變電站視頻監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)變電站開關(guān)柜信號(hào)指示燈、開關(guān)和旋鈕狀態(tài)進(jìn)行視頻監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警的系統(tǒng)，通過顏色、紋理、形狀、空間關(guān)系特征等多種圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警的功能，包括視頻圖像識(shí)別算法、視頻傳輸壓縮算法，以及視頻監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警方法研究。本發(fā)明的最終目的是通過對(duì)視頻圖像識(shí)別算法，視頻傳輸壓縮算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警，徹底解決了人為懈怠造成的反應(yīng)不及時(shí)的弊端；針對(duì)變電站視頻監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行在線的自動(dòng)識(shí)別，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常狀況，提高運(yùn)行安全水平和自動(dòng)化水平。
【專利說明】
變電站視頻監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本系統(tǒng)通過顏色、紋理、形狀、空間關(guān)系特征等多種圖像識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警的功能，屬于電力行業(yè)安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]智能視頻監(jiān)控技術(shù)在公共保安領(lǐng)域中的應(yīng)用帶來了監(jiān)控系統(tǒng)的巨大變革。而今，許多科研人員把最先在軍事制導(dǎo)中得以廣泛應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤技術(shù)成功引入到監(jiān)控系統(tǒng)中構(gòu)建出了新一代的智能化監(jiān)控系統(tǒng)。這類系統(tǒng)只為監(jiān)控人員提供了“眼睛”，仍需要監(jiān)控人員時(shí)刻根據(jù)場(chǎng)景控制云臺(tái)跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，它自己僅具有簡(jiǎn)單的自主監(jiān)控能力能實(shí)時(shí)地對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)彳丁檢測(cè)和跟蹤。
[0003]為了達(dá)到既給監(jiān)控人員提供“眼睛”，也給監(jiān)控人員提供“大腦”，本文提供將多種圖像特征識(shí)別技術(shù)引入到監(jiān)控設(shè)備中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)能完全替代監(jiān)控人員，可用于無人值守情況下的高智能化監(jiān)控，發(fā)生異常即使發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決變電站實(shí)現(xiàn)無人值守，對(duì)變電站開關(guān)柜圖像進(jìn)行監(jiān)控以及異常情況自動(dòng)報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]針對(duì)變電站視頻監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行在線的自動(dòng)識(shí)別，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常狀況，提高運(yùn)行安全水平和自動(dòng)化水平。系統(tǒng)主要
【發(fā)明內(nèi)容】
包括:
[0006](I)視頻圖像識(shí)別算法
[0007]分析變電站視頻監(jiān)控圖像特點(diǎn)，選擇合理的圖像識(shí)別算法對(duì)圖像特征點(diǎn)進(jìn)行分析；圖像特征識(shí)別前將采集的視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理(降噪、變換)、特征識(shí)別、分析處理等步驟，本發(fā)明所涉及的特征提取包括如下幾類:顏色特征、紋理特征、形狀特征、空間關(guān)系特征。
[0008](2)視頻傳輸壓縮算法
[0009]本發(fā)明使用以ITU-T和MPEG聯(lián)合組成的JVT(JointVideo Expert Team)的H.264視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，提出三種降低H.264/AVC高計(jì)算復(fù)雜度的優(yōu)化算法一一幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法、幀間預(yù)測(cè)算法以及快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，有效提高視頻傳輸質(zhì)量與效率。
[0010](3)視頻監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警方法
[0011]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站監(jiān)控視頻圖像進(jìn)行特征分析，特征對(duì)象為變電站內(nèi)開關(guān)柜上各信號(hào)燈及開關(guān)狀態(tài)，對(duì)特征對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)分析，異常情況發(fā)生時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0012]本發(fā)明通過視頻圖像識(shí)別算法，視頻傳輸壓縮算法，以及視頻監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常情況自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)了變電站視頻監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，徹底解決了人為懈怠造成的反應(yīng)不及時(shí)的弊端。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例中所使用的主要功能流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]實(shí)施例:
[0016]步驟I，視頻圖像壓縮傳輸，將采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻編碼，通過減少視頻序列間的相關(guān)性，降低視頻內(nèi)容中的冗余，用較少的比特?cái)?shù)來表示視頻內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的壓縮。
[0017]視頻壓縮不僅去除視頻空域和統(tǒng)計(jì)冗余，更重要的是減少時(shí)域的冗余，即將可推知的確定信息去掉。本發(fā)明使用霍夫曼編碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)冗余度的壓縮;通過頻域變換，將原圖像信號(hào)用直流分量及少數(shù)低頻交流分量的系數(shù)來表示，使用正交余弦變換DCT方法，對(duì)圖像的空間冗余度進(jìn)行有效的壓縮;使用差分編碼DPCM，對(duì)圖像的時(shí)間冗余度進(jìn)行有效的壓縮；將離散余弦變換DCT后的低頻分量進(jìn)行精細(xì)量化，對(duì)高頻分量進(jìn)行粗量化的方法對(duì)圖像的視覺冗余度進(jìn)行有效的壓縮，通過統(tǒng)計(jì)冗余、空間冗余、時(shí)間冗余和視覺冗余度的壓縮，提高的圖像壓縮效率。
[0018]步驟2，將采集傳輸?shù)囊曨l圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括圖像降噪和邊緣檢測(cè)。
[0019]有效的抑制噪聲，對(duì)于圖像的應(yīng)用有著至關(guān)重要的作用。為了達(dá)到更好的去噪效果，本發(fā)明根據(jù)不同噪聲來源及影響，采用了空間域?yàn)V波、變換域?yàn)V波和偏微分方程等去噪算法。空間域?yàn)V波在原圖像上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，對(duì)像素的灰度值進(jìn)行處理;本發(fā)明使用沃爾什-哈達(dá)瑪變換和小波變換將圖像從空間域轉(zhuǎn)換到變換域的變換域?yàn)V波算法;本發(fā)明采用Perona和Mal ik的偏微分方程，該方法在確定擴(kuò)散系數(shù)時(shí)有很大的選擇空間，在前向擴(kuò)散的同時(shí)具有后向擴(kuò)散的功能，所以，具有平滑圖像和將邊緣尖銳化的能力，偏微分方程在低噪聲密度的圖像處理中取得了較好的效果。
[0020]本發(fā)明圖像預(yù)處理邊緣檢測(cè)主要用于檢測(cè)開關(guān)柜圖像邊緣，為后續(xù)處理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。不同圖像灰度不同，邊界處一般會(huì)有明顯的邊緣，利用此特征分割圖像。根據(jù)不同的視頻圖像特征，本發(fā)明主要用到Roberts算子、Prewitt算子、SobeI算子、Isotropic Sobel算子和Laplacian算子的圖像邊緣檢測(cè)算子。Roberts算子，邊緣定位準(zhǔn)，但是對(duì)噪聲敏感，用于邊緣明顯且噪聲較少的圖像分割;Prewitt算子，對(duì)噪聲有抑制作用，抑制噪聲的原理是通過像素平均，但是像素平均相當(dāng)于對(duì)圖像的低通濾波；Sobel算子和Prewitt算子都是加權(quán)平均，但是Sobel算子處理是，鄰域的像素對(duì)當(dāng)前像素產(chǎn)生的影響不是等價(jià)的，所以距離不同的像素具有不同的權(quán)值，對(duì)算子結(jié)果產(chǎn)生的影響也不同；Isotropic Sobel算子，權(quán)值反比于鄰點(diǎn)與中心點(diǎn)的距離，當(dāng)沿不同方向檢測(cè)邊緣時(shí)梯度幅度一致，就是通常所說的各向同性;Laplacian算子，是二階微分算子。其具有各向同性，即與坐標(biāo)軸方向無關(guān)，坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)后梯度結(jié)果不變。但是，其對(duì)噪聲比較敏感，所以，圖像一般先經(jīng)過平滑處理。
[0021]步驟3，將預(yù)處理后的圖像進(jìn)行識(shí)別出來，主要包括圖像特征提取和目標(biāo)跟蹤處理，本發(fā)明主要對(duì)變電站開關(guān)柜信號(hào)燈及面板開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行特征提取，對(duì)提取的特征目標(biāo)進(jìn)行圖像識(shí)別，主要包括顏色特征、紋理特征、形狀特征和空間關(guān)系特征綜合識(shí)別，更準(zhǔn)確識(shí)別出開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)特征提取后的目標(biāo)圖像進(jìn)行跟蹤處理。
[0022]本發(fā)明使用顏色直方圖法表達(dá)顏色特征，其優(yōu)點(diǎn)是不受圖像旋轉(zhuǎn)和平移變化的影響，進(jìn)一步借助歸一化還可不受圖像尺度變化的影響;利用紋理特征檢索具有粗細(xì)、疏密等方面較大差別的紋理圖像，例如:開關(guān)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，開關(guān)的紋理粗細(xì)、疏密等易于分辨，區(qū)域內(nèi)基元對(duì)象的數(shù)目明細(xì)變化，結(jié)合紋理特征能有效識(shí)別此類開關(guān)狀態(tài)變化;本發(fā)明采用輪廓提取算法處理形狀特征，對(duì)于較為復(fù)雜的圖像采用先邊緣檢測(cè)再輪廓提取的方法把目標(biāo)的輪廓提取出來；圖像中分割出來的多個(gè)目標(biāo)之間的相互的空間位置或相對(duì)方向關(guān)系，這些關(guān)系也可分為連接/鄰接關(guān)系、交疊/重疊關(guān)系和包含/包容關(guān)系等，本發(fā)明采用將連續(xù)約束和基于區(qū)域分割相結(jié)合的方法處理圖像空間關(guān)系特征。
[0023]將被監(jiān)視的視頻圖像進(jìn)行特征提取后，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行跟蹤處理，本項(xiàng)目用到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤監(jiān)測(cè)主要用到了:連續(xù)幀間差分法、背景差分法和光流法。
[0024]連續(xù)幀間差分法對(duì)于動(dòng)態(tài)環(huán)境有很好的適應(yīng)性，是一種基于象素的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，它通過對(duì)視頻圖像序列中相鄰的兩個(gè)或三個(gè)圖像進(jìn)行差分運(yùn)算來獲得運(yùn)動(dòng)物體輪廓；背景差分法通過輸入圖像與背景圖像進(jìn)行比較從而分割出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，卻又對(duì)光照和外部條件造成的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景變化過于敏感;光流法能夠檢測(cè)出獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的對(duì)象，不需要預(yù)先知道場(chǎng)景的任何ig息。
[0025]由于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)處于視頻運(yùn)動(dòng)分析的最底層，廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合使運(yùn)動(dòng)檢測(cè)算法可以處理各種復(fù)雜的情況，很難有一種算法能夠適合所有的應(yīng)用場(chǎng)合，本發(fā)明根據(jù)不同場(chǎng)景拍攝的視頻圖像，結(jié)合上述三種目標(biāo)跟蹤方法對(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤。
[0026]步驟4，視頻監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警，本發(fā)明主要是針對(duì)圖像進(jìn)行智能化分析，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行分析處理，分析方法如步驟3，系統(tǒng)將每次識(shí)別的特征點(diǎn)狀態(tài)記入數(shù)據(jù)庫(kù)中，每次巡檢后的分析結(jié)果與上次巡檢測(cè)的視頻分析結(jié)果比較，如果兩次檢測(cè)結(jié)果不一致，系統(tǒng)作為異常情況發(fā)出警報(bào)，同時(shí)對(duì)異常情況下的開關(guān)柜信號(hào)指示燈、開關(guān)和旋鈕狀態(tài)進(jìn)行保存，方便維修人員查詢故障發(fā)生時(shí)的相關(guān)信息。
[0027]I)信號(hào)指示燈故障分析
[0028]發(fā)生故障前后信號(hào)指示燈顏色明顯變化，通過色彩變化特征判斷信號(hào)燈故障。記錄每個(gè)信號(hào)指示燈狀態(tài)并給定對(duì)應(yīng)故障類型，將采集回的信號(hào)指示燈圖片與對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，建立并不斷完善信號(hào)燈故障分析庫(kù)，最終達(dá)到量化分析的功能。
[0029]針對(duì)不同的信號(hào)指示燈定義不同的檢測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行附圖對(duì)應(yīng)，每個(gè)項(xiàng)目定義不同的文字描述并賦于不同的等級(jí)。將定義好的量化檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)回的信息進(jìn)行統(tǒng)一輸入系統(tǒng)，進(jìn)行故障的分析。根據(jù)不同的描述等級(jí)評(píng)定出不同的故障程度，本發(fā)明根據(jù)不同故障類型自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。
[0030]2)開關(guān)及旋鈕狀態(tài)分析
[0031]開關(guān)及旋鈕故障狀態(tài)要通過顏色、紋理、形狀、空間等綜合特征判斷故障類型。記錄每個(gè)開關(guān)及旋鈕狀態(tài)并給定對(duì)應(yīng)故障類型，將采集回的開關(guān)及旋鈕圖片與對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，建立并不斷完善開關(guān)及旋鈕故障分析庫(kù)，最終達(dá)到量化分析的功能。
[0032]針對(duì)不同的開關(guān)及旋鈕定義不同的檢測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行附圖對(duì)應(yīng)，每個(gè)項(xiàng)目定義不同的文字描述并賦于不同的等級(jí)。將定義好的量化檢測(cè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)回的信息進(jìn)行統(tǒng)一輸入系統(tǒng)，進(jìn)行故障的分析。根據(jù)不同的描述等級(jí)評(píng)定出不同的故障程度，本發(fā)明根據(jù)不同故障類型自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)。
[0033]上述雖然對(duì)本系統(tǒng)發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種針對(duì)變電站開關(guān)柜信號(hào)指示燈、開關(guān)和旋鈕狀態(tài)進(jìn)行視頻監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備異常狀況檢測(cè)并自動(dòng)報(bào)警，其特征在于，將采集的視頻信號(hào)進(jìn)行傳輸壓縮算法傳輸給后臺(tái)，首先對(duì)傳輸?shù)囊曨l圖像進(jìn)行預(yù)處理，然后通過視頻圖像視頻算法對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別處理，對(duì)監(jiān)控的內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)分析，異常情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的視頻圖像預(yù)處理算法，其特征是，對(duì)視頻圖像先進(jìn)行去噪，去噪算法包括有空間域?yàn)V波、變換域?yàn)V波和偏微分方程，然后對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，邊緣檢測(cè)算子有Roberts算子、Prewitt算子、SobeI算子、Isotropic SobeI算子和LapIacian算子。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的視頻圖像識(shí)別算法，其特征是，分析變電站開關(guān)柜視頻監(jiān)控圖像特點(diǎn)，根據(jù)圖像特點(diǎn)使用不同的圖像去噪算法，通過顏色、紋理、形狀及空間關(guān)系特征進(jìn)行分析，對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的視頻傳輸壓縮算法;系統(tǒng)采用了ITU-T和ISO共同制定了新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264進(jìn)行編碼，采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法、幀間預(yù)測(cè)算法以及快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法進(jìn)行編碼優(yōu)化，提高視頻傳輸效率。5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的視頻監(jiān)控的自動(dòng)分析、異常報(bào)警方法;對(duì)變電站開關(guān)柜監(jiān)控畫面進(jìn)行分析，結(jié)合具體部分的檢測(cè)分析，給出各設(shè)備的隱患識(shí)別，對(duì)檢查出的異常狀態(tài)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04N19/103GK105915645SQ201610443380
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】王承民, 馬成紅, 劉涌, 袁秋實(shí)
【申請(qǐng)人】上海博英信息科技有限公司