFID技术对工作人员身份权限进行识别，能够杜绝工作人员进入现场不戴安全帽和误入禁区的安全隐患，并可以实现防盗的功能。

Description

基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***及方法

技术领域

本发明涉及电力行业变电站领域，特别是涉及基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***及方法。

背景技术

智能电网是目前国家对电网发展的主导方向，智能体现在生产的各个相关方面，其中包括智能安全预警方面。安全是电力生产的前提，目前仅仅依靠人为监督生产的机制，往往对异常事件反应滞后。近年来，安全视频监控***越来越多地应用于变电站中。随着无人值守变电站的推行，传统的视频监控***的单一功能已经无法满足变电站监控无人化和智能化要求。在计算机视觉处理科学中，智能视频分析技术主要包括运动目标检测、跟踪、分类等算法，智能视频监控***能够有效地减少人力消耗，提高视频处理的准确度和实时性。因此，引入智能视频分析技术是变电站视频监控发展的必然趋势。近年来，物联网技术，受到了越来越广泛的关注，引起了世界各国的重视和研究力度的加大。

物联网通常是指对物体具有全面感知能力，对信息具有智能处理和可靠传送能力的连接物体与物体的信息网络。通过智能传感装置，经过传输网络，将物体信息传送到指定的信息处理中心，形成人与物，物与物相连的智能网络。RFID是Radio Frequency Identification的缩写，利用无线射频信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别***与特定目标之间建立机械或光学接触。而RFID技术是让物品间能够在互联网中通信的关键技术，RFID标签中存储着标准而具有互用性的信息，通过通信网络把它们自动采集到信息***，实现物品的识别。将智能视频分析技术与物联网中的RFID技术相结合应用到变电站中的危险区域安全预警中，将具有十分重要的意义。

变电站是电力生产的重点场所，须对其环境状况、设备运行、安全生产等各类情况加以监视，特别要对安全生产构成极大威胁的情况加以监视，以防范火灾、***、泄露、失窃及恶意破坏等。在变电站现场中有大量高压危险设备，为了保证人员设备安全，要求凡进入变电站现场(办公室、控制室、保护室、值班室、检修班组室及生活绿化区等不需要安全帽防护的区域除外)进行检修工作、学习、检查、参观、劳动的所有人员均必须佩戴安全帽。而且根据人员性质不同，所佩戴的安全帽有严格的等级之分，在国电***中，安全帽颜色按照视觉识别***(VI)规定: 白色代表领导人员，蓝色代表管理人员，黄色代表施工人员，红色代表外来人员。

在变电站的安全生产规范中，对进入变电设备施工现场的要求非常严格，如不允许不佩戴帽子进入现场，也不允许不同身份的人越界非法操作等。但违反安全规定不佩戴安全帽、越界进入威胁区、非法操作等的情况也时有发生，带来的是安全隐患。如果可以通过监控视频数据对进入施工现场的人员佩戴安全帽的情况及跨越禁区进行视频分析识别，通过RFID标签给进入变电站现场的人员设置不同权限，那么就能及时发现未戴安全帽、进入威胁区域及非法操作等现象的发生。   通过变电站现行的工业电视监控***可以有效地监控到各个设备间的施工状况，保安人员可以通过视频直接观察到施工人员是否佩戴安全帽，或者有违法操作。但是由于一个变电站的监控画面一般都在20个以上，采用人工的方式来巡查画面，会大大降低监控的有效性。研究表明，当一个人同时观察两个监控画面时，10分钟会错过45%的有用信息，22分钟会错过95%的有用信息，同时观察多个监控画面则注意力更加分散。因此迫切需要一个能够自动对工业电视监控***进行分析的***和软件，这样可以主动地、智能地、全面地监控整个变电站的施工人员行为；以保证变电站现场的安全。

由于很多时候进入变电站的人员在佩戴安全帽颜色上并未严格按照等级区分佩戴颜色，这样对于外来人员（如学习、参观者等）可能会发生误入危险区域情况，还可能发生不具备操作权限的人员误操作设备，不管对人员还是设备都有重大安全隐患。通过视频分析确定是否佩戴安全帽及是否有人靠近禁区，再通过RFID标签分配人员权限，一旦发现有人员不具备操作权限接近危险区、接近设备时，***会启动声音警示，并将视频画面呈递给相关人员并保存录像和事件细节，极大提高了现场的安全监控和管理能力。

变电站安全防范***一般安装具有防止非法闯入并及时报警的变电站电子围栏防盗报警***，由电子围墙前端和控制主机两部分组成。电子围墙前端安装在变电站四周围墙上，变电站机房内安装电子围栏的控制主机，控制主机发射电子脉冲信号。电子围栏专用合金线，具有柔性和挠性的特点，不能承受较大重量，电子围栏的线缆带有高压电子脉冲，当有人非法越过或剪断电子围栏时，电子线缆必然会被折断和发生断路，当入侵者触及线缆时，会立即受到强烈的电刺激发出报警声光显示，并通过电话拨号器把报警信号通过公共电话网传到电业局监控中心。

考虑到变电站工作人员身上丰富的颜色特征如安全帽、工作服等，同时颜色特征在跟踪过程中容易受光照影响效果，文献[3]把颜色特征和梯度直方图特征引入粒子滤波跟踪，首先把RGB颜色的三个分量分别量化至不同的灰度级，并作归一化处理；然后使用中心正交梯度描述子，按分块构造梯度直方图。梯度特征描述正好弥补了颜色特征对形状特征的表征缺失。针对电力生产中人体异常行为，如摔倒、拳击、摘帽、撑伞和脱工作服等行为，构思了相应的人体轮廓几何模型。通过求解以上模型信息后，对异常行为分类做出了标准，然后在支持向量机的基础上，根据训练样本的轮廓几何信息构造分类器，对实际发生的进行估计分类。但是只能通过工作人员的颜色特征进行区分，不能有效保证权限的区分和识别。

文献[智能视频分析算法在变电所中的研究与应用，黄斯茜，西安交通大学，硕士论文，2009]基于智能视频分析算法中的目标检测和跟踪算法，研究了变电站中工作人员安全帽佩戴情况的智能视频监视，提出一种基于颜色空间和质心位置的检测算法，并通过实验对其效果进行了验证。未对工作人员的操作权限进行区分，不能有效保证变电站重要区域的安全。

文献[UWB无线定位技术在报警安全帽中的运用，陈韬]报警安全帽为电力生产提供了一道安全屏障。由于传统的电磁感应式报警安全帽精度低、误差大,所以在设备紧凑的变电站环境中并没有得到广泛应用。随着无线通信技术的发展,新兴的UWB无线网络技术在定位方面具有的定位精度高,穿透力强,传输速率快、低成本和低功耗等优势而成为未来无线定位技术的热点。将UWB无线定位技术运用于变电站报警安全帽***,使得报警安全帽在变电站的运用有了实质性突破。但是，UWB无线定位技术不能对安全帽的颜色和权限进行区分。

文献[电力场强预警安全帽，温生东]根据交变电场传感器测量原理,测量工频电场强度;在不改变普通安全帽的安全防护性能下,设计能安置于帽内的电场测量声光报警装置,使其达到场强预警作用。电力工作人员在进行电力检修、试验等工作,尤其是攀爬杆塔,接近高压带电设备,或处于疲劳状态时,可能会误闯高场强区。如果没有及时警示,工作人员可能会长时间处于高场强区域工作,这极易造成人身伤害。然而,采用电场测量方式的作业场所安全示警方法,国内外仍少有研究。但是，电场测量方式不能对安全帽的颜色和权限进行区分。

专利“变电站现场佩戴安全帽智能监控预警***，申请号 201410279038.7”提出一种变电站现场佩戴安全帽智能监控预警***，利用热释电红外传感模块监测有无作业人员进入，结合摄像头监控装置采集图像分析，确认作业人员是否已佩戴安全帽，若正确佩戴安全帽，则允许进入，没有佩戴安全帽则关闭门禁不允许进入，并启动语音报警模块语音报警，启动GSM 模块录音电话通知当值运行人员。但是，热释电红外传感技术不能对安全帽的颜色和权限进行区分。

发明内容

针对以上现有技术的不知，本发明提供一种基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***及方法。本发明通过视频分析确定是否佩戴安全帽及是否有人靠近禁区，再通过RFID标签分配人员权限，一旦发现有人员不具备操作权限接近危险区、接近设备时，***会启动声音警示，并将视频画面呈递给相关人员并保存录像和事件细节，极大提高了现场的安全监控和管理能力。

本发明的具体技术方案如下：

基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***，该管理***包括：

视频监控模块，用于采集现场、危险区和关键设备区的视频数据，通过以太网传输给监控中心进行视频分析；

RFID 识别模块，通过无线方式读取人员的RFID标签信息，并通过以太网传输给监控中心进行人员权限分析；

声音预警模块，与监控中心连接，根据视频分析和人员权限分析发出预警提示信息；

监控中心，用于对接收到的监控视频和人员RFID标签信息结果进行分析，并根据分析结果驱动声音预警模块并进行数据存储。

进一步，所述监控中心包括：

视频分析模块，对变电站现场人员是否佩戴安全帽、安全帽颜色进行区分，并且检测是否有人员接近和欲进入危险区及靠近设备区域；

RFID权限分析模块，对人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限是否对应进行分析；

语音告警控制模块，根据视频分析和人员身份权限的不同，发出告警语音信号；

数据存储模块，用于对采集的视频数据及RFID标签ID数据进行存储。

进一步，所述RFID识别模块包括：

有源RFID阅读器和以太网输出接口RJ45，所述RFID阅读器通过无线方式读取人员的RFID标签信息，并通过输出接口RJ45传输给监控中心。

基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理方法，该管理方法包括如下步骤：

1）视频监控模块对进入到变电站现场的人员图像进行采集，并将采集的图像信息发送至监控中心的视频分析模块，视频分析模块判断是否有人进入变电站现场，以及工作人员是否配戴安全帽，对未佩戴安全帽的人员进行声音告警，并上报监控中心，对佩戴安全帽的人员进一步进行颜色识别；

2）监控中心的视频分析模块对安全帽的颜色进行区分，如果是预定的颜色，则判断工作人员是否跨越危险区域和重要设备区域，如果有人接近预设区域，则通过语音告警模块进行声音告警并启动RFID阅读器模块，RFID阅读器模块通过读取人员佩戴的RFID标签信息，开始进行RFID身份权限识别分析；

3）RFID阅读器模块对工作人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限进行比对：

对欲进入RFID识别区域的人员，需要在设定区域边缘进行RFID身份权限识别：对于允许进入危险区域操作权限人员进行安全提示，并通过数据存储模块对视频画面存储，若RFID标签权限不满足进入该区域权限，则通过声音预警模块进行声音告警不允许进入，同时上报监控中心；

对已进入现场图像识别区域的人员，监控中心的视频分析模块周期性地对安全帽颜色和是否佩戴安全帽进行识别，若发现未佩戴安全帽人员，通过声音预警模块进行声音告警，提醒时刻佩戴安全帽。

  本发明的优点为：

（1）可以用于变电站内的危险区域防护，改变单一图像监控的现状。

（2）可以真正实现无人值守变电站的实时自动监测和告警。

（3）该***的应用可以有效保护进入变电站的非操作人员的安全和重要危险设备的安全。

（4）可存储\记录非法行为，作为考核依据，规范变电站人员行为。

（5）该图像识别和RFID身份验证的方法可以应用到其他行业危险区域监控。

附图说明

图1：本发明***结构原理图；

图2：本发明应用实施例图；

图3：本发明功能结构图；

图4：本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1-2所示，本***基于视频分析技术和RFID技术实现，视频分析技术对变电站现场人员的安全帽以及安全帽颜色进行区分，并且检测是否有人员接近和欲进入危险区及靠近设备；再利用RFID技术进行进一步身份权限确认，对不满足安全的行为进行声音预警，并对违规事件进行记录存储，供后续分析评估。

***由视频监控模块、RFID识别模块、安全帽、RFID标签、声音预警模块、以太网交换机和监控中心组成。各部分功能和组成如下。

其中，视频监控模块采集现场、危险区和关键设备区的视频数据，通过以太网传输给监控中心的视频分析模块进行视频分析。由高速云台球形摄像头、网络视频编码器、以太网输出接口RJ45组成，其中摄像头采集现场、危险区和关键设备区的视频数据，网络视频编码器进行视频数据的压缩编码和信道编码，通过以太网输出接口RJ45传输给监控中心的视频分析模块进行视频处理。

RFID识别模块主要包括2.4GHz有源RFID阅读器和以太网输出接口RJ45，RFID阅读器通过无线方式读取人员RFID标签信息，由以太网传输给监控中心进行人员权限分析。RFID阅读器的阅读范围可调，能覆盖视频分析预设的危险区域和重要设备区域。

RFID标签采用2.4GHz有源RFID标签，现状为腕带式，由进入变电站现场的人员佩戴，RFID标签具有唯一标识ID。RFID标签有权限限制，设置三种权限分外来人员（不能到危险区、不能操作设备）、变电站一般工作人员（可以完成检查、巡视、作业等任务，但不能操作设备）、专责人员（具备进入任何区域和设备操作的权限）。

安全帽由进入现场的人员佩戴，分红色、黄色、蓝色、白色。

声音预警模块核心部分为ISD4000语音模块，提供RS485通信接口和音频输出接口，用于连接监控中心实现语音播放控制和播放放音喇叭，喇叭安装在室外较高的位置，可传输距离200米，能覆盖整个变电站范围。由监控中心通过RS485接口根据视频分析和人员身份权限不同发出预警提示。

监控中心主要组成部分是PC机和***软件，PC机与以太网交换机的接口RJ45连接接收视频监控装置和RFID阅读器发送的数据***软件对接收到的监控视频和人员RFID权限进行分析，根据分析结果驱动声音预警装置和弹出画面告警，并进行数据存储。包括数据接收、视频分析、人员RFID标签的权限分析、语音告警控制、数据存储打印等功能。视频分析模块主要对变电站现场人员是否佩戴安全帽、安全帽颜色进行区分，并且检测是否有人员接近和欲进入危险区及靠近设备区域，危险区域和设备区域可根据实际设定。RFID权限分析主要根据人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限对应。语音告警控制基于视频分析和人员身份权限不同实现，提供“未戴安全帽，危险，请快速离开”、“施工作业区危险，你不能进入”、“重要设备，非专职人员请马上离开”等几种告警语音。数据存储部分根据现场出现未戴安全帽、无权限进入危险区、接近重要设备的事件记录视频画面、人员RFID标签ID和发生时间。软件***结构和功能如图3所示。

本发明的另一个目的还提供一种基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理方法，该方法包括如下步骤，如图4所示。

1、当人员进入变电站现场图像识别区域，视频监控模块采集到现场人员视频，送到监控中心的视频分析模块，视频分析模块利用视频分析技术中的运动目标检测判断是否有人进入，发现有人则继续分析是否配戴安全帽，对未佩戴安全帽的人员进行声音告警，并上报监控中心；对佩戴安全帽的人员进一步进行颜色识别；

2、监控中心的视频分析模块利用图像处理中颜色直方图分析方法，对安全帽的颜色进行区分，如果是预定的颜色，则继续进行危险区域和重要设备区域跨越分析，如果有人接近预设区域，则进行声音告警并启动RFID阅读器模块。RFID阅读器模块通过读取人员佩戴的RFID标签信息，开始进行RFID身份权限识别分析。

3、RFID阅读器模块利用RFID权限分析方法即根据人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限进行比对。对于欲进入RFID识别区域（即更靠近危险设备）的人员，需要在设定区域边缘进行RFID身份权限识别：对于允许进入危险区域操作权限人员，不进行声音告警，可以进行安全提示，联动摄像画面存储；若RFID标签权限不符即不满足进入该区域权限，则通过声音预警模块进行声音告警不允许进入，同时上报监控中心。

4、对已进入现场图像识别区域的人员，监控中心的视频分析模块周期性地对安全帽颜色和是否佩戴安全帽进行识别，若发现未佩戴安全帽人员，通过声音预警模块进行声音告警，以便对已随有操作权限人员进入的其他人员进行安全预警，以及提醒时刻佩戴安全帽。

5、声音预警模块基于视频分析和人员身份权限不同结果实现，提供“未戴安全帽，危险，请快速离开”、“施工作业区危险，你不能进入”、“重要设备，非专职人员请马上离开”等几种告警语音。

本发明具有如下特点：

（1）利用视频分析技术对是否配戴安全帽及颜色进行识别，对预设区域进行越线识别，杜绝进入现场不戴安全帽和误入禁区的安全隐患，并实现防盗功能。

（2）利用视频分析技术对跨越禁区识别和RFID的身份权限识别相结合，有效确保对危险区域的安全防护。

（3）基于安全帽颜色图像识别和RFID权限识别中的声音告警联动机制，杜绝危险的行为。

（4）变电站危险区域分为图像识别区域和RFID识别区域两级，相关联动识别使人员和设备更安全。

（5）未戴安全帽、未授权跨越禁区等事件行为及时记录，可作为重要的参考依据。

Claims (4)

1.基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***，其特征在于，该管理***包括：

视频监控模块，用于采集现场、危险区和关键设备区的视频数据，通过以太网传输给监控中心进行视频分析；

RFID 识别模块，通过无线方式读取人员的RFID标签信息，并通过以太网传输给监控中心进行人员权限分析；

声音预警模块，与监控中心连接，根据视频分析和人员权限分析发出预警提示信息；

监控中心，用于对接收到的监控视频和人员RFID标签信息结果进行分析，并根据分析结果驱动声音预警模块并进行数据存储。

2.根据权利要求1所述的基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***，其特征在于，所述监控中心包括：

视频分析模块，对变电站现场人员是否佩戴安全帽、安全帽颜色进行区分，并且检测是否有人员接近和欲进入危险区及靠近设备区域；

RFID权限分析模块，对人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限是否对应进行分析；

语音告警控制模块，根据视频分析和人员身份权限的不同，发出告警语音信号；

数据存储模块，用于对采集的视频数据及RFID标签ID数据进行存储。

3.根据权利要求1所述的基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理***，其特征在于，所述RFID识别模块包括：

有源RFID阅读器和以太网输出接口RJ45，所述RFID阅读器通过无线方式读取人员的RFID标签信息，并通过输出接口RJ45传输给监控中心。

4.基于视频分析和RFID的变电站现场人员监控管理方法，其特征在于，该管理方法包括如下步骤：

1）视频监控模块对进入到变电站现场的人员图像进行采集，并将采集的图像信息发送至监控中心的视频分析模块，视频分析模块判断是否有人进入变电站现场，以及工作人员是否配戴安全帽，对未佩戴安全帽的人员进行声音告警，并上报监控中心，对佩戴安全帽的人员进一步进行颜色识别；

2）监控中心的视频分析模块对安全帽的颜色进行区分，如果是预定的颜色，则判断工作人员是否跨越危险区域和重要设备区域，如果有人接近预设区域，则通过语音告警模块进行声音告警并启动RFID阅读器模块，RFID阅读器模块通过读取人员佩戴的RFID标签信息，开始进行RFID身份权限识别分析；

3）RFID阅读器模块对工作人员佩戴RFID标签的ID号与数据库中的人员权限进行比对：

对欲进入RFID识别区域的人员，需要在设定区域边缘进行RFID身份权限识别：对于允许进入危险区域操作权限人员进行安全提示，并通过数据存储模块对视频画面存储，若RFID标签权限不满足进入该区域权限，则通过声音预警模块进行声音告警不允许进入，同时上报监控中心；

对已进入现场图像识别区域的人员，监控中心的视频分析模块周期性地对安全帽颜色和是否佩戴安全帽进行识别，若发现未佩戴安全帽人员，通过声音预警模块进行声音告警，提醒时刻佩戴安全帽。