CN103729737A - 一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统由监控网络层、本地指挥层、现场指挥层、远程指挥层组成。该系统通过视音监控设备，将风电监控信息分层递阶传输至本地指挥终端、中控室现场服务器、远程监控中心远程服务器，在相关数据处理终端，利用基于图像流处理及模式识别技术完成风力发电机组关键组件物理异常自动诊断辨识；基于诊断辨识结果及监控视音频信息由专家远程实时指挥现场维护维修；同时也可以在本地指挥终端、中控室现场服务器、远程监控中心远程服务器向监控网络设备发出命令，实现实时双向通讯。

Description

一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及基于图像流处理技术的风电场运维支持系统技术领域。
背景技术
现有风力发电领域，基于视频监控的图像流处理技术除了应用于安防领域，同时还被应用于状态监控领域，主要包括叶片损伤识别、关键组件故障识别等。风力发电机组检修及维护目前主要通过人工实现，当设备巡检或维护保养时需要维护人员从塔基攀登至塔顶部机舱，对机舱内相关环节设备进行维护保养。现有维护方式对维护人员除专业素质外，由于需要经常攀爬风机，对维护人员身体素质也有较高要求。许多拥有大量现场维护经验和理论知识的高端专业技术人员由于时间紧张、年龄偏大、身体素质相对较差等因素很难进行风电现场维护作业；而进行现场维护维修工作人员由于相对年轻，维护维修经验相对薄弱，维护维修效率相对较低。
发明内容
一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，由监控网络层(a)、本地指挥层(b)、现场指挥层(c)、远程指挥层(d)组成，其特征在于：监控网络层(a)将风电监控信息分层递阶传输至其它层，利用基于图像流处理及模式识别技术完成风力发电机组关键组件物理异常自动诊断辨识；基于诊断辨识结果及监控视音频信息由专家远程实时指挥现场维护维修；同时也可以在本地指挥终端、中控室现场服务器、远程监控中心远程服务器向监控网络设备发出控制命令。
 监控网络层(a)主要包括本地数据采集通讯系统及监控设备，监控信息包括但不仅限于视频信息、音频信息等；通过监控设备来获取监控信息，并将监控信息发送至本地指挥层(b)。 
 本地指挥层(b)主要包括路由器/交换机和本地指挥终端，其中路由器/交换机被挂接在风电现场光纤以太网络上，通过路由器/交换机实现外部信息与监控网络层(a)通讯；本地指挥终端控制监控设备，还可通过路由器/交换机实现与现场指挥层(c)、远程指挥层(d)双向通讯。
 现场指挥层(c)主要包括位于中控室的现场服务器、现场维护维修指挥平台和现场数据库组成；专家在风电场中控室集中对风电场多台风电机组的监控网络层(a)进行视频音频及数据通讯，进行现场指导及资源调度指挥；同时现场指挥层(c)与远程指挥层(d)通讯，及时获取现场故障详细信息情况。
 远程指挥层(d)主要包括位于远程监控中心的远程服务器、远程数据库、远程维护维修指挥平台和远程专家多媒体调度指挥中心组成；远程指挥层的主要功能是通过在远程监控中心设置远程指挥环节，使高级现场维护技术人员或管理人员在远程指挥中心基于监控视频音频信息及智能故障异常挖掘结论，集中实现对分布在不同风电场的多台风电机组监控网络层(a)进行视频音频及相关数据通讯，对现场维护进行现场指导及资源调度指挥，提高维护维修效率；同时远程指挥层(d)与现场指挥层(c)和本地指挥层(b)进行视频音频及数据通讯，获取风电机组及风电场内故障详细信息情况，提高较高级别运营维护决策支持。
附图说明   
图1为基于图像流处理技术的风电场运维支持系统示意图
图2为本地指挥层通讯示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，由监控网络层(a)、本地指挥层(b)、现场指挥层(c)、远程指挥层(d)组成，如图1所示。
监控网络层(a)主要包括本地数据采集通讯系统及监控设备，监控信息包括但不仅限于视频信息、音频信息等。
本地数据采集通讯系统主要完成对同一台风电机组内多台监控设备采集信息的集中处理，并将监控信息发送至本地指挥层(b)连接在现场光纤以太网络的路由器/交换机，同时数据采集系统接收本地指挥层(b)、现场指挥层(c)、远程指挥层(d)发送的远程设备控制命令以及视频音频及数据通讯交互信息，数据采集通讯系统提供视频音频及数据通讯终端接口，用于外接视频音频及数据通讯终端显示播放远程视频音频及数据通讯指挥信息。本地数据采集通讯系统根据实际视频指挥需要通常安装在机舱、轮毂或塔筒顶部区域，本地数据采集通讯系统与本地指挥层(b)路由器/交换机、外接视频音频及数据通讯终端可以采用有线或无线的方式进行通讯。
监控设备为视频监控设备和音频监控设备，从其安装形式可分为固定式安装形式和移动式的视频音频监控设备，比如手机，PDA等具有视频音频功能的移动设备，比较优选的移动设备为一种手持式可移动安装的视频音频监控设备。
固定式安装视频音频照明一体化监控设备优选地可以采用视频音频照明一体化摄像头，同时视频音频照明一体化监控设备为可控设备，可以通过监控一体化设备上的控制装置或远程控制实现固定式安装视频音频一体化监控设备的相关控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、拍摄角度、调焦、照明亮度调节、视频音频监控及数据传输参数设置等。
手持式可移动视频音频一体化监控设备主要包括视频监控设备 、音频监控设备、照明设备、手持结构件、固定紧固环节六个典型特征环节，手持式可移动视频音频一体化监控设备可以通过监控一体化设备上的控制装置实现设备外部控制，也可以通过远程通讯实现远程外部控制。
手持式可移动视频音频一体化监控设备数据通讯可以采用有线通讯方式数据传输，也可以采用无线方式进行数据传输。
手持式可移动视频音频一体化监控设备中视频监控设备及音频监控设备一种优选地方案中可以采用视频音频一体化摄像头，同时视频音频一体化监控设备为可控设备，可以通过手持式可移动视频音频一体化监控设备上的控制装置或远程控制实现视频音频一体化监控设备的相关控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、调焦、视频音频监控及数据传输参数设置等。
手持式可移动视频音频一体化监控设备中，照明设备主要用于在监控光源环境较差的情况下，提供光源照明。照明设备可以通过手持式可移动视频音频一体化监控设备上的控制装置或远程控制实现对照明设别的控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、照明强度调节等。
手持式可移动视频音频一体化监控设备中，手持结构件主要用于方便风电运营维护者进行手持监控设备操作。手持结构件结构实现方法包括但不仅限于握手、握柄等。
手持式可移动视频音频一体化监控设备中，固定紧固环节主要用于当平时为检修维护时，手持式可移动视频音频一体化监控设备的现场紧固及安全可靠存放。
固定式安装视频音频一体化监控设备通常用于监控风机运行状态，主要安装在可以有利观察风机正常巡检时重点检查部位的区域，包括但不仅限于机舱、轮毂、叶片内部、机舱外部、塔筒等区域，主要重点监控信息包括但不仅限于传动系统运行状态、偏航装置运行状态、润滑系统漏油情况、叶片积水情况、叶片折损破裂情况、螺栓紧固情况、风电机组安防情况、线缆是否扭断等。
手持式可移动视频音频一体化监控设备主要用于风电场现场维护维修人员现场操作时针对具体维护维修细节视频音频情况与本地指挥层(b)、现场指挥层(c)及远程指挥层(d)进行实时视频音频通讯。通过外接视频音频及数据通讯终端从监控网络层(a)本地数据采集通讯系统接收本地指挥层(b)、现场指挥层(c)、远程指挥层(d)实时指挥命令，有效提高风电运营维护效率。手持式可移动视频音频一体化监控设备安装位置包括但不仅限于机舱、轮毂及塔筒顶部等。
如图1所示，本地指挥层(b)的主要功能是通过在塔基设置本地指挥环节，使高级现场维护技术人员或管理人员在不需要攀爬风电机组的情况下与风力发电机组监控网络层(a)进行视频音频及数据通讯，在塔基实现实时维护维修指挥功能，提高维护维修效率；同时本地指挥层(b)还与高层级的现场指挥层(c)以及远程指挥层(d)进行视频音频及数据通讯，及时获取风电机组维护维修资源支持。
本地指挥层(b)主要包括路由器/交换机和本地指挥终端，其中路由器/交换机被挂接在风电现场光纤以太网络上，通过路由器/交换机实现外部信息与监控网络层(a)通讯。本地指挥终端也通过路由器/交换机实现与监控网络层(a)相关设备通讯，同时也可通过路由器/交换机实现与现场指挥层(c)、远程指挥层(d)双向通讯, 本地指挥终端与路由器/交换机通讯方式可以通过有线的方式实现，也可以通过无线的方式实现。
本地指挥终端可以根据现场实际需要安装于风力发电机组的塔基处，或者安装于风力发电机组的机舱处。
本地指挥终端的核心功能为视频音频及远程控制实时双向通讯功能，通过本地指挥终端可以实现与监控网络层(a)本地数据采集通讯的外接视频音频及数据通讯终端通讯，实现塔基与塔筒顶部视频音频及数据通讯交互，获取风电维护信息，为风电机组维护维修提供本地技术支持 。
本地指挥终端可以通过远程控制功能实现对监控设备环节的远程控制功能，远程控制功能包括但不仅限于对监控设备启动、开关、拍摄角度、调焦、照明亮度调节、视频音频监控及数据传输参数设置等。
本地指挥终端可以通过现场光纤以太网络实现与高层级现场指挥层(c)、远程指挥层(d)双向视频音频及数据通讯，及时获取风电机组高级别维护维修资源支持。
本地指挥终端具有基于视频音频信息故障诊断挖掘功能，根据监控网络层(a)监控的实时视频音频数据，利用本地终端计算智能基于图像处理及模式识别技术完成风力发电机组关键组件典型物理异常自动诊断辨识功能。
现场指挥层(c)的主要功能是通过在风电场中控室设置现场指挥环节，使高级现场维护技术人员或管理人员在中控室集中对风电场多台风电机组监控网络层(a)进行视频音频及数据通讯，对现场维护进行现场指导及资源调度指挥，提高维护维修效率；同时现场指挥层(c)与远程指挥层(d)进行视频音频及数据通讯，及时获取风电机组维护维修资源支持，现场指挥层(c)还与本地指挥层(b)进行视频音频及数据通讯，获取现场故障详细信息情况。
现场指挥层(c)主要包括位于中控室的现场服务器、现场维护维修指挥平台和现场数据库组成。
位于中控室的现场服务器和现场数据库是现场指挥层(c)的软硬件平台基础，现场服务器用于与本地指挥层(b)、远程指挥层(d)进行视频音频及数据通讯，同时现场服务器对于各台风电机组监控信息进行数据处理，对各种监控操作数据实现包括但不仅限于记录、报表、对比、排序、打印等功能、并基于数据库对信息进行有效存储。
现场服务器数据处理功能包括基于视频音频信息故障诊断挖掘功能，其根据监控网络层(a)监控的实时视频音频数据或现场数据库中历史数据，利用现场服务器计算智能基于图像处理及模式识别技术完成风力发电机组关键组件典型物理异常自动诊断辨识功能，并根据诊断结论智能匹配优化运营维护建议。
位于中控室的现场维护维修指挥平台是基于现场服务器和现场数据库的现场视频音频及数据通讯实时维护指挥平台。该平台主要包括视频、音频设备、监控显示器及监控软件等，通过该平台可以实现与监控网络层(a)及本地指挥层(b)内一台或多台相关终端设备实现视频音频及数据通讯。
现场维护维修指挥平台通过远程控制实现对监控网络层(a)的相关控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、拍摄角度、调焦、照明亮度调节、视频音频监控及数据传输参数设置等。
现场维护维修指挥平台可以通过商业网络实现与远程指挥层(d)双向视频音频及数据通讯，及时获取风电机组高级别维护维修资源支持。
远程指挥层(d)的主要功能是通过在远程监控中心设置远程指挥环节，使高级现场维护技术人员或管理人员在远程指挥中心基于监控视频音频信息及智能故障异常挖掘结论，集中实现对分布在不同风电场的多台风电机组监控网络层(a)进行视频音频及相关数据通讯，对现场维护进行现场指导及资源调度指挥，提高维护维修效率；同时远程指挥层(d)与现场指挥层(c)和本地指挥层(b)进行视频音频及数据通讯，获取风电机组及风电场内故障详细信息情况，提高较高级别运营维护决策支持。
远程指挥层(d)主要包括位于远程监控中心的远程服务器、远程数据库、远程维护维修指挥平台和远程专家多媒体调度指挥中心组成。
位于远程监控中心的远程服务器和远程数据库是远程指挥层(d)的软硬件平台基础，远程服务器用于与现场指挥层(c)进行视频音频及数据通讯，同时远程服务器对于各监控风电场内各台风电机组监控信息、故障挖掘诊断结论、维护维修及保养历史数据进行数据后处理，数据后处理操作包括但不仅限于记录、报表、对比、排序、打印等功能、并基于数据库对信息进行有效存储。
远程维护维修指挥平台是基于现场服务器和现场数据库的远程视频音频及数据通讯实时维护指挥平台。远程维护维修指挥平台主要包括视频、音频设备、监控显示器及监控软件等，通过该平台可以实现与监控网络层(a)、本地指挥层(b)、现场指挥层(c)内一台或多台相关终端设备实现视频音频及数据通讯。
远程维护维修指挥平台可以设置在远程监控中心，也可以通过网络将其它区域的外接视频音频及数据通讯终端连接至远程服务器实现远程维护维修指挥平台功能。
远程维护维修指挥平台通过远程控制实现对监控网络层(a)的相关控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、拍摄角度、调焦、照明亮度调节、视频音频监控及数据传输参数设置等。
远程专家多媒体调度指挥中心是基于现场服务器和现场数据库的远程视频音频及数据通讯的多专家联合实时网络维护指挥平台。远程专家多媒体调度指挥中心主要由多个维护维修指挥终端构成，维护维修指挥终端包括视频、音频设备、监控显示器、监控软件、网络视频会议软件等。远程专家多媒体调度指挥中心是一种基于会议形式的多维护维修指挥终端联合维护指挥平台。通过该平台可以实现集中针对多个不同风电场的重大维护维修工作以及较难处理的疑难问题进行多专家联合网络视频音频指挥。远程专家多媒体调度指挥中心内任意维护维修指挥终端均可与监控网络层(a)、本地指挥层(b)、现场指挥层(c)内一台或多台相关终端设备实现视频音频及数据通讯。
远程专家多媒体调度指挥中心可以设置在远程监控中心，通过现场真实会议方式实现远程专家多媒体调度指挥功能；远程专家多媒体调度指挥中心也可以通过网络将其它区域的不同维护维修指挥终端连接至远程服务器实现基于网络会议模式的多终端联合远程专家多媒体调度指挥功能。
远程专家多媒体调度指挥中心内任意维护维修指挥终端均可通过远程控制实现对监控网络层(a)的相关控制操作，控制内容包括但不仅限于启动、开关、拍摄角度、调焦、照明亮度调节、视频音频监控及数据传输参数设置等。
本发明基于视频监控技术和图像流处理技术有效的实现了风电设备定期自动巡检功能，并基于视频音频双向通讯技术实现了运维专家对实时现场运维指挥及检查功能，通过提高风电运营维护自动化水平、改善现有运维方式,提高了风电场运营维护效率。 
本发明所述基于图像流处理技术的风电场运维支持系统可以作为单独成套监控系统实现，也可集成进与其结构类似的现有监控系统中。可集成进的监控系统包括但不仅限于风电状态监控系统、SCADA系统等。
本发明所述基于图像流处理技术的风电场运维支持系统不仅适用于风电状态监控，也适用于各种不同场合基于视频音频通讯及图像流处理技术的故障诊断挖掘及维护维修指挥系统构建方法。

Claims (5)

1.一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，由监控网络层(a)、本地指挥层(b)、现场指挥层(c)、远程指挥层 (d) 组成，其特征在于：监控网络层(a)将风电监控信息分层递阶传输至其它层，利用基于图像流处理及模式识别技术完成风力发电机组关键组件物理异常自动诊断辨识；基于诊断辨识结果及监控视音频信息由专家远程实时指挥现场维护维修；同时也可以在本地指挥终端、中控室现场服务器、远程监控中心远程服务器向监控网络设备发出控制命令。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，其特征在于：监控网络层(a)主要包括本地数据采集通讯系统和监控设备，监控信息包括但不仅限于视频信息、音频信息等；通过监控设备来获取监控信息，并将监控信息发送至本地指挥层(b)。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，其特征在于：本地指挥层(b)主要包括路由器/交换机和本地指挥终端，其中路由器/交换机被挂接在风电现场光纤以太网络上，通过路由器/交换机实现外部信息与监控网络层(a)通讯；本地指挥终端位于机舱或者塔基处，能够控制监控设备，还可通过路由器/交换机实现与现场指挥层(c)、远程指挥层(d)双向通讯。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，其特征在于：现场指挥层(c)主要包括位于中控室的现场服务器、现场维护维修指挥平台和现场数据库组成；专家在风电场中控室集中对风电场多台风电机组的监控网络层(a)进行视频音频及数据通讯，进行现场指导及资源调度指挥；同时现场指挥层(c)与远程指挥层(d)通讯，及时获取现场故障详细信息情况。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像流处理技术的风电场运维支持系统，其特征在于：远程指挥层(d)主要包括位于远程监控中心的远程服务器、远程数据库、远程维护维修指挥平台和远程专家多媒体调度指挥中心组成；远程指挥层的主要功能是通过在远程监控中心设置远程指挥环节，使高级现场维护技术人员或管理人员在远程指挥中心基于监控视频音频信息及智能故障异常挖掘结论，集中实现对分布在不同风电场的多台风电机组监控网络层(a)进行视频音频及相关数据通讯，对现场维护进行现场指导及资源调度指挥，提高维护维修效率；同时远程指挥层(d)与现场指挥层(c)和本地指挥层(b)进行视频音频及数据通讯，获取风电机组及风电场内故障详细信息情况，提高较高级别运营维护决策支持。
 
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