智能视频分析技术在电力设备监控中的应用

路 明，杨 林，李贤伟，赵 凡，张家铭

(1.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司锦州培训中心，辽宁 锦州 121001；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；4.国网辽阳供电公司，辽宁 辽阳 111000；5.北京用尚科技股份有限公司，北京 100085)

随着智能电网的快速发展，在电力系统监控中智能视频分析技术的应用愈发重要。电力系统的高度自动化、智能化及当前基于大数据分析、互联网技术的应用，要求电力系统设备在运行中具有高可靠性和实时监控、预警自控能力。文献[1]中提出了一种基于深度学习的电力设施智能视频分析方案；文献[2]分析了配电网的设备监控问题，说明了智能终端设备的意义。为进一步提升电网运行监控和故障分析、预警自控能力，开展智能视频分析技术在电力设备监控中的应用研究势在必行。本文首先阐述了智能视频分析技术的概念及原理，并针对智能视频分析技术的架构进行分析，探究智能视频分析技术在电力设备监控中的应用。通过研究该技术与电力设备的功能融合，建立起基于智能视频分析技术的变电站监控信息管理系统，并证明该管理系统在电力设备监控中的应用价值及取得的良好效果，为其在电力设备监控中实际应用提供参考。

1 智能视频分析技术的概念及原理

智能视频分析技术主要是计算机图像视频技术在安防领域中的重要分支，这一新型的分析技术区别于传统移动侦测技术，它能准确识别视频中真正的活动目标，且技术应用的抗干扰能力更强。新一代视频监控管理系统的核心特点和优势不再局限于简单完成对视频信号的处理、传输、控制，而是为基于IP网络的多媒体信息(视频/音频/数据)提供一个综合、完备的管理控制平台[3]。网络多媒体监控系统以网络为依托，以数字视频压缩、传输、存储和播放为核心，以智能实用图像分析为特色，并与报警系统、门禁系统整合成一个平台，是基于互联网技术的一次视频监控行业的技术革命。

智能视频分析技术能够根据用户自身的需求，通过不同摄像机场景进行预测，并提供不同报警规则。场景中出现违反预定义规则的行为时即发出警报，这就有助于提高监控质量[4-5]。电力设备监控过程中，该技术可进行特定区域非法入侵检测，如在变电站中应用，能对设备周边场景设置图像区域规则，可实现对多个防区位置重叠，并可开展独立的监控工作。该技术亦可对重要的设备周边进行警戒线穿越检测，如对主控室进行烟雾检测、火焰检测等。在实际应用过程中，智能视频分析采用智能化图像识别处理技术，将多种摄像机和DVR等视频设备进行综合应用，并及时将报警信息传输到监控平台和客户端，以便后台操作管理。其主要运作流程如图1所示。

图1 智能视频分析技术的运作流程

2 智能视频分析技术的技术架构

加强电力设备的监控，能够及时发现和消除影响安全稳定运行的不利因素。智能视频分析技术和传统的视频监控技术相比，其优势在于能够同时监控多个场景，提高监控的质量和效率。电力系统中运行设备较多，主要针对变电站及输电线路相应设备的运行状态，通过网络化联接、大数据分析、信息化传递等多媒体手段，进行实时在线监控。

智能视频分析技术能从监控图像中找到目标并监测其运行特征属性，其功能可划分为几个模块，如目标移动方向监测模块、周界入侵监测模块和系统智能自检模块等。该技术通过计算机视觉方式，在对拍录图像实施定位识别后，自动进行判断目标行为。在电力设备监控中，智能视频分析技术的系统架构是在计算机应用技术、安防技术和视频传输技术等支持下搭建的[6-12]。共形成3层架构体系，分为前端的设备接入层(前端单元)、媒体处理层(主站)及用户表示层(客户端单元)，如图2所示。前端单元由编码单元及视频采集单元等组成，主要是获得视频信息及报警信息，并通过智能分析单元及编码单元对这些信息进行处理，最后进入业务中心主站。媒体处理层是由媒体处理分发及中心业务平台、网络存储单元、接入及应用服务器等部分组成，用于开展业务处理控制及音视频的存储和传送管理、数据编译等工作，它是智能视频分析技术的核心单元。用户表示层是由客户端的显示系统和反馈系统构成，主要完成信息的展示、预警动作和反馈自控等。

图2 智能视频分析技术的技术架构

智能视频分析系统前端单元的摄像机设计为防爆外壳半球形模拟摄像机及高清网络摄像机，具有监测环境适应性较强的优势。前端单元采集温湿度及电流、电压等模拟量的传感器灵敏度可结合实际需要进行调节，可扩大监控区域。在防盗及报警系统的结合下，前端单元的报警信号采集设备可以在输电线路出现断线或短路、变电设备出现水浸等情况下及时报警，并将信息传到主站进行处理。其主站服务器设备可将传统视频监控及动力环境监控进行整合，同时处理繁多的数据信息及开关量数据。变电站监控也涉及到防盗系统和消防系统等，通过智能视频分析技术，可实现多维度多类型监控。

由于电力设施地理分布跨度大，智能视频分析系统把所有监控点位传到客户端单元后，会造成编解码压力增大，在发生事故时将影响信息的实效性。因此对于地域分布分散的电力设施要使用低功耗及小体积的智能分析盒[6]。分析盒直接与前端相机连接，使视频的传输距离较短，可降低整体带宽压力，有助于保障报警信息传输的时效性。

3 智能视频分析技术的应用

随着新建智能变电站的监视信号接入调控中心，监控信息量大幅增加使调控中心的工作量成倍增长，如何将监控信号完整、准确、及时收集到调控中心，使数据收集标准化、规范化、完整化、准确化及快速提取有效信息等成为一个难题。以辽宁某500 kV变电站为例，监控信息编制、审核、批准工作量巨大，监控信息的审核周期较长，管控不够严谨，影响监控信息的数据质量，给电网监控运行带来隐患。对此，建立起基于智能视频分析技术的变电站监控信息管理系统，利用智能视频识别技术，发挥其信息处理的能力，实现设备信息的智能识别，完善设备库中的信息，最大限度保障基础数据的完整性；同时利用本技术在联调验收时发挥系统主动识别和思考的能力，保障联调验收的准确性。其技术路线如图3所示。

图3 技术路线图

首先研究并建立监控信息专家库，实现变电站信息规范的统一和共享，并通过流程优化和深入的功能开发，实现监控信息全过程管理和监控信息智能决策功能。变电站监控信息智能决策管理系统作为设备监控专业的技术支持系统，实现变电站设备监控数据相关业务的全过程管控，包括规划设计、设备选型、安装调试、接入验收、监控运行、检修维护等。系统建立统一的设备监控数据基准库及规则库，实现系统覆盖范围内监控数据编制、审核、批复、调试、验收的标准化管理，其总体架构如图4所示。该变电站监控信息智能决策管理系统使用D5000基础平台的生产厂家、设备型号、设备类型、用户信息等基础数据，导出监控信息表供实时监控与预警类应用直接使用，并由智能视频分析技术采集的实时监控信息与预警类应用导出的运行站信息表进行梳理和对比。系统补充调度管理类应用监控信息接入流程的前期部分，与监控信息接入流程无缝衔接。监控系统的监控与预警应用关系如图5所示。

通过应用智能视频分析技术，实现设备数据的智能识别，快速完善基础设备库，从而保证数据的完备性。在联调验收时，利用视频主动识别各类数据参数，提高联调验收的准确性、及时性，智能化监控有效减轻劳动强度，提高工作效率。基于智能视频分析技术的变电站监控信息智能决策管理系统贯穿在系统的全过程管理中，实现基于监控信息表自动编制、智能审核、智能联调功能的业务流程优化，并对信号的差异进行颜色区分。

图4 系统总体架构图

图5 应用关系连接图

借助变电站监控信息管理系统，将为各级调度和各类变电站建立统一的监控信息规范，通过研究和开发智能视频分析技术的视频监控处理功能可为各个岗位提供技术支持，通过这一技术的应用及时更新设备库，精确反映电力系统设备的状态信息，以此提高工作效率，保障设备运行安全，提高生产效率，提高监控信息管理的智能化水平。

4 结束语

智能视频分析技术在电网运行监控和故障分析、预警自控能力、信息处理具有重要作用。它能有效促进电力设备监控工作的顺利开展，保障电力设备的安全运行。本文针对智能视频分析技术的架构进行分析，通过研究该技术与电力设备的功能融合，建立起基于智能视频分析技术的变电站监控信息管理系统，该管理系统能显著提高监控能力，效果较好。智能视频分析技术应用于电力设备监控中，对提高运行设备安全具有重要意义。