CN107800193A - 基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其技术方案是：依据操作任务和操作票指定的操作逻辑，采用基于三维数字模型动态划分操作区域，在操作区域设置定位热点，并且操作人员佩戴摄像设备，按照操作票，每一个操作步骤对应相应的热点区域，在执行此步骤操作时，操作人员需到此热点区域，通过对热点区域的行为捕捉，来判断操作是否正确执行；此步骤操作完成后，可利用图像辨识设备状态确认操作结果，经确认后，方可进入下一操作步骤，否则将产生操作告警，直至完成所有操作步骤；在操作期间，操作人员只能在通道和操作区域内活动，否则将产生操作告警。

Description

基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法

技术领域：

本发明涉及一种变电站现场作业对象监控方法，特别是涉及一种基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法。

背景技术：

随着我国经济的飞速发展以及人民生活水平的提升，社会对电能的需求与日俱增。变电站作为电能传输、分配的中枢环节，在电网中处于核心地位，是电网企业正常运行的基础。“三集五大”之后生产任务日益繁重，变电站工作人员相对短缺。在当前技术条件下，变电站工作现场安全风险加大。总体来说，变电站安全管理主要存在以下几个方面的问题：

（1）工作现场环境方面：变电站内进出通道过长，基本无法进行完整封闭，现场人员可能会通过不正常路径到达工作区域，客观上增加了人员误入带电间隔而触电的风险；当变电站内作业面积过大、作业点较多时，现场安全监护人员不足，难以对作业区域进行全方位实时监督，存在一定的***漏洞。

（2）工作现场人员方面：变电站内环境复杂，安全监督人员数量有限，当现场人员误入带电间隔、擅自穿、跨越安全围栏、擅自扩大工作范围、擅自靠近带电体（超过规定的安全距离）、误触设备的带电部分时，无法得到有效提醒，易对人身安全造成巨大伤害，引发恶性安全事故。此外，对于变电站工作现场的一些典型违章行为，例如拉合刀闸、装拆接地线操作顺序错误、倒闸操作中不按规定检查设备实际位置、不确定设备操作到位情况、擅自改变已设置的安全措施、未正确着装、开工前工作负责人未向全体工作班成员宣读工作票等，无法得到有效监督，对变电站安全稳定运行及工作现场人员自身安全均构成极大威胁。

（3）工器具方面：对现场作业车辆、设备、劳动工具的高度等空间尺寸缺乏控制和限制措施，只能依靠现场人员的个人判断或监护人目测提醒，导致高空绝缘距离不够或与带电设备交叉碰撞等大量安全事故发生。

（4）***效率及效果方面：目前，变电站安全生产制度及其配套法规已经非常细致完善，但在实际执行过程中，需要配备大量的监管人员，不可避免的降低了工作效率。并且现场***的效果直接取决于管理及安全监护人员的数量、安全意识、责任心、经验及对安全规范的理解和掌握程度等，存在一定的主观性和差异性，因此，尚无法做到客观精准的变电站工作现场安全管控。

上述问题的解决，一方面依赖于作业人员自身素质以及现场管理水平的提高，另一方面也依赖于安全监控技术的提升。传统的变电站安全监控主要针对变电设备，属于功能单一的被动式监控，对设备状态、作业安全距离等信息的确定过多依赖于监控人员的经验水平，缺乏准确的自动报警功能。另外，监控人员只能对有限数量的目标进行监控，无法实现站内设备及作业人员的全覆盖、更无法实现24小时的全天候无缝监控。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种容易实施、识别精确且减少人力投入的基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法。

本发明的技术方案是：

一种基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其技术方案是：依据操作任务和操作票指定的操作逻辑，采用基于三维数字模型动态划分操作区域，在操作区域设置定位热点，并且操作人员佩戴摄像设备，按照操作票，每一个操作步骤对应相应的热点区域，在执行此步骤操作时，操作人员需到此热点区域，通过对热点区域的行为捕捉，来判断操作是否正确执行；此步骤操作完成后，可利用图像辨识设备状态确认操作结果，经确认后，方可进入下一操作步骤，否则将产生操作告警，直至完成所有操作步骤；在操作期间，操作人员只能在通道和操作区域内活动，否则将产生操作告警。

根据变电站“五防”***模拟过的操作步骤以及合理的作业步骤，利用作业人员携带的微惯性导航设备MEMS以及工作现场序列图像，获取多个运动目标的定位数据；进而对作业人员的实际操作步骤实施作业过程监控，对每一步作业完成后的状态实施监控，识别可能的误操作和异常情况，达到现场安全管控。

以220kV线路典型逻辑关系双母分段接线方式为例，具体流程大致如下：

其五防逻辑关系为：

（1）线路开关DL闭锁逻辑：分闸合闸无条件；

（2）母线侧刀闸1G（或2G）闭锁逻辑：

分闸条件：

①线路开关DL分，母线侧刀闸2G（或1G）分；

②母线侧刀闸2G（或1G）合，母联（分段）开关及其两侧刀闸合；

合闸条件：

① 1M（或2M）所有地刀分，线路开关及其两侧地刀分，2M（或1M）刀闸分；

② 2M（1M）刀闸合，母联开关及其两侧刀闸合；

（3）线路刀闸4G闭锁逻辑：

合闸条件：线路开关DL及其两侧地刀分，出线线路地刀分；

分闸条件：线路开关分；

（4）开关两侧接地刀闸B0(或C0)闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线开关两侧刀闸1G、2G、4G分；

（5）线路地刀40闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线线路刀闸4G分、出线线路无压；

因为存在五防闭锁逻辑，所以该线路停电操作只能首先断开开关DL，再拉开线路刀闸4G，然后拉开母线侧刀闸1G或2G的步骤进行；在操作过程中，对步骤进行分割，可以将操作分到具体区域进行；这样能够按时对指定区域，通过视频监控视觉标识人员和设备状态，即可实时监测操作的正确性。

本项目拟将视觉辨识技术应用于变电站工作现场的安全监控，开发基于三维可视化的变电站运行设备状态与人员目标状态的融合监控软件***，构建变电站工作现场安全监控***。通过视频监控实现变电站工作现场安全区域的划分、工作现场自动工作授权，实现外部人员入侵以及针对工作现场误操作区域自动识别与报警等功能，它的主动检测和报警能力可及时发现工作人员违章和误操作，有效降低安全风险。

本发明的有益效果是：

1、本发明将视觉辨识技术应用于变电站工作现场的安全监控，对于变电站进站人员、作业人员工作任务、站内现场设备、作业区域之间形成三维可视化监控，实时主动地监控变电站工作现场，实现更准确、更安全、更高效的变电站工作现场监控，为变电站作业现场安全管理提供了广阔的应用前景。

2、本发明利用操作区域，可从操作人员的行为特征上，对操作的过程和步骤进行监控，避免遗漏或操作次序错误。

3、发明依据操作任务和操作票指定的操作逻辑，动态划分操作区域，利用作业过程监控和现场设备状态、操作次序，结合操作人员状态实现组合判别可能的误操作，提高安全程度。

4、本发明作业人员在每一步刀闸操作后，需要去相应的操作区域检查刀闸三相位置指示，根据作业人员目标与设备相对位置关系与作业次序，划分操作区域，对现场作业进行区域管控，根据作业步骤动态划分、动态授权。

5、本发明根据变电站“五防”***模拟过的操作步骤以及合理的作业步骤，以典型的作业任务要求为例，利用作业人员携带的微惯性导航设备（MEMS）以及工作现场序列图像，获取多个运动目标的定位数据，进而对作业人员的实际操作步骤实施作业过程监控，对每一步作业完成后的状态实施监控，识别可能的误操作和异常情况，达到现场安全管控的目的，其应用范围广，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明：

图1为本发明的操作区域作业次序管控流程示意图；

图2为本发明的220kV线路接线方式示意图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其技术方案是：依据操作任务和操作票指定的操作逻辑，采用基于三维数字模型动态划分操作区域，在操作区域设置定位热点，并且操作人员佩戴摄像设备，按照操作票，每一个操作步骤对应相应的热点区域，在执行此步骤操作时，操作人员需到此热点区域，通过对热点区域的行为捕捉，来判断操作是否正确执行；此步骤操作完成后，可利用图像辨识设备状态确认操作结果，经确认后，方可进入下一操作步骤，否则将产生操作告警，直至完成所有操作步骤；在操作期间，操作人员只能在通道和操作区域内活动，否则将产生操作告警（图1所示）。

根据变电站“五防”***模拟过的操作步骤以及合理的作业步骤，利用作业人员携带的微惯性导航设备MEMS以及工作现场序列图像，获取多个运动目标的定位数据；进而对作业人员的实际操作步骤实施作业过程监控，对每一步作业完成后的状态实施监控，识别可能的误操作和异常情况，达到现场安全管控。

以220kV线路典型逻辑关系双母分段接线方式为例（图2所示），具体流程大致如下：

其五防逻辑关系为：

（1）线路开关DL闭锁逻辑：分闸合闸无条件；

（2）母线侧刀闸1G（或2G）闭锁逻辑：

分闸条件：

①线路开关DL分，母线侧刀闸2G（或1G）分；

②母线侧刀闸2G（或1G）合，母联（分段）开关及其两侧刀闸合；

合闸条件：

① 1M（或2M）所有地刀分，线路开关及其两侧地刀分，2M（或1M）刀闸分；

② 2M（1M）刀闸合，母联开关及其两侧刀闸合；

（3）线路刀闸4G闭锁逻辑：

合闸条件：线路开关DL及其两侧地刀分，出线线路地刀分；

分闸条件：线路开关分；

（4）开关两侧接地刀闸B0(或C0)闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线开关两侧刀闸1G、2G、4G分；

（5）线路地刀40闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线线路刀闸4G分、出线线路无压；

因为存在五防闭锁逻辑，所以该线路停电操作只能首先断开开关DL，再拉开线路刀闸4G，然后拉开母线侧刀闸1G或2G的步骤进行；在操作过程中，对步骤进行分割，可以将操作分到具体区域进行；这样能够按时对指定区域，通过视频监控视觉标识人员和设备状态，即可实时监测操作的正确性。

操作区域划分实例：

石佛220kV石庆1开关解除备用操作，根据操作票对现场作业进行任务分解，具体步骤如表1所示。

表1 石佛220kV石庆1开关解除备用操作票管控区域划分表

步骤	作业步骤	操作区域划分
			1	检查石庆1开关三相位置指示分闸	石庆1开关区域附近
2	检查石庆1南刀闸三相位置指示分闸	石庆1南刀闸区域
			3	检查石庆1北刀闸三相位置指示分闸	石庆1北刀闸区域

如表所示，作业人员在每一步刀闸操作后，需要去相应的操作区域检查刀闸三相位置指示，根据作业人员目标与设备相对位置关系与作业次序，划分操作区域，对现场作业进行区域管控，根据作业步骤动态划分、动态授权。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其特征是：依据操作任务和操作票指定的操作逻辑，采用基于三维数字模型动态划分操作区域，在操作区域设置定位热点，并且操作人员佩戴摄像设备，按照操作票，每一个操作步骤对应相应的热点区域，在执行此步骤操作时，操作人员需到此热点区域，通过对热点区域的行为捕捉，来判断操作是否正确执行；此步骤操作完成后，可利用图像辨识设备状态确认操作结果，经确认后，方可进入下一操作步骤，否则将产生操作告警，直至完成所有操作步骤；在操作期间，操作人员只能在通道和操作区域内活动，否则将产生操作告警。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其特征是：根据变电站“五防”***模拟过的操作步骤以及合理的作业步骤，利用作业人员携带的微惯性导航设备MEMS以及工作现场序列图像，获取多个运动目标的定位数据；进而对作业人员的实际操作步骤实施作业过程监控，对每一步作业完成后的状态实施监控，识别可能的误操作和异常情况，达到现场安全管控。

3.根据权利要求2所述的基于视觉的变电站设备运行状态与作业对象监控融合方法，其特征是：以220kV线路典型逻辑关系双母分段接线方式为例，具体流程大致如下：

其五防逻辑关系为：

（1）线路开关DL闭锁逻辑：分闸合闸无条件；

（2）母线侧刀闸1G（或2G）闭锁逻辑：

分闸条件：

① 线路开关DL分，母线侧刀闸2G（或1G）分；

② 母线侧刀闸2G（或1G）合，母联（分段）开关及其两侧刀闸合；

合闸条件：

① 1M（或2M）所有地刀分，线路开关及其两侧地刀分，2M（或1M）刀闸分；

② 2M（1M）刀闸合，母联开关及其两侧刀闸合；

（3）线路刀闸4G闭锁逻辑：

合闸条件：线路开关DL及其两侧地刀分，出线线路地刀分；

分闸条件：线路开关分；

（4）开关两侧接地刀闸B0(或C0)闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线开关两侧刀闸1G、2G、4G分；

（5）线路地刀40闭锁逻辑：

分闸条件：无；

合闸条件：出线线路刀闸4G分、出线线路无压；

因为存在五防闭锁逻辑，所以该线路停电操作只能首先断开开关DL，再拉开线路刀闸4G，然后拉开母线侧刀闸1G或2G的步骤进行；在操作过程中，对步骤进行分割，可以将操作分到具体区域进行；这样能够按时对指定区域，通过视频监控视觉标识人员和设备状态，即可实时监测操作的正确性。