CN104077872A - 一种基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法 - Google Patents

Abstract

一种基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，该方法主要是在原有输电线路远程监控系统基础上，增加图像设别分析和预警信息处理、预警信息展示三个模块，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员；所述的监控预警方法包括如下步骤：a)图像接收，b）图像预处理，c）报警触发规则设置，d)目标检测，e）目标分析，f）自动报警，g）报警信息处理，h）报警图像预览与查看图像；它具有成本低、图像识别方法简单，能够对输电线路防外力监控数据进行实时分析计算，快速预警现场异常情况，具有良好的经济效益等特点。

Description

一种基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，属于输电线路的电气工程技术领域。

背景技术

随着经济快速发展，交通、管道、工厂、住房等基础设施建设不断加快，吊机、高臂泵车等高大机械在输电线路保护区内违规施工经常发生，给输电线路的安全运行造成较大威胁，通过在危险点现场安装图像监控装置实现危险点现场动态情况的实时掌控，减轻巡视人员的现场监控工作量，有效地防止了线路外力破坏事故发生。目前图像监控完全由人工定期间隔查看，但随着危险点的数量不断增多，相应的图像监控装置应用量也相应增加，所有图片查看一遍需要的时间较长，值班人员的劳动强度很大，造成对现场的情况掌控不及时、劳动效率低，智能水平不高。另外，国内已陆续出现一种监控装置前端智能分析并将分析结果传至后台的方法应用在电力，但功能简单并且由于无天气、区域、目标大小以及边界条件的设置，导致误报率很高，并且若对已有设备进行改造导致投资较大，满足不了输电线路防外力破坏监控实际需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种在原有输电线路远程监控系统基础上，不需改造前端装置，通过建立输电线路特有的背景模型，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员，提高监控智能水平和监控质量、及时性、准确性，增强输电线路防外力破坏水平的基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的, 所述的基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，该方法主要是在原有输电线路远程监控系统基础上，增加图像设别分析和预警信息处理、预警信息展示三个模块，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员；所述的监控预警方法包括如下步骤：

a)图像接收，安装在输电杆塔上的图像监控装置根据后台设定的拍照时间（一般间隔30分钟）采集图片，并通过GPRS远程传输至后台图像采集服务器中；

b）图像预处理，输电线路远程监控系统对图像采集服务器中获取的最新图像进行预处理；

c）报警触发规则设置，由于不同的装置所拍摄的环境、角度、区域和目标均不一致，在原后台图像监控系统平台上开发了图像报警触发规则设置模块，该模块可对每个监控装置设置一种报警规则，即对背景底图、颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息进行选择设置，保存并综合形成该监控装置的报警触发规则，当监控位置变化后，报警规则需要重新设置；

d)目标检测，系统将接收的最新图片与该监控装置所拍摄的上一张图片进行对比分析入侵目标，在图片上提取标注分析出的目标物体，并将图片纳入下一步的目标分析，如果分析后没有侵入目标，系统则将该图片写入正常图片目录，作为下一张图片的对比分析底图；系统每分钟可以同时对不小于60张的图片进行分析；

e）目标分析，系统对上述步骤d)检测出的图片按照步骤c）设定的报警触发规则进行进一步分析，按照规则中天气、目标大小、监控区域等判别指标对检测出的目标进行筛选分析，去掉不满足规则的目标后，若该图片无异常则写入正常图片目录，若仍存在入侵目标，系统自动将该图片写入报警图像目录，并作为报警信息展示在图像报警信息查询模块中；

f）自动报警，系统分析出有异常的图片后，将图片按时间排列在图像报警展示页面中，每一页展示6张报警图片，每张图片上标注着侵入目标，点击图片可在同一窗口直观查看与上一张图片的分析信息；报警图片下有误报和处理两个按钮，用于人工分析和处理；当有新的报警图片时，系统会自动刷新图像报警展示页面，并以声音的提醒方式告知监控人员；

g）报警信息处理，在图像报警信息查询模块中的报警图片展示页面，监控人员可对报警图片开展进一步分析，若人工判断侵入目标对输电线路安全运行无威胁，则进行误报处理，将图片写入正常图片目录中 ；若人工判断确认报警图片真实，则填写处理意见进行处理流程；

h）报警图像预览与查看图像，系统提供了报警图像预览功能模块，方便报警图像的预览；同时可以利用系统提供的图像信息模块随时查看报警图像的全部基本信息，可按照时间、线路名称、杆塔号等查询条件快速过滤报警图像信息和统计图像报警的误报率。

本发明所述步骤b）中的预处理，首先对通知图像使用3×3的滤波窗口进行 Sooth光滑滤波，并按照等距规则选择20×20个图像配准区域（5×5），按照颜色特征，灰度特征和纹理特征进行图像配准。

所述的步骤c中，所述的背景底图是:选择一张正常拍摄的照片作为该监控装置的背景底图，便于在此基础上设置颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息等评判指标，建立报警规则，背景图片可以根据报警效果进行更换；

所述的天气处理是：天气对图像识别分析结果的准确性具有直接影响，太阳、阴影、雨点、大雾等天气因素会干扰系统分析，同时被误认为异常物体侵入而大大降低了报警的准确性。系统把天气分为晴天、阴天、雨天、雾天和雪天5种天气，根据不同天气采用不同的滤波处理，消除天气对分析结果的影响；

所述的识别区域设置是：系统提供了通道图像预览与缩放功能，矩形区域和任意多边形区域的交互绘制功能，在背景底图上确定图像不同面积、不同形状的多个监控区域，从而提高图像识别的准确性和及时性，减少识别工作量；

所述的目标参数设置是：目标参数主要为监控目标的大小、形状。根据每个监控装置的监控环境设置所需要识别目标的参数，过滤因如鸟类、昆虫、汽车、行人等与监控无关的物体，降低识别报警的误报率。系统按照圆形物体、方形物体和长形物体三类物体进行识别，所以需要交互设置圆形目标的半径、方形目标的边长和长形目标的长和宽来确定目标大小。

本发明是在原有输电线路远程监控系统基础上，不需改造前端装置，通过建立输电线路特有的背景模型，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员，提高监控智能水平和监控质量、及时性、准确性，增强了输电线路防外力破坏水平。本发明具有成本低、图像识别方法简单，能够对输电线路防外力监控数据进行实时分析计算，快速预警现场异常情况，具有良好的经济效益等特点。

附图说明

图1为本发明基于图像识别的输电线路防外力监控预警系统构成图。

图2为本发明用于输电线路防外力监控预警系统的图像识别分析流程图。

图3为本发明用于输电线路防外力监控预警信息处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，该方法主要是在原有输电线路远程监控系统基础上，增加图像设别分析和预警信息处理、预警信息展示三个模块，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员；所述的监控预警方法包括如下步骤：

a)图像接收，安装在输电杆塔上的图像监控装置根据后台设定的拍照时间（一般间隔30分钟）采集图片，并通过GPRS远程传输至后台图像采集服务器中；

b）图像预处理，输电线路远程监控系统对图像采集服务器中获取的最新图像进行预处理；

c）报警触发规则设置，由于不同的装置所拍摄的环境、角度、区域和目标均不一致，在原后台图像监控系统平台上开发了图像报警触发规则设置模块，该模块可对每个监控装置设置一种报警规则，即对背景底图、颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息进行选择设置，保存并综合形成该监控装置的报警触发规则，当监控位置变化后，报警规则需要重新设置；

d)目标检测，系统将接收的最新图片与该监控装置所拍摄的上一张图片进行对比分析入侵目标，在图片上提取标注分析出的目标物体，并将图片纳入下一步的目标分析，如果分析后没有侵入目标，系统则将该图片写入正常图片目录，作为下一张图片的对比分析底图；系统每分钟可以同时对不小于60张的图片进行分析；

e）目标分析，系统对上述步骤d)检测出的图片按照步骤c）设定的报警触发规则进行进一步分析，按照规则中天气、目标大小、监控区域等判别指标对检测出的目标进行筛选分析，去掉不满足规则的目标后，若该图片无异常则写入正常图片目录，若仍存在入侵目标，系统自动将该图片写入报警图像目录，并作为报警信息展示在图像报警信息查询模块中；

f）自动报警，系统分析出有异常的图片后，将图片按时间排列在图像报警展示页面中，每一页展示6张报警图片，每张图片上标注着侵入目标，点击图片可在同一窗口直观查看与上一张图片的分析信息；报警图片下有误报和处理两个按钮，用于人工分析和处理；当有新的报警图片时，系统会自动刷新图像报警展示页面，并以声音的提醒方式告知监控人员；

g）报警信息处理，在图像报警信息查询模块中的报警图片展示页面，监控人员可对报警图片开展进一步分析，若人工判断侵入目标对输电线路安全运行无威胁，则进行误报处理，将图片写入正常图片目录中 ；若人工判断确认报警图片真实，则填写处理意见进行处理流程；

h）报警图像预览与查看图像，系统提供了报警图像预览功能模块，方便报警图像的预览；同时可以利用系统提供的图像信息模块随时查看报警图像的全部基本信息，可按照时间、线路名称、杆塔号等查询条件快速过滤报警图像信息和统计图像报警的误报率。

所述的步骤b）中的预处理，首先对通知图像使用3×3的滤波窗口进行 Sooth光滑滤波，并按照等距规则选择20×20个图像配准区域（5×5），按照颜色特征，灰度特征和纹理特征进行图像配准。

所述的步骤c中，所述的背景底图是:选择一张正常拍摄的照片作为该监控装置的背景底图，便于在此基础上设置颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息等评判指标，建立报警规则，背景图片可以根据报警效果进行更换；

所述的天气处理是：天气对图像识别分析结果的准确性具有直接影响，太阳、阴影、雨点、大雾等天气因素会干扰系统分析，同时被误认为异常物体侵入而大大降低了报警的准确性。系统把天气分为晴天、阴天、雨天、雾天和雪天5种天气，根据不同天气采用不同的滤波处理，消除天气对分析结果的影响；

所述的识别区域设置是：系统提供了通道图像预览与缩放功能，矩形区域和任意多边形区域的交互绘制功能，在背景底图上确定图像不同面积、不同形状的多个监控区域，从而提高图像识别的准确性和及时性，减少识别工作量；

所述的目标参数设置是：目标参数主要为监控目标的大小、形状。根据每个监控装置的监控环境设置所需要识别目标的参数，过滤因如鸟类、昆虫、汽车、行人等与监控无关的物体，降低识别报警的误报率。系统按照圆形物体、方形物体和长形物体三类物体进行识别，所以需要交互设置圆形目标的半径、方形目标的边长和长形目标的长和宽来确定目标大小。

图1，本发明是在原有输电线路远程监控系统基础上，不需改造前端装置，增加图像识别分析和预警信息处理、预警信息展示三个模块，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员，提高监控智能水平和监控质量、及时性、准确性，增强输电线路防外力破坏水平。

图像识别分析流程如图2所示，图像识别程序使用了图像处理与分析技术中的多种算法，通过反映图像识别的颜色、灰度、纹理、天气、目标参数、识别区域参数、边界信息等本质特征的评判指标，建立适应输电线路通道状态监控的图像识别方法和规则，按照设置报警触发规则、系统实时监控、底图人工（自动）更新、目标检测、目标识别、目标分析和自动报警等方面，设计完成并实现了输电线路防外力监控自动预警

图像预警信息处理如图3所示：安装在输电线路杆塔上的图像监控装置每间隔30分钟通过GPRS传输两张图片至后台图像采集服务器中，服务器通过图像识别程序（图2）对接收到最新图片与上一张历史图片进行对比分析，如果出现异常情况，则在照片上标出预警的位置，并保存预警信息并通过WebServerce服务转发给后台系统进行展示由人工进一步处理。

通过图像识别分析出报警信息后，人工在后台系统判别报警信息是否准确，若准确则进入预警处理流程，否则作为误报处理，其中处理过的报警图片必须填写处理过程，而误报处理则直接删除误报图片，这些数据将通过历史数据分析形成预警准确率（或者误报率）供系统维护支持。

Claims (3)

1.一种基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，该方法主要是在原有输电线路远程监控系统基础上，增加图像设别分析和预警信息处理、预警信息展示三个模块，利用图像识别技术对监控装置采集的数据进行分析，将分析结果及时预警给监控人员；其特征在于所述的监控预警方法包括如下步骤：

a)图像接收，安装在输电杆塔上的图像监控装置根据后台设定的拍照时间（一般间隔30分钟）采集图片，并通过GPRS远程传输至后台图像采集服务器中；

b）图像预处理，输电线路远程监控系统对图像采集服务器中获取的最新图像进行预处理；

c）报警触发规则设置，由于不同的装置所拍摄的环境、角度、区域和目标均不一致，在原后台图像监控系统平台上开发了图像报警触发规则设置模块，该模块可对每个监控装置设置一种报警规则，即对背景底图、颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息进行选择设置，保存并综合形成该监控装置的报警触发规则，当监控位置变化后，报警规则需要重新设置；

d)目标检测，系统将接收的最新图片与该监控装置所拍摄的上一张图片进行对比分析入侵目标，在图片上提取标注分析出的目标物体，并将图片纳入下一步的目标分析，如果分析后没有侵入目标，系统则将该图片写入正常图片目录，作为下一张图片的对比分析底图；系统每分钟可以同时对不小于60张的图片进行分析；

e）目标分析，系统对上述步骤d)检测出的图片按照步骤c）设定的报警触发规则进行进一步分析，按照规则中天气、目标大小、监控区域等判别指标对检测出的目标进行筛选分析，去掉不满足规则的目标后，若该图片无异常则写入正常图片目录，若仍存在入侵目标，系统自动将该图片写入报警图像目录，并作为报警信息展示在图像报警信息查询模块中；

f）自动报警，系统分析出有异常的图片后，将图片按时间排列在图像报警展示页面中，每一页展示6张报警图片，每张图片上标注着侵入目标，点击图片可在同一窗口直观查看与上一张图片的分析信息；报警图片下有误报和处理两个按钮，用于人工分析和处理；当有新的报警图片时，系统会自动刷新图像报警展示页面，并以声音的提醒方式告知监控人员；

g）报警信息处理，在图像报警信息查询模块中的报警图片展示页面，监控人员可对报警图片开展进一步分析，若人工判断侵入目标对输电线路安全运行无威胁，则进行误报处理，将图片写入正常图片目录中 ；若人工判断确认报警图片真实，则填写处理意见进行处理流程；

h）报警图像预览与查看图像，系统提供了报警图像预览功能模块，方便报警图像的预览；同时可以利用系统提供的图像信息模块随时查看报警图像的全部基本信息，可按照时间、线路名称、杆塔号等查询条件快速过滤报警图像信息和统计图像报警的误报率。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，其特征在于所述的步骤b）中的预处理，首先对通知图像使用3×3的滤波窗口进行 Sooth光滑滤波，并按照等距规则选择20×20个图像配准区域（5×5），按照颜色特征，灰度特征和纹理特征进行图像配准。

3.根据权利要求1所述的基于图像识别的输电线路防外力监控预警方法，其特征在于所述的步骤c中，

所述的背景底图是:选择一张正常拍摄的照片作为该监控装置的背景底图，便于在此基础上设置颜色、灰度、纹理、天气、识别区域、目标参数、边界信息等评判指标，建立报警规则，背景图片可以根据报警效果进行更换；

所述的天气处理是：天气对图像识别分析结果的准确性具有直接影响，太阳、阴影、雨点、大雾等天气因素会干扰系统分析，同时被误认为异常物体侵入而大大降低了报警的准确性；

系统把天气分为晴天、阴天、雨天、雾天和雪天5种天气，根据不同天气采用不同的滤波处理，消除天气对分析结果的影响；

所述的识别区域设置是：系统提供了通道图像预览与缩放功能，矩形区域和任意多边形区域的交互绘制功能，在背景底图上确定图像不同面积、不同形状的多个监控区域，从而提高图像识别的准确性和及时性，减少识别工作量；

所述的目标参数设置是：目标参数主要为监控目标的大小、形状；

根据每个监控装置的监控环境设置所需要识别目标的参数，过滤因如鸟类、昆虫、汽车、行人等与监控无关的物体，降低识别报警的误报率；

系统按照圆形物体、方形物体和长形物体三类物体进行识别，所以需要交互设置圆形目标的半径、方形目标的边长和长形目标的长和宽来确定目标大小。