智能监控系统在高压测试区域的研究与应用

葛晶晶

(太原城市职业技术学院 信息工程系，山西 太原 030027)



智能监控系统在高压测试区域的研究与应用

葛晶晶

(太原城市职业技术学院 信息工程系，山西 太原 030027)

通过使用视频图像分析技术的背景差分法实现对高压试验区域内运动对象的检测和跟踪。一旦移动物体进入视频监控跟踪的测试区域，当它侵入警戒线区域内，系统发出警戒线区域声光报警信号，如果继续侵入高压危险区，则电力保护装置将切断现场电源，确保高压测试区内的人身安全。系统还加入了网络传输模块，可实现实时视频远程监控。经投产使用后，该设备性能稳定，设计可靠，系统功能达到技术要求。

智能监控；入侵检测；声光报警；远程监控

1 绪论

本文是基于电力科学研究院500 kV，220 kV变压器测试实验室进行研究。目前，高压测试区主要采用防护罩和实时图像进行人工监视，以执行监测和保障工程师安全的功能。然而，相关研究表明，只依靠人眼监控视频图像，即使是专业工作者也难以构成真正有效的安全体系[1]。在只要专注显示器屏幕超过20分钟，大部分的工作人员的注意力会降低到非常差的水平。显然，传统的基于人工操作的视频监控系统无法适应现实的需要。

本文提出使用同时设置视频监控和联动报警装置的方法，可对高压测试区加装电子监控安全防护罩，实现智能视频监控。该系统周边的安全部门可以根据实际情况随时更改测试网站，同时，系统还加入了网站传输模块。

2 系统方案介绍

系统主要由前端采集组件、中间传输组件和后端监控中心组成[2]。系统结构框图如图1所示。前端设备获取监控场景与视频摄像机的监控图像，然后传输组件将视频图像采集后传输到后端监控中心，最后，监控中心可接收并显示视频信号，存储和在必要时发出警告信号，并切断电源，并对接收回的视频信号进行分析处理，如图1所示，高压环境中的边界可分为两层，一层是一个临界点，二层是停电警戒线，在电力警戒区内是高压警戒线危险区域。 当有一个移动物体随机侵入第一层系统触发1#继电器启动声光报警器进行警告，并且跟踪目标和轨迹。

图1 系统结构框图

报警后，如果运动对象是自动退出第一层后，则系统会断开1#警戒线继电器，关闭声光报警装置；如果在运动中的对象继续闯入第二层时，系统会自动触发2#继电器来切断电源的警戒线设备，停止高电压输出，以保护人身安全。在处理完危险后，管理人员需要手动启动电源装置，从而使测试继续进行；当入侵事件发生，我们可在获取报警信息后，用于拨打视频电话，管理人员可随时通过本地监视器主机或远程监控主机监视。

3 系统功能设计与实现

使用描述背景图像的像素分布的高斯混合模型制作模型[3]，通过像素迭代更新模型参数，这样我们可以有效地克服由于照明干扰带来的背景图像变化或逐渐变化。提取背景后，运动区域和目标可以很容易地通过背景法获得。我们给视频的每帧图像的像素制作模型，如果一个像素值序列是{Xt-k,Xtk+1,…,Xt}，然后定义公式 (1)是由多个单独的高斯模型组成的集合[4]:

Pt(x,y)={Pi,t|i=1，…，K}.

(1)

在模型中：Pi,t=[Wi,t,Mi,t,Li,t],Pi,t为每一个单独模型，每个模型由三个参数组成，Wi,t为每个单独模型的权重，其大小反映了模型所显示的当前像素值的可靠性。Mi,t为每个模型的平均值，反映每个单独高斯分布的中心点。Li,t为单个模型的方差，其大小反映单峰值相对于平均值的宽度和离散度，像素值为不稳定度。K为一个单个模型的编号，表示多峰分布的峰值数，通常峰值数范围为3～5。组成第一个图像的每个像素值由平均值w，方差m和重量l给出，可以认为这个图像即第一高斯混合背景模型。其中以m为最大值，重量l为最小值。取背景图像中新的一帧画面，使每个像素和现有像素i(i≤K)与高斯模型比较，如果满足如下条件:

|Xt-Mi,t|<τli,t.

(2)

则表示Xi和Pi匹配。τ为全局阈值，一般τ=25。如果满足公式(2)且i

ωi,t=(1-α)ωi,t-1+α.

(3)

增加模型的权重。对于不匹配模型，我们认为这种新背景图像对该模型不起作用，应根据式(4)：

ωi,t=(1-α)ωi,t-1.

(4)

减少模型的权重。将每个权重更新后，可将权重标准化。不匹配的高斯模型不需更新，对于匹配的模型，根据式(5)更新其均值和方差值：

Mi,t=(1-β)Mi,t-1 +βXtlit=

(1-β)lit+β(Xt-Mi,t-1)lit.

(5)

对于建立初始化模型，实时的不断用新一帧像素组成图像，并更新模型，这样，我们就能得到更多相对稳定的高斯模型。理论上，在获取背景图像后，可使用当前帧图像和背景图像的不同来得到运动目标。视频监控图像分析技术的核心是视频分析，所以只要有入侵者出现在摄像机的监控范围内，系统就可以执行监控，真正实现无漏洞报警。

4 系统测试运行

该系统有两种工作状态：保护状态和清除状态。初始系统默认状态是清除状态。在清除状态下，我们可以进行划分监控区域内警戒线(任何不规则区域内都可以)，设置联动报警装置等操作。

在保护状态下，首先，系统检测试验区是否存在滞留对象，然后让当前图像与背景图像进行比较，如果不同，例如工作人员没有离开测试区或有工具落在测试区，则本区电源装置将断开; 仅当测试区域内无遗留物体时电源装置才可以接通。接下来，系统开始探测是否有移动物体入侵，一旦移动物体进入摄像机的监控范围，系统开始跟踪该物体，如图2所示。当有异常情况发生时如图3所示，如入侵行为出现在非入侵区域内，系统会自动产生报警信号(声光报警，切断电源)，提醒监管部门检查。

图2 移动物体入侵探测

图3 发生异常情况

5 结论

在高压测试区内智能视频监控系统可克服如下缺点，如：目前的人工监控容易产生疏漏，出现问题不能及时解决等，系统具有人工或自动保护/清除，报警和报警联动，及时响应的特点。当发生异常情况，系统可迅速控制并解决问题，使人身安全在高压测试区域得到保障。该系统还可以根据不同的警戒需求设置环境，实现远程控制等功能，使系统使用范围更广。

本文的创新点：改进了传统监控系统在高压测试区产生的疏漏点，克服了出现问题不能及时解决的问题，使系统具备人工或自动保护/清除，报警和报警联动，及时响应的特点，应用范围更广泛。

[1] Green Mary W.The Aplication and Effective Use of Security Technologies in U.S School:A Guide for Schools and Law Enforcement Agencies[R].NCJ 178625,Washington DC,USA:National Institute of Justice,U.S Departent of m Justice,1999.

[2] 于汪苏，沈兰隼.智能视觉技术研究进展[J].中国图像图形学报，2007(9)：1506-1507.

[3] Stauffer Chris,Grimson W E L.Adap Tive Background Mixture Models for Real2time Tracking[A].In:Proceedings of IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition Vol.2[C].Colorado,USA,1999:1063-1069.

Intelligent Video Monitoring System in High Voltage Test Area

Ge Jingjing

(DepartmentofInformationEngineering,TaiyuanCityVocationalCollege,TaiyuanShanxi030027,China)

By using background difference method of the video image analysis technology,the detecting and tracking in high voltage test area is realized for the objects in motion.As long as a moving object is into the test area on the vision camera tracking range,when it invades the cordon area,the system issues the cordon area sound-light alarm signal,if the further intrusion into the high-pressure danger zone,the power supply is cut off with field blackout electricity protective device to ensure the personnel security in high voltage test area.The system also adds the network transmission module to realize the real-time video remote monitoring.The actual effect after the equipment is put into operation identifies that the equipment performance is stable and reliable,and system functions designed can meet the requirements.

video monitoring; intrusion detection; acousto-optic alarm; remote monitoring

2016-05-22

葛晶晶(1982-)，女，山西太原人，助教，硕士，研究方向：控制工程与控制理论方向。

1674-4578(2016)05-0007-02

TM15

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