CN105279331B - 一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，包括步骤：1)通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景；2)在三维场景中设定模拟的摄像机点位；3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息；本发明通过采用变电站设备的实际设计图纸，根据各设备名称，通过对设备在现场的安装位置、安装高度等数据的分析，通过简易三维模型，实现对变电站摄像机的安装位置、安装高度等的自动设计建模，该方法节省人力、操作简易，只需根据提供的变电站设备设计平面图纸，即可自动设计建模，具备广泛适应性，不会受不同变电站的差异性影响，对电网智能化水平的发展和提高具有一定的促进作用。

Description

一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法

技术领域

本发明属于变电站建设技术领域，尤其涉及一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法。

背景技术

传统变电站视频监控系统主要应用于变电站的安防监控，其安装位置相对固定，主要安装于变电站周界及出入口，实现变电站的安防监控。随着电网无人值守变电站及智能变电站建设的不断推广，视频技术已不仅仅应用于安防监控需求，远程视频监控已逐步为电网生产运行的设备监控提供更加可靠、客观的现场设备运行状态，为电网远程可视化监控及生产运行辅助决策提供了技术支持。然而，由于变电站内的场景复杂，生产运行的设备种类及设备数量众多，如何合理设计和安装摄像机位置，将直接决定视频监控技术对电网生产运行所能起到的作用，目前，摄像机的安装设计目前还停留在指导性规范，只对安装位置提出总体性要求，针对如何实现要求，各建设厂商只是根据现场安装的便捷性和人工主观判断的方式，对摄像机的安装位置、高度进行设计和安装，然而实际的安装后的监控效果并不佳；另外，部分变电站采用了设备与监控摄像机一一对应的方式进行安装，该方式虽然满足了设备监控的需求，然而该方式的摄像机数量相当庞大，导致监控成本、维护工作量和成本等方面特别高，实用性和可推广性较差；此外，部分变电站采用了3D建模的方式进行变电站摄像机的安装位置、高度进行设计，从而构建出精确的摄像机安装设计，该方式具有较好的监控效果，且建设成本较上一方式已显著降低，然而，该方案需要通过3D建模的方式对变电站进行人工建模，工作量较大，且由于每个变电站的模型均不一致，需要分别进行建模，导致变电站的3D模型不具备通用性，需要各自独立建模，导致该方法的技术可推广性不佳。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，能够实现对变电站摄像机位置建模部署。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，包括如下步骤：

1)通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景；

2)在三维场景中设定模拟的摄像机点位；

3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息。

进一步的，步骤1)所述的通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景具体处理流程的步骤如下：

1a)读取变电站二维图纸的所有信息，逐个提取每个图元的信息，并进行保存；

1b)根据所有获取的图元信息，确定提取得到变电站场地区域的长度、宽度信息，所有的设备名称以及所有设备在场地区域中的坐标值；

1c)根据提取的变电站场地区域的长度、宽度信息，采用等比例变换的方式构建二维场景模型，确定基本的变电站二维场景模型，根据所有设备在场地区域中的坐标值以及形状，进一步确定在二维场景模型中设备所占区域，并进行设备名称的标注，同时在二维场景模型中划分出设备区域和非设备区域，从而将二维图纸转换并构建为可识别的变电站二维模型；

1d)按照变电站设备名命规则，根据设备的名称识别出设备的类型以及设备电压等级；

1e)根据设备类型构建基本的设备三维简易结构模型，再进一步根据设备的电压等级确定设备的安全高度，从而确定设备的三维模型高度，再按照同比例放大或者缩小，将设备三维简易结构模型按照高度伸缩比例进行伸缩，从而形成场景中每个设备的三维模型；

1f)构建三维场景：将已构建的变电站二维模型作为变电站三维模型的底面，将构建的每个设备的三维模型根据设备在二维模型中的位置定义放置在三维场景中，从而构建出整个变电站的三维模型。

进一步的，所述步骤2)在三维场景中设定模拟的摄像机点位具体为：根据三维场景信息，确定在场景平面中的设备区域和非设备区域，设备区域禁止安装模拟摄像机，在场景平面中的非设备区域均匀的设置模拟摄像机点位，相邻的模拟摄像机点位保持固定的间隔，进一步在变电站三维模型中标注所设定模拟摄像机点位。

进一步的，所述步骤3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息具体包括：

3a)以已构建的三维变电站及其设备的场景信息作为数据输入模型；

3b)假定在非设备区域的模拟摄像机点位设置相应的摄像机；

3c)选择任意一个模拟摄像机点位为起始点，设其为P0，设P0为当前位置点，设摄像机所允许的最小高度为Hmin，所允许的最大高度为Hmax，将Hmin设为当前高度；

3d)在当前位置点、当前高度时、设摄像机所能监控的半径为r,查询三维场景信息中，在当前位置点，半径为r的范围内的所有设备信息，对每个设备进行空间遮挡比例计算，以被监控设备的平面与平面坐标为当前位置点、当前高度的三维空间点位之间被其他设备所遮挡的范围，根据范围值得到设备整个平台被遮挡的占空比例值K,并计算摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位的视角J；

3e)当K大于预先设定的占空比例阀值kp时，表示摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位监控时被遮挡的范围比例过大，即在该角度无法监控到该设备；当计算的视角J大于预先设定的视角阈值Jp时，表示摄像机从当前位置点、当前高度点位监控时的视角倾斜过大，无法看清设备，则表示该三维空间点位监控角度不合适；

在当前位置点，当K小于或等于kp且同时J小于或等于Jp，表示在当前位置点、高度为当前高度的三维空间点位监控合适，此时所计算的被监控设备记录为该三维空间点位所能监控到的设备；

3f)依次对当前位置点、当前高度点位监控时，重复步骤3d)-3e)，直到所有设备计算完成，形成在当前位置点、当前高度点位监控时所能覆盖的最大监控设备范围表；

3g)在当前位置点、当前高度点位计算完成后，在当前位置点，将当前高度增加高度t作为新的当前高度，重复步骤3d)-3f)，直到当前高度等于Hmax，形成在当前位置点时从Hmin到Hmax之间所有高度下所能覆盖的最大监控设备范围表；

3h)针对所有模拟摄像机点位在所有高度下监控时所能覆盖的最大监控设备范围表，采用逐项组合算法得到所有需要配置的摄像机点位和高度，计算得到覆盖所有被监控设备时的最小摄像机配置数量，从而得到在三维场景中的摄像机安装位置以及高度。

本发明的有益效果是：本发明通过采用变电站设备的实际设计图纸，根据各设备名称，通过对设备在现场的安装位置、安装高度等数据的分析，通过简易三维模型，实现对变电站摄像机的安装位置、安装高度等的自动设计建模，该方法人工工作量小、操作简易，只需根据提供的变电站设备设计平面图纸，即可自动设计建模，具备广泛适应性，不会受不同变电站的差异性影响。

附图说明

图1为本发明的总体流程图；

图2为本发明中的构建三维模型流程图；

图3为本发明中三维模型构建示意图；

图4为本发明中模拟摄像机点位的选择图；

图5为三维空间点视角计算图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-5所示，一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，包括如下步骤：

1)通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景；

2)在三维场景中设定模拟的摄像机点位；

3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息。

进一步的，步骤1)所述的通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景具体处理流程的步骤如下：

1a)读取变电站二维图纸的所有信息，逐个提取每个图元的信息，通常导入的二维图纸为CAD绘制，图元信息通过相应的软件提取，并进行保存；

1b)根据所有获取的图元信息，确定提取得到变电站场地区域的长度、宽度信息，所有的设备名称以及所有设备在场地区域中的坐标值(通常设备在场地区域的坐标为长方形区域)；

1c)根据提取的变电站场地区域的长度、宽度信息，采用等比例变换的方式构建二维场景模型，确定基本的变电站二维场景模型，根据所有设备在场地区域中的坐标值以及形状，进一步确定在二维场景模型中设备所占区域，并进行设备名称的标注，同时在二维场景模型中划分出设备区域和非设备区域，从而将提供的CAD二维图纸转换并构建为可识别的变电站二维模型；

1d)通过图纸中识别的变电站设备名称，按照变电站设备名命规则，根据设备的名称识别出设备的类型以及设备电压等级，例如根据设备类型区分出设备为：断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器等信息，根据设备电压等级确定设备的所承载的不同电压值：500kV、220kV、110kV、35kV、10kV等信息；

1e)根据设备类型构建基本的设备三维简易结构模型，再进一步根据设备的电压等级确定设备的安全高度，从而确定设备的三维模型高度，再按照同比例放大或者缩小，将设备4三维简易结构模型按照高度伸缩比例进行伸缩，从而形成场景中每个设备的三维模型；

1f)构建三维场景：将已构建的变电站二维模型作为变电站三维模型的底面，将构建的每个设备4的三维模型根据设备在二维模型中的位置定义放置在三维场景中，从而构建出整个变电站的三维模型。

进一步的，为确定摄像机在三维模型中点位和高度，本发明采用在三维模型中假定模型点位的方式进行计算实现，如图3所示，根据三维场景信息，确定在场景平面中的设备区域1和非设备区域2，在设备区域为禁止安装摄像机设备，因此，确定摄像机点位只需在非设备区域2进行选择即可，通过在非设备区域范围内，选择可安装摄像机的一系列点位3，选择模拟点位3的密集度对于计算的准确性存在一定的影响，可选择0.5米、1米、1.5米、2米作为模拟点位3的密度间隔，进一步在三维模型中确定和标注用于计算分析的模拟摄像机点位。

进一步的，所述步骤3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息具体包括：

3a)以已构建的三维变电站及其设备的场景信息作为数据输入模型；

3b)假定在非设备区域的模拟摄像机点位设置相应的摄像机，用于后续对每个模拟摄像机点位的监控场景进行计算；

3c)选择任意一个模拟摄像机点位为起始点，设其为P0，设P0为当前位置点，设摄像机所允许的最小高度为Hmin，所允许的最大高度为Hmax，将Hmin设为当前高度。由于摄像机在安装过程中要综合考虑位置信息和高度信息，因此，采用在高度上也进行分段计算的方式，即：假定摄像机安装在不同高度时的监控对象信息计算，高度信息从最低的Hmin(1米)至最高的Hmax(5米)作为高度范围值，每次高度差选择为0.1米，从高度最低点开始进行计算；

3d)在当前位置点、当前高度时，设摄像机所能监控的半径为r,查询三维场景信息中，在当前位置点、半径为r(通常r取20米)的范围内的所有设备信息，对每个设备进行空间遮挡比例计算，以被监控设备的平面与平面坐标为当前位置点、当前高度的三维空间点位之间被其他设备所遮挡的范围，根据范围值得到设备整个平台被遮挡的占空比例值K,并计算摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位的视角J；

3e)当K大于预先设定的占空比例阀值kp(该阀值为经验值，取0.8)时，表示摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位监控时被遮挡的范围比例过大，即在该三维空间点位无法监控到该设备；当计算的视角J大于预先设定的视角阈值Jp(该阀值为经验值，取30度)时，表示摄像机从当前位置点、当前高度三维空间点位监控时的视角倾斜过大，无法看清设备，则表示该三维空间点位监控控角度不合适；

在当前位置点，当K小于或等于kp且同时J小于或等于Jp，表示在当前位置点、高度为当前高度的三维空间点位监控合适，此时所计算的被监控设备记录为该三维空间点位所能监控到的设备；

3f)依次对当前位置点、当前高度点位监控时，重复步骤3d)-3e)，直到所有设备计算完成，形成在当前位置点、当前高度点位监控时所能覆盖的最大监控设备范围表；

3g)在当前位置点、当前高度点位计算完成后，在当前位置点，将当前高度增加高度t(t取0.1米)作为新的当前高度，重复步骤3d)-3f)，直到当前高度等于Hmax，形成在当前位置点时从Hmin到Hmax之间所有高度下所能覆盖的最大监控设备范围表；

3h)针对所有模拟摄像机点位在所有高度下监控时所能覆盖的最大监控设备范围表，采用逐项组合算法得到所有需要配置的摄像机点位和高度，计算得到覆盖所有被监控设备时的最小摄像机配置数量，从而得到在三维场景中的摄像机安装位置以及高度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景；

2)在三维场景中设定模拟的摄像机点位，具体为：

根据三维场景信息，确定在场景平面中的设备区域和非设备区域，设备区域禁止安装模拟摄像机，在场景平面中的非设备区域均匀的设置模拟摄像机点位，相邻的模拟摄像机点位保持固定的间隔，进一步在变电站三维模型中标注所设定模拟摄像机点位；

3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息。

2.根据权利要求1所述的一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，其特征在于，步骤1)所述的通过对变电站二维图纸信息的识别构建变电站的三维信息场景具体处理流程的步骤如下：

1a)读取变电站二维图纸的所有信息，逐个提取每个图元的信息，并进行保存；

1b)根据所有获取的图元信息，确定提取得到变电站场地区域的长度、宽度信息，所有的设备名称以及所有设备在场地区域中的坐标值；

1c)根据提取的变电站场地区域的长度、宽度信息，采用等比例变换的方式构建二维场景模型，确定基本的变电站二维场景模型，根据所有设备在场地区域中的坐标值以及形状，进一步确定在二维场景模型中设备所占区域，并进行设备名称的标注，同时在二维场景模型中划分出设备区域和非设备区域，从而将二维图纸转换并构建为可识别的变电站二维模型；

1d)按照变电站设备名命规则，根据设备的名称识别出设备的类型以及设备电压等级；

1e)根据设备类型构建基本的设备三维简易结构模型，再进一步根据设备的电压等级确定设备的安全高度，从而确定设备的三维模型高度，再按照同比例放大或者缩小，将设备三维简易结构模型按照高度伸缩比例进行伸缩，从而形成场景中每个设备的三维模型；

1f)构建三维场景：将已构建的变电站二维模型作为变电站三维模型的底面，将构建的每个设备的三维模型根据设备在二维模型中的位置定义放置在三维场景中，从而构建出整个变电站的三维模型。

3.根据权利要求1所述的一种变电站场地监控摄像机建设部署建模方法，其特征在于：所述步骤3)通过三维空间点位视角计算，从而确定摄像机安装在变电站中的安装位置信息以及高度信息具体包括：

3a)以已构建的三维变电站及其设备的场景信息作为数据输入模型；

3b)假定在非设备区域的模拟摄像机点位设置相应的摄像机；

3c)选择任意一个模拟摄像机点位为起始点，设其为P0，设P0为当前位置点，设摄像机所允许的最小高度为Hmin，所允许的最大高度为Hmax，将Hmin设为当前高度；

3d)在当前位置点、当前高度时，设摄像机所能监控的半径为r,查询三维场景信息中，在当前位置点、半径为r的范围内的所有设备信息，对每个设备进行空间遮挡比例计算，以被监控设备的平面与平面坐标为当前位置点、当前高度的三维空间点位之间被其他设备所遮挡的范围，根据范围值得到设备整个平台被遮挡的占空比例值K,并计算摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位的视角J；

3e)当K大于预先设定的占空比例阀值kp时，表示摄像机在当前位置点、当前高度的三维空间点位监控时被遮挡的范围比例过大，即在该三维空间点无法监控到该设备；当计算的视角J大于预先设定的视角阈值Jp时，表示摄像机从当前位置点、当前高度点位监控时的视角倾斜过大，无法看清设备，则表示该三维空间点位监控角度不合适；

在当前位置点，当K小于或等于kp且同时J小于或等于Jp，表示在当前位置点、高度为当前高度的三维空间点位监控合适，此时所计算的被监控设备记录为该三维空间点位所能监控到的设备；

3f)依次对当前位置点、当前高度点位监控时，重复步骤3d)-3e)，直到所有设备计算完成，形成在当前位置点、当前高度点位监控时所能覆盖的最大监控设备范围表；

3g)在当前位置点、当前高度点位计算完成后，在当前位置点，将当前高度增加高度t作为新的当前高度，重复步骤3d)-3f)，直到当前高度等于Hmax，形成在当前位置点时从Hmin到Hmax之间所有高度下所能覆盖的最大监控设备范围表；

3h)针对所有模拟摄像机点位在所有高度下监控时所能覆盖的最大监控设备范围表，采用逐项组合算法得到所有需要配置的摄像机点位和高度，计算得到覆盖所有被监控设备时的最小摄像机配置数量，从而得到在三维场景中的摄像机安装位置以及高度。