CN103944264A - 一种配电终端智能监控装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种配电终端智能监控装置，包括配电终端的主控板，及与主控板相连接的网络摄像机，所述网络摄像机设置在配电终端电缆室内，用于对电缆室进行各个角度的视频监测并输出视频图像；所述主控板包括处理单元，及分别与处理单元相连接的以太网模块及3G模块，所述网络摄像机通过以太网模块与所述处理单元相连接，所述处理单元通过3G模块与主站系统通信；所述配电终端智能监控装置还包括分别与网络摄像机、主控板相连接的电源。该方案可实现对配电终端柜内的凝露及外界入侵物体进行实时在线监测。

Description

一种配电终端智能监控装置和方法

技术领域

本发明属于电力监测领域，尤其涉及一种配电终端智能监控装置和方法。

背景技术

配电自动化终端是一种针对目前城市电网中应用越来越广泛的环网柜、小型开闭所、配电房而开发的监控终端产品，可与配电网自动化主站、电网自动化子站系统配合，实现多条输电线路的数据采集、故障检测、故障区域定位、隔离及非故障区域恢复供电等功能，从而提高输电线路的供电可靠性。

电缆通道在整个长度方向上都是相互连接、贯通的，通道内电缆运行会产生热气及水蒸汽，同时由于环网柜底部线缆穿出，容易造成温差空气对流，在柜体内促成凝露的产生，设备在这样的环境中运行，很容易造成电气短路，金属件生锈，大大缩短了设备和电缆头的使用寿命，而且，环网柜底部线缆进出线部分，可能出现部分小洞口，存在小动物进入隐患，造成短路或跳闸等停电事故。

现有的对配电自动化终端的监测主要时通过人工排查的方式进行，即在故障发生后，依次巡查线路内配电终端的当前状态，无法在监控中心远程定位故障发生的位置，更不能通过视频直观地观察和记录下故障发生的全过程，无法对配电终端柜内的凝露和小动物的侵入进行实时在线监测。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中无法对配电终端柜内的凝露和小动物侵入进行实时在线监测的技术问题，提供一种能够有效对配电终端柜内的凝露和外界入侵物体进行监测的配电终端智能监控装置。

本发明的实施例提供一种配电终端智能监控装置，包括配电终端的主控板，及与主控板相连接的网络摄像机，所述网络摄像机设置在配电终端电缆室内，用于对电缆室进行各个角度的视频监测并输出视频图像；

所述主控板包括处理单元，及分别与处理单元相连接的以太网模块及3G模块，所述网络摄像机通过以太网模块与所述处理单元相连接，所述处理单元通过3G模块与主站系统通信；

处理单元，用于处理分析所述视频图像，当监测到有入侵物体进入电缆室时，对入侵物体进行目标追踪，当入侵物体的位置超过预设阈值时，发出报警信号并将视频图像通过3G模块上传主站系统；当监测到有凝露时，对凝露进行轮廓监测，当轮廓大小超过预设阀值时，将视频图像通过3G模块上传主站系统；

所述配电终端智能监控装置还包括分别与网络摄像机、主控板相连接的电源。

优选地，所述主控板还包括与处理单元相连接的时钟电路、复位电路及存储器；

所述时钟电路，用于控制所述主控板和主站系统进行时钟同步；

所述复位电路，用于控制主控板的工作进程发生错误时进行复位操作；

所述存储器，用于存储所述视频图像。

优选地，所述主控板还包括CAN通讯模块，用于主控板与配电终端内的其他信号采集板通信。

优选地，所述配电终端智能监控装置还包括与主控板相连接的遥测遥信处理板，及与遥测遥信处理板相连接的模拟量输入板，所述遥测遥信处理板及模拟量输入板分别与所述电源相连接。

优选地，所述遥测遥信处理板包括处理器，与处理器相连接的时钟单元、存储单元、复位电路及CAN通信单元，所述遥测遥信处理板通过CAN通信单元与所述主控板的CAN通信模块相连接。

本发明的实施例还提供一种配电终端智能监控装置的监控方法，所述监控方法包括以下步骤：

步骤S100，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S200，将视频图像上传到主控板；

步骤S300，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S400，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S500，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到入侵物体的轮廓信息；

步骤S600，使用轮廓检测和运动模板两种方法获取入侵物体，得到入侵物体的质心位置和特征信息；

步骤S700，提取入侵物体特征；

步骤S800，构建卡尔曼运动模型；

步骤S900，控制对入侵物体进行跟踪；

步骤S910，监控所述入侵物体并对入侵物体的位置和方向进行识别，并判断在超过特定阈值时，主控板发出报警信号进行报警；

步骤S920，主控板将图像上传主站系统。

进一步地，所述步骤S600具体包括，主控板根据其内设的OpenCV跨平台的计算机视觉库中已经封装好的函数，控制将所述轮廓信息代入相关函数中，可得到入侵物体的质心位置和特征信息。

进一步地，所述特征信息包括颜色特征信息和统计特性特征信息。

进一步地，所述步骤S900具体包括，根据卡尔曼运动模型对入侵物体进行位置预测，在下一帧图像中预测位置附近使用连续自适应均值漂移算法和目标特征匹配两种算法搜索入侵物体，获取入侵物体所处位置，并更新卡尔曼滤波器参数，通过具有递归处理的卡尔曼滤波器预测入侵物体下一帧所在的位置。

本发明的实施例还提供一种配电终端智能监控装置的监控方法，所述监控方法包括以下步骤：

步骤S10，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S20，将视频图像上传到主控板；

步骤S30，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S40，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S50，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到凝露的轮廓大小图像；

步骤S60，判断所计算的凝露的轮廓大小是否超过特定阀值，当超过特定阀值时，主控板控制图像上传主站系统。

以上技术方案中，通过在配电终端的电缆室内设置网络摄像机，主控板通过分析所述网络摄像机采集的视频图像信息可判断是否有入侵物体侵入并超过预设阈值或监控是否有凝露并计算凝露的轮廓大小，实现对配电终端柜内的凝露及外界入侵物体进行实时在线监测。

附图说明

图1是本发明一种实施例的配电终端智能监控装置的结构框图；

图2是本发明第二种实施例的配电终端智能监控装置的结构框图；

图3是本发明一种实施例的配电终端智能监控方法工作流程图；

图4是本发明第二种实施例的配电终端智能监控方法工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的实施例提供一种配电终端智能监控装置，包括配电终端的主控板10，及与主控板10相连接的网络摄像机20，所述网络摄像机20设置在配电终端电缆室内，用于对电缆室进行各个角度的视频监测并输出视频图像，所述网络摄像机具有红外功能，可以实现24小时对环网柜电缆室的实时监测。

所述主控板10包括处理单元11，及分别与处理单元11相连接以太网模块17及3G模块14，所述网络摄像机20通过以太网模块17与所述处理单元11相连接，所述处理单元11通过3G模块14与主站系统通信；

处理单元11，用于处理分析所述视频图像，当监测到有入侵物体进入电缆室时，对入侵物体进行目标追踪，当入侵物体的位置超过预设阈值时，发出报警信号并将视频图像通过3G模块14上传配电主站；当监测到有凝露时，对凝露进行轮廓监测，当轮廓大小超过预设阀值时，经视频图像通过3G模块14上传主站系统；

所述配电终端智能监控装置还包括分别与网络摄像机20、主控板10相连接的电源30。

所述主控板10，还包括与处理单元11相连接的时钟电路12、复位电路16及存储器13，所述处理单元11，采用高性能32位ARM处理器为硬件开发平台，嵌入式Linux操作系统为软件开发平台。所述时钟电路12，用于控制所述主控板10和主站系统进行时钟同步；所述存储器13，用于存储所述视频图像；所述复位电路16，用于控制主控板10的工作进程发生错误时进行复位操作。

进一步地，所述主控板10还包括CAN通讯模块15，用于主控板10与配电终端内的其他信号采集板通信，如遥测遥信处理板。

结合图2所示，图2为本发明的另一种实施例，所述配电终端智能监控装置还包括与主控板10相连接的遥测遥信处理板40，及与遥测遥信处理板40相连接的模拟量输入板50，所述遥测遥信处理板40及模拟量输入板50分别与所述电源30相连接。

优选地，所述遥测遥信处理板40包括处理器41，与处理器41相连接的时钟单元42、存储单元43、复位电路44及CAN通信单元45，所述遥测遥信处理板40通过CAN通信单元45与所述主控板10的CAN通信模块15相连接。遥测遥信处理板40，传输采样值和各种事件数据并与所述主控板10进行通信，可对采样数据进行故障检测判断以及越限判断，并实现软件消抖以及变位SOE事件判断。所述处理器41采用TI公司的超低功耗TMS320VC5509微处理器。

以上实施例中，通过在配电终端电缆室内安装网络摄像机20，主控板10实现对配电终端电缆室内的凝露和入侵物体的实时拍摄，并将拍摄的图像信息进行一定的算法处理。此外，主控板10还对遥测遥信处理板40进行管理和控制，并完成整个配电终端系统的全数据通讯功能。遥测遥信处理板40，实现母线三相电压、母线零序电压、终端机箱内温湿度等遥测值及环网柜柜门状态等遥信值的采集。同时可进行SF6气体电压报警、蓄电池告警等。模拟量输入板50，实现对交流和直流电压进行隔离转换，将外部输入的各种测量范围内的电压模拟信号进行隔离转换和滤波，变换成为可以进行AD采样的信号。所述电源30，优选地，为直流电源DC+24V或DC+12V，电源本身可执行电源的自动切换和故障报警功能。

如图3所示，本发明的实施例还提供一种配电终端智能监控方法，包括以下步骤：

步骤S100，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S200，将视频图像上传到主控板；

步骤S300，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S400，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S500，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到入侵物体的轮廓信息；

步骤S600，使用轮廓检测和运动模板两种方法获取入侵物体，得到入侵物体的质心位置和特征信息；

步骤S700，提取入侵物体特征；

步骤S800，构建卡尔曼运动模型；

步骤S900，控制对入侵物体进行跟踪；

步骤S910，监控所述入侵物体并对入侵物体的位置和方向进行识别，并判断在超过特定阈值时，主控板发出报警信号进行报警；

步骤S920，主控板将图像上传主站系统。

进一步地，步骤S400中，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像的具体方法为：假设I_k，I_k-1，I_k-2分别表示从视频图像中连续取得的三帧，首先通过二帧差分法得到差分图像D_k，D_k-1，其中D_k=|I_k-I_k-1|，D_k-1=|I_k-1-I_k-2|。然后把得到两差分图像进行与运算得到差分图像d_k，在得到三帧差分图像后d_k，同时将视频图像第I_k帧与第I_k-2帧做差分从而得到差分图像D'_k，D'_k=|I_k-I_k-2|，然后将D'_k与d_k作逻辑或运算得到最终的差分图像d'_k，d'_k=D'_k⊕d_k。

更近一步地，所述步骤S600具体包括：根据在OpenCV（Open SourceComputer Vision Library）跨平台的计算机视觉库中已经封装好的函数，将轮廓信息代入相关函数中，即可得到入侵物体的质心位置和特征信息。其中，主控板内已预先内设OpenCV跨平台的计算机视觉库，其中包括已经封装好的函数。

跟进一步地，所述步骤S900中，控制对入侵物体进行跟踪的方法具体包括，先根据入侵物体的特征信息提取目标特征，包括颜色特征和统计特性特征，同时构建卡尔曼运动模型进行目标预测，然后在下一帧图像中预测位置附近使用连续自适应均值漂移算法和目标特征匹配两种算法搜索被跟踪目标，获取目标所处位置以实现目标跟踪，最后更新卡尔曼滤波器参数，通过具有递归处理的卡尔曼滤波器预测运动目标下一帧所在的位置，从而达到追踪的效果。

为构建卡尔曼滤波器，取当前帧目标质心位置x_k，y_k，当前帧与前一帧质心位置差v_x=x_k-x_k-1，v_y=y_k-y_k-1作为系统的状态向量，质心位置(x_k,y_k)为观测向量，由此得状态转移矩阵、观测矩阵。这样就定义了卡尔曼滤波器的状态方程和观测方程，当进行目标跟踪时初始化其参数，然后持续更新参数，这样就可以用卡尔曼滤波器进行运动目标的预测跟踪。

所述连续自适应均值漂移算法的过程是：读取一帧视频图像，转换到HSV颜色模型，建立被跟踪目标的颜色概率模型后，将视频图像转化为颜色概率分布图，然后在第一帧图像中初始化一个矩形搜索窗。对以后的每一帧图像，能够自动调节搜索窗的大小和位置，定位被跟踪目标的中心和大小，并且用当前帧定位的结果预测下一帧图像中目标的中心和大小。

所述目标特征匹配算法的过程是：(1)根据运动目标的统计特征建立目标特征向量，该向量则为目标的特征参数；(2)在匹配模板中选取与运动目标模板大小一样的匹配目标模板，获取该模板特征向量，比较两组向量，采用欧式距离来表示两模板的拟合程度；(3)重复步骤(2)直到匹配模板已经全部被选取过，此时拟合程度最大的那部分即可认为是要跟踪的目标。

通过上述方法，若电缆室内有外界物体入侵时，比如小动物。网络摄像机20拍出的图像，经过图像算法处理后，可以跟踪到入侵物体在电缆室的位置。并判断入侵物体在超过特定阈值时，主控板发出报警信号进行报警，并将监测图像上传主站系统，实现了对入侵物体的实时在线监控。

如图4所示，本发明的实施例还提供一种配电终端智能监控方法，包括以下步骤：

步骤S10，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S20，将视频图像上传到主控板；

步骤S30，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S40，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S50，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到凝露的轮廓大小图像；

步骤S60，判断所计算的凝露的轮廓大小是否超过特定阀值，当超过特定阀值时，主控板控制图像上传主站系统。

通过该实施例中的技术方案，可对电缆室内的凝露进行实时监测，并经过相应的分析后可得到凝露的轮廓大小，并在判断所计算的凝露的轮廓大小超过特定阀值时，主控板控制图像上传主站系统。有效实现了对电缆室内凝露的实时在线监控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电终端智能监控装置，其特征在于：包括配电终端的主控板，及与主控板相连接的网络摄像机，所述网络摄像机设置在配电终端电缆室内，用于对电缆室进行各个角度的视频监测并输出视频图像；

所述主控板包括处理单元，及分别与处理单元相连接的以太网模块及3G模块，所述网络摄像机通过以太网模块与所述处理单元相连接，所述处理单元通过3G模块与主站系统通信；

处理单元，用于处理分析所述视频图像，当监测到有入侵物体进入电缆室时，对入侵物体进行目标追踪，当入侵物体的位置超过预设阈值时，发出报警信号并将视频图像通过3G模块上传主站系统；当监测到有凝露时，对凝露进行轮廓监测，当轮廓大小超过预设阀值时，将视频图像通过3G模块上传主站系统；

所述配电终端智能监控装置还包括分别与网络摄像机、主控板相连接的电源。

2.根据权利要求1所述的配电终端智能监控装置，其特征在于：所述主控板还包括与处理单元相连接的时钟电路、复位电路及存储器；

所述时钟电路，用于控制所述主控板和主站系统进行时钟同步；

所述复位电路，用于控制主控板的工作进程发生错误时进行复位操作；

所述存储器，用于存储所述视频图像。

3.根据权利要求2所述的配电终端智能监控装置，其特征在于：所述主控板还包括CAN通讯模块，用于主控板与配电终端内的其他信号采集板通信。

4.根据权利要求3所述的配电终端智能监控装置，其特征在于：所述配电终端智能监控装置还包括与主控板相连接的遥测遥信处理板，及与遥测遥信处理板相连接的模拟量输入板，所述遥测遥信处理板及模拟量输入板分别与所述电源相连接。

5.根据权利要求4所述的配电终端智能监控装置，其特征在于：所述遥测遥信处理板包括处理器，与处理器相连接的时钟单元、存储单元、复位电路及CAN通信单元，所述遥测遥信处理板通过CAN通信单元与所述主控板的CAN通信模块相连接。

6.一种配电终端智能监控装置的监控方法，所述配电终端智能监控装置包括配电终端的主控板，及与主控板相连接的网络摄像机，其特征在于：所述监控方法包括以下步骤：

步骤S100，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S200，将视频图像上传到主控板；

步骤S300，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S400，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S500，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到入侵物体的轮廓信息；

步骤S600，使用轮廓检测和运动模板两种方法获取入侵物体，得到入侵物体的质心位置和特征信息；

步骤S700，提取入侵物体特征；

步骤S800，构建卡尔曼运动模型；

步骤S900，控制对入侵物体进行跟踪；

步骤S910，监控所述入侵物体并对入侵物体的位置和方向进行识别，并判断在超过特定阈值时，主控板发出报警信号进行报警；

步骤S920，主控板将图像上传主站系统。

7.根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于：所述步骤S600具体包括，主控板根据其内设的OpenCV跨平台的计算机视觉库中已经封装好的函数，控制将所述轮廓信息代入相关函数中，可得到入侵物体的质心位置和特征信息。

8.根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于：所述特征信息包括颜色特征信息和统计特性特征信息。

9.根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于：所述步骤S900具体包括，根据卡尔曼运动模型对入侵物体进行位置预测，在下一帧图像中预测位置附近使用连续自适应均值漂移算法和目标特征匹配两种算法搜索入侵物体，获取入侵物体所处位置，并更新卡尔曼滤波器参数，通过具有递归处理的卡尔曼滤波器预测入侵物体下一帧所在的位置。

10.一种配电终端智能监控装置的监控方法，所述配电终端智能监控装置包括配电终端的主控板，及与主控板相连接的网络摄像机，其特征在于：所述监控方法包括以下步骤：

步骤S10，网络摄像头启动工作，拍摄视频图像；

步骤S20，将视频图像上传到主控板；

步骤S30，处理视频图像的颜色空间到灰度空间的转化；

步骤S40，根据三帧差分法处理所述视频图像得到最终的差分图像；

步骤S50，将得到的差分图像进行图像二值化处理，得到凝露的轮廓大小图像；

步骤S60，判断所计算的凝露的轮廓大小是否超过特定阀值，当超过特定阀值时，主控板控制图像上传主站系统。