CN102547215A - 防误操作智能视觉识别系统 - Google Patents

Abstract

一种防误操作智能视觉识别系统，在变电站五防系统的各个操作室和中控室内设置无线路由器，由此构成无线局域网；在各个操作室和中控室的室门和室内间隔门处安装电磁式锁具；工作人员手持智能终端进入操作室内采集视频图像，并将采集到的视频图像传送至中控室内的后台服务器硬件系统，经后台服务器硬件系统分析后向电磁式锁具发出开/闭锁命令，使室内间隔门开/闭。本发明在现有微机五防系统所提供功能的基础上，进一步增加工作人员现场操作的安全性和可靠性。仅需在现场安装锁具，为工作人员配备智能终端，架设无线通信局域网和安装后台服务器，无需对现有变电站微机五防系统进行任何修改，价格便宜，对新增和现有变电站均能推广应用。

Description

防误操作智能视觉识别系统

技术领域

本发明涉及一种结合变电站五防系统，用于为变电站人员进行正常操作和维护检修时提供正确工作间隔指示，并进行全程录音录像的监控系统。

背景技术

变电站是电力系统的重要组成部分，它担负着变换电压等级、投入切除负荷等重要任务。目前，变电站内的正常操作和维护检修都是由工作人员根据五防系统出具的操作票进入相应的工作间隔，对特定的设备进行操作。但由于变电站内的装置、导线等众多、安装位置隐蔽、五防系统万能钥匙的随意使用等，变电站内仍经常发生因工作人员操作失误而造成的安全事故，进而造成大面积停电，设备损坏，人员伤亡。若能基于五防系统的操作票生成功能，利用现场实时的视频信息来智能判断工作人员的位置及其动作，则可完全解决由五防系统钥匙管理中不方便不可靠等带来的安全隐患，进一步提高变电站内人员操作的正确性、可靠性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于利用现有的各种先进数字电子设备和无线通信技术，结合智能视频识别技术，解决现有变电站五防系统钥匙管理带来的不可靠性和不安全性，为进一步提高变电站操作安全性提供一种操作简单、使用方便、具有较高性价比的防误操作智能视觉识别系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明在变电站五防系统的各个操作室和中控室内设置无线路由器，由此构成无线局域网；在所述各个操作室和中控室的室门和室内间隔门处安装电磁式锁具；工作人员手持智能终端进入操作室内采集视频图像，并将采集到的视频图像传送至中控室内的后台服务器硬件系统，经后台服务器硬件系统分析后向电磁式锁具发出开/闭锁命令，使室内间隔门开/闭。

所述的电磁式锁具包括控制模块，控制模块的输入端连接无线收发模块，控制模块的输出端连接动作模块；所述的动作模块由安装在间隔门门框上的静触头和安装在间隔门门上的动触头构成；且所述的无线收发模块、控制模块和动作模块均与电源模块相连接。

所述的智能终端包括智能控制单元，所述的智能控制单元配有摄像头、存储设备、无线局域网接口设备、无线收发单元。

所述的智能控制单元还配有话筒、耳机和扬声器。

所述的后台服务器硬件系统由后台服务器计算机和无线收发设备构成。

采用上述技术方案的本发明，能充分利用现有的各种先进数字式设备和无线局域网通信技术，在现有微机五防系统所提供功能的基础上，进一步增加工作人员现场操作的安全性和可靠性。仅需在现场安装锁具，为工作人员配备智能终端，架设无线通信局域网和安装后台服务器，无需对现有变电站微机五防系统进行任何修改，无需任何土建施工，价格便宜，对新增和现有变电站均能推广应用。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图。

图2为本发明电磁式锁具系统硬件结构示意图。

图3为本发明智能终端系统硬件结构示意图。

图4为本发明后台服务器系统硬件结构示意图。

图5为本发明后台服务器系统软件结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明在变电站五防系统的各个操作室12和中控室13内设置无线路由器21，由此建立符合IEEE802.11b的无线局域网10。另外一般加装有无线中继设备，以实现较远距离的可靠无线通信。在各个操作室12和中控室13的室门20和室内间隔门18处安装电磁式锁具31；工作人员手持智能终端41进入操作室内采集视频图像，并将采集到的视频图像传送至中控室内的后台服务器硬件系统51，经后台服务器硬件系统51分析后向电磁式锁具31发出开/闭锁命令，使室内间隔门18开/闭。

如图2所示，电磁式锁具31包括控制模块36，控制模块36的输入端连接无线收发模块35，无线收发模块35负责与外界进行通信，并向控制模块36发送开/闭锁命令，或将开/闭锁状态送出。控制模块36的输出端连接动作模块；动作模块由安装在间隔门门框上的静触头37和安装在间隔门门上的动触头38构成；且无线收发模块35、控制模块36和动作模块均与电源模块33相连接，电源模块33将外部交流电源32的交流电变换为直流电提供给向其它部分。

其具体实现是：电源模块33可购买市场上常见的220V交流转换5V直流和15V直流的模块，15V直流要求能提供2A电流，确保动作模块静触头37产生足够电磁力；无线收发模块35可购买市面上常见的小无线数传模块，该模块通信距离可达100米，通信速率可达9600bps，完全满足本锁具通信要求；控制模块36由TI公司生产的MSP430F147单片机构成；动作模块可购买市场上常见的门禁系统所用的动作模块。

其工作原理是：正常工作时，电源模块33将现场220V单相交流电变换为控制模块36、无线收发模块35和动作模块静触头37所需的直流电。无线收发模块接收到外界传送来的开/闭锁命令时，将其发送至控制模块36，控制模块首先比较该命令中目标锁具标识符与本锁具标识符：若不一致，则忽略该命令；若一致，则控制向动作模块静触头37的供电，当为闭锁命令时，动作模块静触头37通电，静触头产生电磁力，与动作模块动触头吸和，实现锁门动作；当为开锁命令时，动作模块静触头37断电，与动作模块动触头无作用力，实现开门动作。无线收发模块接收外界的状态查询命令时，其发送至控制模块36，控制模块首先比较该命令中目标锁具标识符与本锁具标识符：若不一致，则忽略该命令；若一致，则根据动作模块动触头的通/断电状态判断门的开/关状态，发送至无线收发模块，由无线收发模块发送至外界。

如图3所示，智能终端41包括智能控制单元46，智能控制单元46配有摄像头42、存储设备48、无线局域网接口设备47、无线收发单元49。另外，智能控制单元46还可以配有话筒43、耳机44和扬声器45。该智能终端41由工作人员15随身携带至工作现场。

其工作原理是：正常工作时，智能终端41由工作人员15随身携带至工作现场。由工作人员15在其认为合理的位置通过控制模块46触发摄像头42，捕获现场实时的视频，将该视频通过无线局域网接口设备47向后台传输。在无线局域网接口设备47接收到后台的判断信息时，由控制模块46进行判断，若是位置正确信息，则将通过无线收发模块49向相应锁具发送开锁命令，并由扬声器45发出位置正确提示音；若是位置错误信息，则将通过无线收发模块49向相应锁具发送闭锁命令，并由扬声器45发出位置错误提示音。控制模块46也可将无线收发模块49收到的相应锁具开/闭锁状态经由无线局域网接口设备发送。工作人员15也可通过话筒43和耳机44与后台进行语言通信，报告现场情况或获取后台支持。同时现场声音信号可通过话筒43、现场视频信号可通过摄像头42形成相应音视频文件存储于大容量存储设备48中，以备用日后分析使用。

如图4所示，后台服务器硬件系统51由后台服务器计算机14和无线收发设备17构成。并可在中控室13内有技术支持人员16，实时监控工作人员的操作，或向工作人员提供技术支持。

如图5所示，在后台服务器上安装有监控软件60，包括五防系统操作票接口模块63，该模块将五防系统65生产的操作票转换为监控软件60能识别的格式；无线收发模块62，接收智能终端发送的实时视频、各锁具的开/关状态，并转换为监控软件能识别的格式，或向智能终端发出判断信息；显示模块64，显示各锁具的实时状态以及携带智能终端的工作人员在站内的位置。智能视频识别模块61为核心模块，对接收的实时视频信息进行识别，判断工作人员的当前位置，与操作票指出的正确位置进行比对，从而判断工作人员是否处于正确位置。

五防系统操作票接口模块63的具体实现方式是：当前主流变电站五防系统65均具有操作票导出功能，并可以文本或Excel文件的形式保存，从文本文件或Excel文件中提取操作步骤对应的操作位置的方法可采用是工程人员所广泛共知的。

智能视频识别模块61的具体实现方式是：

（1）含标志牌图像的灰度化处理。将实时捕获并上传的彩色图片利用颜色空间法转换为灰度图像。彩色图像中的每个像素颜色由R，G，B三个分量决定，每个分量有255种值可取，这样一个像素点可以有1600多万中的颜色变化。灰度图像是R，G，B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，其中每个像素点的变化范围为255种，所以在数字图像处理中一般先将彩色图像转换为灰度图像，方便后续处理。颜色空间法是广泛共知的方法。

（2）含标志牌图像的二值化处理。将图像上所有点的灰度值置为0或255，也即将整个图像呈现出明显的黑白效果，将256个亮度等级的灰色图像通过适当的阈值选取而获得仍可反映图像整体和局部特征的二值化图像。二值化处理能确保图像处理过程中的高速和低成本。考虑到变电站内标志牌图片信息简单，只有红色和白色两种色调。全局阈值法可以满足系统要求，故本系统采用广泛共知的全局阈值法实现图片的二值化处理。

（3）含标志牌图像的边缘检测。这是所有基于边界的图像分割方法的第一步，也是描述图像区域最重要的特征之一。本系统采用广泛共知的Sobel法进行边缘检测。

（4）含标志牌图像中标志牌的定位。考虑到标志牌都较规则，其方框与背景颜色差别较大，采用图像处理领域广泛共知的Hough变换能非常方便的检测出其边框。本系统中，采用Hough变换对标志牌进行定位。

（5）。变电站中待识别标志牌共同特征是上下结构；上下部分字符间都可以分开。本系统中首先对分割出的标志牌进行上下分割，即在上下字符间的空白区域中心位置把标志牌分为上下两部分。

上下分割具体实施步骤为：

a）对已分割出的标志牌图像进行二值化处理；

b）建立一个数组                                               ，数组的长度取决于标志牌行像素点的值。

c）对标志牌进行行扫描，把第

行中黑色像素点的个数存放到数组元素中；

d）找到数组

中元素跳变点，再根据此信息找到上部分字符和下部分字符在图片中的行信息；

e）得到上下字符间空白区域的中心位置。

（6）标准牌的字符识别。变电站所有标志牌的字符总数有限，可利用神经元网络识别法进行字符识别。具体实施步骤为：

a）利用插值变换归一化方法将单个字符进行归一化处理，得到标准大小的字符。

b）采用粗网格特征提取方法提取所有单个字符的特征。

c）采用应用Hebb学习规则的人工神经网络法来学习并识别单个字符。

本发明的整体工作原理是：工作人员15按照操作票指示随身携带有智能终端41进入操作室12，并达到某间隔门18处。在其认为合适的地点通过智能终端捕获实时视频图像，并经由无线局域网10发送至后台服务器14。后台服务器进行智能识别，并将比较结果经由无线收发设备17通过无线局域网返回至智能终端41。智能终端根据比较结果向相应电磁式锁具31发出开/闭锁命令，实现间隔门18的开/闭。间隔门18的状态也可发送至智能终端41，由后者通过无线局域网返回至后台服务器进行显示。现场工作人员15和后台技术支持人员16可进行实时音视频通信；现场音视频可通过智能终端41进行存储。

综上可知，本发明充分利用现有先进的数字产品构建起智能终端，利用成熟的无线局域网通信技术将现场视频传输至后台服务器，利用智能识别技术比对现场位置和目标位置，从而判断出工作人员是否处于正确间隔。并具有实时音视频通信能力，便于实时监控和技术支持。具有音视频存储能力，方便了日后分析。在不改动现有五防系统任何部分和无任何变电站土建施工的情况下，扩展了五防系统的功能，克服了五防系统钥匙管理和使用中存在的不足。整个系统采用的各种材料和元器件价格低廉、购买方便，具有很高的性价比，对新建和现有变电站具有适用，具有良好的市场推广前景。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种防误操作智能视觉识别系统，其特征在于：在变电站五防系统的各个操作室（12）和中控室（13）内设置无线路由器（21），由此构成无线局域网（10）；在所述各个操作室和中控室的室门（20）和室内间隔门（18）处安装电磁式锁具（31）；工作人员手持智能终端（41）进入操作室内采集视频图像，并将采集到的视频图像传送至中控室内的后台服务器硬件系统（51），经后台服务器硬件系统（51）分析后向电磁式锁具（31）发出开/闭锁命令，使室内间隔门（18）开/闭。

2.根据权利要求1所述的防误操作智能视觉识别系统，其特征在于：所述的电磁式锁具（31）包括控制模块（36），控制模块（36）的输入端连接无线收发模块（35），控制模块（36）的输出端连接动作模块；所述的动作模块由安装在间隔门门框上的静触头（37）和安装在间隔门门上的动触头（38）构成；且所述的无线收发模块（35）、控制模块（36）和动作模块均与电源模块（33）相连接。

3.根据权利要求1所述的防误操作智能视觉识别系统，其特征在于：所述的智能终端（41）包括智能控制单元（46），所述的智能控制单元（46）配有摄像头（42）、存储设备（48）、无线局域网接口设备（47）、无线收发单元（49）。

4.根据权利要求3所述的防误操作智能视觉识别系统，其特征在于：所述的智能控制单元（46）还配有话筒（43）、耳机（44）和扬声器（45）。

5.根据权利要求1所述的防误操作智能视觉识别系统，其特征在于：所述的后台服务器硬件系统（51）由后台服务器计算机（14）和无线收发设备（17）构成。

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