CN111698468A - 一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法 - Google Patents

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冯勇
刘翰柱
刘翔云
唐巍
刘炯
王寒梅
刘洪昌
盛道伟
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Abstract

本发明公开了一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，涉及高压输电线路视频监控领域，包括以下步骤：步骤1：读入“数字孪生”模型的点云数据；步骤2：按点云数据的分类分别提取关注对象的特征点；步骤3：计算各关注对象的可视域；步骤4：读取当前摄像机参数；步骤5：根据关注对象的可视域和摄像机参数，给出相应的摄像机动作；步骤6：读取设定的影像采集要求；步骤7：根据摄像机动作和影像采集要求自动监控关注对象；本发明基于输电线路三维场景“数字孪生”模型给出了关注对象的可视域，给定了摄像机采集不同关注对象的控制动作，实现了自动监控，减少了工作负担，提高了准确度，还可采用5G网络，进一步提高远程传输速率。

Description

一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法
技术领域
本发明涉及高压输电线路视频监控领域，尤其涉及一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法。
背景技术
近年来，电网建设大力推进，以超、特高压架空输电线路为骨干网架的坚强电网逐步形成，有效支撑了我国经济的高速发展。为保证电网的安全可靠运行，超、特高压等重要输电线路、重点区域线路均安装有在线视频监控系统，用以监控铁塔周围重点关注的地物因素，跨铁塔、公路等重点区域，铁塔塔身、绝缘子串、导线等健康状态以及其他周围环境。
随着监控系统的大量应用，诸多问题也逐步暴露：
1)因监控系统安装于塔身上，极易被塔身绝缘子串等遮挡，存在“盲区”，所以应尽量将“盲区”减小或规划至次要关注对象中。但实际操作时，存在主要大量关注对象信息丢失的现象，原因主要为1、目前相同一套监控系统支架尺寸固定，各基铁塔实际周边环境复杂，无法逐基适应调节；2、工程交付后，出现新增关注点，运维人员无法迭代设计，调整摄像头位置，以便于对新增关注点进行监控。
2)监控系统无法识别影像信息，无法捕捉并对焦到所需的导线、绝缘子串等关注对象位置采集影像。近年来在该领域利用图像识别技术进行了探索，但因周围对象要素复杂，模型训练量大且不具通用性，同时无法适应环境变化等原因，未有效推广。实际操作依旧为监管人员在监控中心监视操作摄像头，人为逐基判断并捕捉对焦关注对象采集影像，工作负担重，强度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何使摄像机采集不同关注对象的控制动作，实现自动监控，减少工作负担，提高准确度。
本发明提供的一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，包括以下步骤：
步骤1：读入“数字孪生”模型的点云数据；
步骤2：按点云数据的分类分别提取关注对象的特征点；
步骤3：计算各关注对象的可视域；
步骤4：读取当前摄像机参数；
步骤5：根据关注对象的可视域和摄像机参数，给出相应的摄像机动作；
步骤6：读取设定的影像采集要求；
步骤7：根据摄像机动作和影像采集要求自动监控关注对象。
其中，所述摄像机参数包括摄像机位置、视域范围、云台旋转角度及各关注对象在可视域内的摄像机姿态和对焦点。
其中，根据“数字孪生”模型、摄像机位置和视域范围计算所述关注对象的可视域。
其中，所述采集要求包括采集对象和采集周期。
更进一步的，还包括，
步骤8：按监控方案定期完成影像采集；
步骤9：将所述影像自动上传至云服务器中存储，通过数据自动储存于云服务器上，无需监控中心实时开机。
步骤10：监控中心按需连接云服务器读取监控成果并应用。
更进一步的，所述监控方案根据关注对象、环境变化和优先级别变化进行实时调整，以保证监控的准确性和有效性。
更进一步的，所述步骤1具体包括，
无线传输模块定期从云服务器中下载所述“数字孪生”模型给本地微处理器，无需监控中心实时开机；
视域分析模块读入本地微处理器中的“数字孪生”模型。
更进一步的，还包括直接对接用户监控中心，传输摄像头操作指令并传回影象。通过直接与用户监控中心传输数据，提高了传输数据的速度和准确率。
其中，所述“数字孪生”模型根据铁塔及周边实际环境建立并对不同对象标识分类后更新。
更进一步的，通过激光点云扫描或BIM技术建立所述“数字孪生”模型。
通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果是：基于输电线路三维场景“数字孪生”模型给出了关注对象的可视域，给定了摄像机采集不同关注对象的控制动作，实现了自动监控，减少了工作负担，提高了准确度，还可采用5G网络，以提高远程传输速率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为视频监控终端设备的示意图；
图3为基于输电线路三维场景进行自动监控的流程图；
附图标注如下：
2-1水平调节支架，2-2垂直调节支架。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明提供了一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，如图1所示，包括视频监控终端设备、视域分析模块、本地微处理器、无线传输模块、供电模块、云服务器和监控中心。
视频监控终端设备用以采集监控关注对象影像；如图2所示，包括含云台的监控摄像机、人工调节伸缩支架和与铁塔连接部分。其中，人工调节伸缩支架包括用以调节监控摄像机水平和垂直位置的水平调节支架2-1和垂直调节支架2-2，可调范围均为1m，可调间隔为0.1m。此外，所述监控摄像机还可具有夜视功能。
视域分析模块基于“数字孪生”模型和摄像机位置、视域范围等边界条件计算出各关注对象可视域，包括该基塔最大视域范围内的输电线路三维场景和分析算法。其中，所述三维场景指该基塔及视觉范围内周边输电线路环境的“数字孪生”点云模型，模型中不同关注对象点云已预先标识聚类，如铁塔、导线、绝缘子串等关注对象，即相关区域内点云的点已标记对应属性。且该“数字孪生”模型为高密度点云三维空间模型，可通过激光点云扫描、BIM或激光雷达等扫描方式构建。所述分析算法基于上述点云模型，提取不同关注对象特征点并计算出可视域，然后基于摄像头参数以及不同关注对象可视域、采集要求，给出不同对象的摄像机动作。此外，所述分析算法还可基于伸缩支架给定的可调的边界条件和关注对象优先级，以0.1m为步长迭代计算可视域，评价各位置点，并给出评价值，从而计算出摄像头最优位置。
本地微处理器用以根据视域分析模块结果和用户设定生成自动监控方案，控制视频监控终端设备自动监控，也可将视域分析模块给出的最优位置显示于屏幕上，所述最优位置包括摄像机的人工调节支架参数；此外，本地微处理器还可响应远程监控中心人工操作动作。
无线传输模块通过VPN网络用以向云服务器传输采集的影像信息，并定期下载云服务器端实时更新的输电线路三维场景“数字孪生”模型给视频分析模块，也可直接对接用户监控中心，传输摄像头操作指令并回传影像信息。其中，VPN网络为4G或5G网络。
云服务器用以储存监控系统定时采集的影像信息和输电线路三维场景的“数字孪生”模型，并同监控中心利用数据通信接口，按需向数据中心收发数据。
供电模块为视频监控终端设备、视域分析模块、本地微处理器、无线传输模块提供电能，包括太阳能板和可充电磷酸铁锂电池，可充电磷酸铁锂电池作为太阳能板的储能设备。
如图3所示，基于输电线路三维场景进行自动监控的方法包括如下步骤：
步骤1：视域分析模块读入本地微处理器中存储的“数字孪生”模型的点云数据；具体包括无线传输模块定期从云服务器中下载所述“数字孪生”模型给本地微处理器；视域分析模块读入本地微处理器中的“数字孪生”模型。其中，“数字孪生”模型根据铁塔及周边实际环境建立并对不同对象标识分类后更新，具体为根据关注对象、环境变化和优先级别变化实时更新所述“数字孪生”模型。
步骤2：按已标记的点云分类分别提取特征点；
步骤3：计算出摄像机边界条件下每个关注对象特征点的可视域；具体为根据“数字孪生”模型、摄像机位置和视域范围计算所述关注对象的可视域。
步骤4：通过本地微处理器读取视频监控终端设备反馈的当前的摄像机参数，具体包括摄像机位置、视域范围、云台旋转角度及各关注对象在可视域内的摄像机姿态和对焦点等参数。
其中，每个关注对象可视域下摄像机姿态和对焦点通过视域分析模块计算出，并上传至本地微处理器。
步骤5：根据关注对象的可视域和摄像机参数，给出相应的摄像机动作；
步骤6：本地微处理器读取监控中心定期设定的影像采集要求，包括影像采集对象和采集周期；
步骤7：设计的采集对象，提取对应对象计算出的摄像机姿态和对焦点，设定摄像机动作，并根据采集周期，设定影像采集间隔，生成自动监控方案；
步骤8：本地微处理器按监控方案控制视频监控终端设备定期控制完成影像采集；所述监控方案根据关注对象、环境变化和优先级别变化进行实时调整，以保证监控的准确性和有效性。
步骤9：利用无线传输模块将影像资料上传至云服务器存储；
步骤10：监控中心按需通过接口连接云服务器读取监控成果并应用。
本发明还可以根据摄像机位置、视角范围和云台旋转角度，在“数字孪生”三维空间模型内计算出各个姿态下的可视域及可观察到的对象范围，也可聚类计算出对应的距离，辅助摄像机对焦。
本发明基于输电线路三维场景“数字孪生”模型给出了关注对象可视域，给定摄像机采集不同关注对象的控制动作，实现了自动监控，减少了工作负担，提高了准确度；并将监控数据自动储存于云服务器上，无需监控中心实时开机。此外，还根据塔基周围实际环境的“数字孪生”模型对摄像机位置迭代设计，并根据给出的显示数值调节可伸缩支架，有效规避了铁塔等邻近物体的遮挡，减少了视觉“盲区”；还可根据关注对象和环境变化、优先级别变化，实时更新“数字孪生”模型，调整自动监控方案，辅助监管人员人工操作，提高了工作效率和准确性；极大地提高了输电线路视频监控的自动化和智能化。
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：读入“数字孪生”模型的点云数据；
步骤2：按点云数据的分类分别提取关注对象的特征点；
步骤3：计算各关注对象的可视域；
步骤4：读取当前摄像机参数；
步骤5：根据关注对象的可视域和摄像机参数，给出相应的摄像机动作；
步骤6：读取设定的影像采集要求；
步骤7：根据摄像机动作和影像采集要求自动监控关注对象。
2.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：所述摄像机参数包括摄像机位置、视域范围、云台旋转角度及各关注对象在可视域内的摄像机姿态和对焦点。
3.根据权利要求2所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：根据“数字孪生”模型、摄像机位置和视域范围计算所述关注对象的可视域。
4.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：所述采集要求包括采集对象和采集周期。
5.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：还包括，
步骤8：按监控方案定期完成影像采集；
步骤9：将所述影像自动上传至云服务器中存储；
步骤10：监控中心按需连接云服务器读取监控成果并应用。
6.根据权利要求5所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：所述监控方案根据关注对象、环境变化和优先级别变化进行实时调整。
7.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：所述步骤1具体包括，
无线传输模块定期从云服务器中下载所述“数字孪生”模型给本地微处理器；
视域分析模块读入本地微处理器中的“数字孪生”模型。
8.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于：还包括直接对接用户监控中心，传输摄像头操作指令并传回影象。
9.根据权利要求1所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于，所述“数字孪生”模型根据铁塔及周边实际环境建立并对不同对象标识分类后更新。
10.根据权利要求9所述的基于输电线路三维场景进行自动监控的方法，其特征在于，通过激光点云扫描或BIM技术建立所述“数字孪生”模型。
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