牛祉霏 祖振陽 吳美萱 李天驕

摘 要：變電站三維實(shí)景智能視頻監(jiān)控平臺(tái)以沉浸式手段再現(xiàn)變電站場(chǎng)景，解決了傳統(tǒng)視頻圖像系統(tǒng)管理模式存在的諸多問題，以先進(jìn)的智能算法將三維場(chǎng)景自動(dòng)關(guān)聯(lián)到攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)多維度實(shí)景的視頻攝像、多數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)告警、智能化設(shè)置的自動(dòng)巡視等功能，對(duì)變電站的設(shè)備及其他設(shè)施進(jìn)行安全保衛(wèi)管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題的發(fā)現(xiàn)、分析及判定。

關(guān)鍵詞：變電站 三維實(shí)景 視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（c）-0052-02

1 研究背景

隨著無人值守變電站數(shù)量的逐年增加，無人值守變電站內(nèi)的“現(xiàn)場(chǎng)眼睛”（各種攝像機(jī)）的數(shù)量隨之遞增。視頻圖像系統(tǒng)以“攝像機(jī)為核心”的傳統(tǒng)管理模式已無法適應(yīng)變電站大范圍、多場(chǎng)景、全方位的展示需求，而且也突顯出“樹形列表+標(biāo)注名稱”管理方式下的視頻設(shè)備管理流程復(fù)雜、查詢及檢索異常操作繁瑣、效率低下等問題。

變電站三維實(shí)景智能視頻監(jiān)控平臺(tái)以沉浸式手段再現(xiàn)變電站場(chǎng)景，它不僅實(shí)現(xiàn)無人變電站視頻監(jiān)控的“監(jiān)”，更具有智能化的“控”，對(duì)變電站的設(shè)備及其他設(shè)施進(jìn)行安全保衛(wèi)管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題的發(fā)現(xiàn)、分析及判定。它滿足了變電站“以電氣設(shè)備為核心”的管理需求，實(shí)現(xiàn)了以電氣設(shè)備查看為本源的直接、全方位、多維度、一體式的操控模式。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

將視頻圖像融合于三維實(shí)景場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景和視頻的“虛實(shí)無縫融合”。系統(tǒng)服務(wù)器在顯示器上呈現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭在三維系統(tǒng)中的分布圖，并接收各網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻圖像，以浮窗形式顯示某被界面選擇的攝像頭拍攝的實(shí)時(shí)視頻圖像。這種展示方式真正實(shí)現(xiàn)了三維整體實(shí)景中的“局部實(shí)時(shí)圖像”，讓變電站的視頻圖像系統(tǒng)“溶入”三維實(shí)景場(chǎng)景中，進(jìn)一步增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)沉浸。

以三維直觀的方式展示多攝像機(jī)的實(shí)時(shí)位置和攝像機(jī)的當(dāng)前監(jiān)測(cè)視野，更加直觀地實(shí)現(xiàn)變電站三維可視化呈現(xiàn)，更加便捷、直觀、高效地關(guān)注站內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)移動(dòng)變電站三維可視化界面中的鼠標(biāo)至某個(gè)設(shè)備上時(shí)，可以通過明顯的延展虛線直觀了解“關(guān)注”該設(shè)備的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)位分布情況。而當(dāng)雙擊“關(guān)注”的設(shè)備時(shí)，延展虛線所指示的各機(jī)位上的視頻監(jiān)控畫面將以彈窗方式進(jìn)行“同屏同步”呈現(xiàn)。

直接在三維場(chǎng)景中點(diǎn)擊相應(yīng)的“電氣設(shè)備”，各種與該設(shè)備相關(guān)的外觀實(shí)時(shí)視頻、歷史多角度圖片、告警事件錄像都可以“一觸即現(xiàn)”。而且與此設(shè)備相關(guān)的多角度實(shí)時(shí)視頻、多角度告警事件錄像、圖片均可直觀、便捷地展示，并可實(shí)現(xiàn)多維異構(gòu)數(shù)據(jù)信息的“同屏同步”的呈現(xiàn)，如圖1所示。

3 功能特點(diǎn)

3.1 多維度實(shí)景的視頻攝像功能

鼠標(biāo)靠近監(jiān)控?cái)z像頭可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)控視頻；雙擊攝像機(jī)圖標(biāo)，以面板的方式展示該攝像機(jī)的圖像，選擇面板右側(cè)的攝像機(jī)操作面板，可對(duì)攝像機(jī)執(zhí)行左右旋轉(zhuǎn)、聚焦、補(bǔ)光、雨刷、手動(dòng)拍照、全屏顯示、退出全屏、拍照數(shù)據(jù)檢索查看等操作；鼠標(biāo)接近某設(shè)備，自動(dòng)關(guān)聯(lián)可拍攝到該設(shè)備的攝像機(jī)，路徑以虛線形式展示；場(chǎng)景還可展示機(jī)器人的可見光和熱紅外圖像，當(dāng)鼠標(biāo)靠近圖像面板，圖像面板左側(cè)顯示操作面板，可實(shí)現(xiàn)全屏或非全屏兩種模式查看實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，云臺(tái)復(fù)位，可見光和熱紅外同步拍照，歷史圖像查看，重新加載等功能。

3.2 多數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)告警功能

三維場(chǎng)景中，每個(gè)設(shè)備模型可以通過實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，三維場(chǎng)景會(huì)自動(dòng)將該設(shè)備渲染成告警模式并快速定位，提示操作人員及時(shí)排除故障。所有的圖像、安防、消防、周界、門禁、溫濕度、各種傳感設(shè)備、三維一次電氣設(shè)備及其附件的各種屬性、數(shù)據(jù)、動(dòng)作、變化規(guī)律，均可以作為組合告警條件，進(jìn)行組合告警觸發(fā)。機(jī)器人巡檢產(chǎn)生的告警數(shù)據(jù)也在此處進(jìn)行展示，包括超溫告警，壓力表讀數(shù)過低等。

三維實(shí)景中開關(guān)刀閘等檔位開關(guān)分合動(dòng)作的前后拍照、支持動(dòng)作過程錄像，以及和SCADA系統(tǒng)的綜合比對(duì)分析，推送直觀告警報(bào)告；自動(dòng)監(jiān)測(cè)GIS室內(nèi)的六氟化硫及氧氣濃度，智能控制風(fēng)機(jī)，智能控制門禁的人員進(jìn)出，異常時(shí)三維場(chǎng)景中直觀自動(dòng)推送告警畫面，現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，阻止人員進(jìn)入，語音播報(bào)內(nèi)部超標(biāo)告警值，三維場(chǎng)景中直觀自動(dòng)推送告警信息和告警畫面；三維實(shí)景中GIS等常見壓力表等儀表類安全區(qū)域的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實(shí)景中避雷器泄漏電流等儀表類異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實(shí)景中斷路器等儲(chǔ)能開關(guān)的彈簧儲(chǔ)能位置指示異常與否的拍照、智能直觀推送告警信息和告警畫面；三維實(shí)景中電纜溝內(nèi)小動(dòng)物偵測(cè)等，偵測(cè)到小動(dòng)物提供過程拍照、錄像、直觀推送告警。

3.3 智能化設(shè)置的自動(dòng)巡視功能

在三維實(shí)景中，設(shè)定巡視時(shí)間、巡視目標(biāo)任務(wù)等，系統(tǒng)自動(dòng)生成巡視任務(wù)，按照巡視計(jì)劃，自動(dòng)進(jìn)行設(shè)備的圖片拍照、錄像，可進(jìn)行圖像的外觀分析比對(duì)、熱紅外分析比對(duì)、SCADA融合分析比對(duì)，生成符合電力生產(chǎn)的電力巡檢報(bào)告。

設(shè)定計(jì)劃、巡邏路線，攝像機(jī)自動(dòng)按步驟巡視、巡邏，發(fā)現(xiàn)人員、車輛，自動(dòng)跟蹤、錄像、監(jiān)控中心自動(dòng)推送告警信息和告警畫面。

4 三維場(chǎng)景自動(dòng)關(guān)聯(lián)到攝像機(jī)的智能算法

變電站三維實(shí)景智能視頻平臺(tái)在顯示器上可通過光標(biāo)跟隨、雙擊的方式進(jìn)行界面選擇攝像頭，被界面選擇的攝像頭通過焦距、角度可調(diào)的方式將拍攝的最佳實(shí)時(shí)視頻圖像顯示在顯示器上。具體算法如下。

步驟一：設(shè)鼠標(biāo)在顯示器屏幕上的坐標(biāo)位置為A（x，y），采用三維引擎技術(shù)通過屏幕空間映射確定其在三維空間的位置坐標(biāo)B（x，y，z）。

步驟二：以空間坐標(biāo)點(diǎn)B（x，y，z）為起點(diǎn)，根據(jù)三維視野當(dāng)前的觀察方向V，初始化射線（B，V）。

步驟三：在引擎自帶的BIHTree場(chǎng)景結(jié)構(gòu)中將新建射線Ray與發(fā)射線最近的包圍體進(jìn)行結(jié)合、碰撞。

步驟三：以Ray（B，V）在場(chǎng)景中做射線碰撞檢測(cè)，返回所有的相交模型信息，判斷返回的相交模型信息中是否包含網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的模型信息；若包含網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)模型信息，則返回其模型信息。

步驟四：根據(jù)所獲得的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)信息，調(diào)用播放器面板，在顯示器屏幕坐標(biāo)的A（x，y）位置顯示網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻信息。

5 結(jié)語

變電站三維實(shí)景智能視頻監(jiān)控平臺(tái)是以電力生產(chǎn)管理需求為導(dǎo)向，以視頻應(yīng)用為基礎(chǔ)，以站內(nèi)電氣設(shè)備為核心的三維智能管理平臺(tái)，它是沉浸式、全方位的立體感知，可以高效、快速、便捷地實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)設(shè)備的“關(guān)注”，展現(xiàn)了與無人變電站實(shí)際場(chǎng)景相一致的“三維實(shí)景”重現(xiàn)。

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