三维实景智能视频监控平台在变电站中的应用研究

牛祉霏 祖振阳 吴美萱 李天骄

摘 要：变电站三维实景智能视频监控平台以沉浸式手段再现变电站场景，解决了传统视频图像系统管理模式存在的诸多问题，以先进的智能算法将三维场景自动关联到摄像机，实现多维度实景的视频摄像、多数据采集的实时告警、智能化设置的自动巡视等功能，对变电站的设备及其他设施进行安全保卫管控，实现对生产过程中出现异常问题的发现、分析及判定。

关键词：变电站 三维实景 视频监控

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（c）-0052-02

1 研究背景

随着无人值守变电站数量的逐年增加，无人值守变电站内的“现场眼睛”（各种摄像机）的数量随之递增。视频图像系统以“摄像机为核心”的传统管理模式已无法适应变电站大范围、多场景、全方位的展示需求，而且也突显出“树形列表+标注名称”管理方式下的视频设备管理流程复杂、查询及检索异常操作繁琐、效率低下等问题。

变电站三维实景智能视频监控平台以沉浸式手段再现变电站场景，它不仅实现无人变电站视频监控的“监”，更具有智能化的“控”，对变电站的设备及其他设施进行安全保卫管控，实现对生产过程中出现异常问题的发现、分析及判定。它满足了变电站“以电气设备为核心”的管理需求，实现了以电气设备查看为本源的直接、全方位、多维度、一体式的操控模式。

2 技术实现

将视频图像融合于三维实景场景，实现场景和视频的“虚实无缝融合”。系統服务器在显示器上呈现多个网络摄像头在三维系统中的分布图，并接收各网络摄像头的视频图像，以浮窗形式显示某被界面选择的摄像头拍摄的实时视频图像。这种展示方式真正实现了三维整体实景中的“局部实时图像”，让变电站的视频图像系统“溶入”三维实景场景中，进一步增强现场沉浸。

以三维直观的方式展示多摄像机的实时位置和摄像机的当前监测视野，更加直观地实现变电站三维可视化呈现，更加便捷、直观、高效地关注站内设备的状态。当移动变电站三维可视化界面中的鼠标至某个设备上时，可以通过明显的延展虚线直观了解“关注”该设备的视频监控摄像机位分布情况。而当双击“关注”的设备时，延展虚线所指示的各机位上的视频监控画面将以弹窗方式进行“同屏同步”呈现。

直接在三维场景中点击相应的“电气设备”，各种与该设备相关的外观实时视频、历史多角度图片、告警事件录像都可以“一触即现”。而且与此设备相关的多角度实时视频、多角度告警事件录像、图片均可直观、便捷地展示，并可实现多维异构数据信息的“同屏同步”的呈现，如图1所示。

3 功能特点

3.1 多维度实景的视频摄像功能

鼠标靠近监控摄像头可以实时查看监控视频；双击摄像机图标，以面板的方式展示该摄像机的图像，选择面板右侧的摄像机操作面板，可对摄像机执行左右旋转、聚焦、补光、雨刷、手动拍照、全屏显示、退出全屏、拍照数据检索查看等操作；鼠标接近某设备，自动关联可拍摄到该设备的摄像机，路径以虚线形式展示；场景还可展示机器人的可见光和热红外图像，当鼠标靠近图像面板，图像面板左侧显示操作面板，可实现全屏或非全屏两种模式查看实时图像数据，云台复位，可见光和热红外同步拍照，历史图像查看，重新加载等功能。

3.2 多数据采集的实时告警功能

三维场景中，每个设备模型可以通过实时采集来的数据，智能判断设备工作状态是否正常。当设备出现异常时，三维场景会自动将该设备渲染成告警模式并快速定位，提示操作人员及时排除故障。所有的图像、安防、消防、周界、门禁、温湿度、各种传感设备、三维一次电气设备及其附件的各种属性、数据、动作、变化规律，均可以作为组合告警条件，进行组合告警触发。机器人巡检产生的告警数据也在此处进行展示，包括超温告警，压力表读数过低等。

三维实景中开关刀闸等档位开关分合动作的前后拍照、支持动作过程录像，以及和SCADA系统的综合比对分析，推送直观告警报告；自动监测GIS室内的六氟化硫及氧气浓度，智能控制风机，智能控制门禁的人员进出，异常时三维场景中直观自动推送告警画面，现场启动风机，阻止人员进入，语音播报内部超标告警值，三维场景中直观自动推送告警信息和告警画面；三维实景中GIS等常见压力表等仪表类安全区域的拍照、智能直观推送告警信息和告警画面；三维实景中避雷器泄漏电流等仪表类异常与否的拍照、智能直观推送告警信息和告警画面；三维实景中断路器等储能开关的弹簧储能位置指示异常与否的拍照、智能直观推送告警信息和告警画面；三维实景中电缆沟内小动物侦测等，侦测到小动物提供过程拍照、录像、直观推送告警。

3.3 智能化设置的自动巡视功能

在三维实景中，设定巡视时间、巡视目标任务等，系统自动生成巡视任务，按照巡视计划，自动进行设备的图片拍照、录像，可进行图像的外观分析比对、热红外分析比对、SCADA融合分析比对，生成符合电力生产的电力巡检报告。

设定计划、巡逻路线，摄像机自动按步骤巡视、巡逻，发现人员、车辆，自动跟踪、录像、监控中心自动推送告警信息和告警画面。

4 三维场景自动关联到摄像机的智能算法

变电站三维实景智能视频平台在显示器上可通过光标跟随、双击的方式进行界面选择摄像头，被界面选择的摄像头通过焦距、角度可调的方式将拍摄的最佳实时视频图像显示在显示器上。具体算法如下。

步骤一：设鼠标在显示器屏幕上的坐标位置为A（x，y），采用三维引擎技术通过屏幕空间映射确定其在三维空间的位置坐标B（x，y，z）。

步骤二：以空间坐标点B（x，y，z）为起点，根据三维视野当前的观察方向V，初始化射线（B，V）。

步骤三：在引擎自带的BIHTree场景结构中将新建射线Ray与发射线最近的包围体进行结合、碰撞。

步骤三：以Ray（B，V）在场景中做射线碰撞检测，返回所有的相交模型信息，判断返回的相交模型信息中是否包含网络摄像机的模型信息；若包含网络摄像机模型信息，则返回其模型信息。

步骤四：根据所获得的网络摄像机信息，调用播放器面板，在显示器屏幕坐标的A（x，y）位置显示网络摄像机的视频信息。

5 结语

变电站三维实景智能视频监控平台是以电力生产管理需求为导向，以视频应用为基础，以站内电气设备为核心的三维智能管理平台，它是沉浸式、全方位的立体感知，可以高效、快速、便捷地实现对站内设备的“关注”，展现了与无人变电站实际场景相一致的“三维实景”重现。

参考文献

[1] 艾春雨，潘翔，卢玉琴.远程智能辅助监控系统在无人值班变电站的应用[J].电子技术与软件工程，2016（21）：147-148.

[2] 张明亮，吴艳艳.ST2000变电站智能辅助监控系统在江苏油田的应用[J].无线互联科技，2013（5）：169.

[3] 李任超.无人值守变电站综合信息智能监控系统的应用[J].内蒙古科技与经济，2011（20）：59.