智能视觉分析在智能电网中的信息融合(1)

视频监控在电力系统中的应用一直是安防行业关注的热点，这不仅是因为这项技术是电力系统综合自动化中的必选项目，而且随着智能电网概念的提出，传统的视频监控又被赋予了更多新的内涵。在智能电网的设计框架内，视频监控的信息不再仅仅是完成“遥视”的功能，而且需要为电力系统实时运行的辅助决策方案提供更加灵活的技术支持，更加有效地为电力系统的调度控制服务。对于安防行业来说，新一代的视频监控系统应用在智能电网中，在需要新技术的创新的同时，也意味着一个潜在的、颇具竞争力的经济增长点。

视觉监控对于智能电网的意义

在电力系统的综合自动化系统中，采用视频监控作为其“四遥”功能中遥视的重要手段大约已经有将近20年的历史了。在这段时间的沿革中，应用于电力系统的视频监控也先后经历了从模拟记录视频信号的CCTV时代到数字硬盘录像时代，再到当今基于IP网络的分布式数字硬盘录像阶段。随着计算机和信息技术的划时代进步，传统的视频监控引入了具有人工智能意义的计算机视觉技术，位于前端的用于获取视频图像的摄像机或者用于记录视频的录像系统将具备人眼的识别和分析能力，所以使用“视觉监控”一词来替代“视频监控”一词更能反映这种技术上转变。

电力系统涵盖电网，覆盖发电、输电、配电等诸多环节。对于智能电网，清华大学的卢强院士曾给出过一个简洁的定义：一个具有多指标自趋优(自动趋于优化)能力的电网或电力系统即可称之为智能电网或智能电力系统。在我国，虽然各级调度机构对管辖范围内的电网进行调度时，其欲优化的指标体系及其侧重点各有不同，但智能电力系统的定义则适合于所有电压等级和每一层级的调度。对于各层电网(高压输电网和中低压配电网)来说，安全稳定性是首先需要考虑的问题，特别是在电力市场条件下的系统安全稳定性尤其突出，电网只有坚强才有安全，只有安全才有效益，这也是符合我国国情的基本出发点。

对于变电站来说，外部破坏包括自然力对物理设备的损害、人为的恶意入侵和恐怖袭击。经过分析挖掘后的视觉监控信息被融合到电网的过程控制中，设备运行的可靠性将被实时地进行视觉检测和识别，从而提高电网抵御外部破坏的能力。通过引入视觉信息，监测分析变电站设备(如变压器、母线、避雷器、隔离开关和断路器、互感器等)的状态，以及和线路上的覆冰、绝缘、污闪、植被干扰、弧垂异常等潜在威胁事件，就能实时地评估配电网主要设备的“健康”状态，从而进一步增强配电网的状态检修和需求侧的管理水平，提高资产的利用率。

基于对智能电力系统运行控制策略的分析，我们认为：智能视觉信息在智能电网中的应用应该从中低压配电网的调度层进行切入，首先在变电站一级开展和实现。视觉监控可以为变电站的运行提供崭新的可视化信息，并彻底改变变电站综合自动化的观念，使经过智能视觉分析挖掘后的视觉信息自动化地、更加有效地为系统的调度控制服务。

智能电网对视觉信息的诉求

据清华大学国家计算机集成制造系统(CIMS)工程研究中心的观点，在信息基础架构层面上，智能电网属于一种特殊的物联网。而智能电网的调度策略也恰恰与CIMS“集成则得、分散则失、透明共享、优化调度、动态监控”的思想不谋而合。将智能电网作为物联网的一种特殊应用无疑是智能电网建设中的一个绝好的途径。如果考虑在智能电网中添加视觉监控信息以加强安全生产，则对这类新型信息的诉求应该是覆盖电力系统的各个环节，即从输电线路、到各级变电站设备，再到配电出线，实现全范围的安全防范。这需要为电力系统用户提供一套信息融合及高级应用的整体解决方案。它可以针对电力生产过程中的人和设备这两类对象实时监控。

对人的视觉监控

对人的视觉监控，一般应用在日常值班和电力一次设备的状态检修时，其中一个重要的目的是对周边场景进行安全监视，如人员的活动范围、禁止区域、人员合法性的认证等。技术上采用目标检测和跟踪，进而实现场景中人的行为分析和理解。针对于人的视觉监控可以分为以下几方面：

人员倒地行为检测。当在应用场景中所设定的警戒区域内，有人出现突发性事件(如触电、生病等情况)倒地时，通过视觉智能终端的分析自动产生报警。该功能应用于变电站室外场地和室内高压变电房等区域，可使工作人员第一时间发现异常行为，及时处理，避免人员伤亡;

人员徘徊检测。在监控场景内所设置的警戒区域内，如有人长时间来回走动，则智能视觉终端将产生自动报警。该功能协助工作人员判断是否有人踩点，制止可能发生的偷窃行为;

入侵行为检测。当有人闯入监控的警戒区域时，自动产生报警。该功能可应用于变电站院墙、重要电房、监控机房等，协助工作人员判断是否有非法人员进入变电站，预防偷窃等事件的发生;

人为异常事件检测。对物品遗留的检测，判断是否有恶意蓄谋的破坏事件发生。对变电站内的关键区域的烟火检测。

对设备的视觉监控

智能视觉终端对设备的监控主要针对变电站内的一次设备。通过智能视觉终端对一次设备外观的分析，可以判断设备是否正常运行，其周边是否有潜在的异常事件发生，根据具体设备的不同，智能视觉终端采用不同的分析算法。这些重点被监控的设备包括：

隔离开关和接地刀闸。这类设备的开关状态是否正确完成;

电容器组。电容器外壳各部是否有渗漏，外壳是否鼓肚，电容器有无喷油或起火等事件发生。电容器的跌落保险是否有异常动作指示;

电抗器。电抗器的位置是否发生倾斜，线圈是否膨胀或接地，表面是否有放电现象等外观的变化;

高压设备的绝缘子。绝缘子的外观是否有破裂;

主变压器。是否有漏油;

避雷器。是否有击穿现象;

高压线路的出线端。是否有异物的搭接，是否有覆冰发生，电缆接头是否正常。