CN111900694A - 一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法及系统，包括，根据厂站、主设备、屏柜、二次设备之间的参数关系构建保护设备信息模型；对所述厂站中的保护设备进行自动识别，获取所述保护设备参数数据；根据数据类型格式对参数数据进行解析并自动匹配到所述信息模型中进行存储。本发明通过构建保护设备信息模型，自动识别、解析、匹配、存储参数数据和变化量，本发明能够规范统一继电保护设备信息采集，提高数据维护的速度、质量，突破了传统信息采集的纸笔界限，解决了重复繁琐、不易保存的弊端，减轻了现场运维人员的工作压力。

Description

一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法及系统

技术领域

本发明涉及继电保护信息采集的技术领域，尤其涉及一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法及系统。

背景技术

近年来,随着电网规模日益扩大,继电保护设备数量迅速增加，同时,由于继电保护设备种类多,供应商数量多,国产装置软、硬件技术更新频繁,继电保护装置管理面临较大挑战。

然而在传统模式上,继电保护基础数据的维护工作是由各运维单位通过线下纸质形式进行存储和维护的，在该种方式下,随着数据的增多,纸质日志不易保存,并且对数据进行统计分析的难度陡然上升,导致继电保护管理信息化水平低；另外,现行的维护模式给运维人员带来很大的工作压力,采集的信息没有统一的规范,影响维护质量,不利于员工培训和能力提升工作的开展,对人力资源造成不必要的浪费。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明提供了一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法及系统，能够规范统一继电保护设备信息采集的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，根据厂站、主设备、屏柜、二次设备之间的参数关系构建保护设备信息模型；对所述厂站中的保护设备进行自动识别，获取所述保护设备参数数据；根据数据类型格式对参数数据进行解析并自动匹配到所述信息模型中进行存储。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：构建所述信息模型包括，选择径向基函数作为所述信息模型的目标函数，如下，

其中，x＝{x₁；x₂；…；x₁₄}：所述保护设备参数关系的历史数据幅频特性向量组成的幅频特性矩阵，y：所述保护设备历史数据的所述幅频特性向量，σ：核宽度，即训练样本数据集的分布或范围特性。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：构建所述信息模型之后还包括，以屏柜为单位生成可储存的所述信息模型唯一二维码标识。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：获取所述参数数据包括，采集所述保护设备屏幕图像；预处理所述屏幕图像信息，增强图像辨识度；检测定位所述图像信息中的文本区域位置，利用文本构造策略将所述文本区域矩形框作为候选区域，选择相邻的两个所述候选区域组成一个pair，合并不同的所述pair建立文本序列框直至无法合并时结束；识别所述文本区域，得到所述图像信息的参数信息，将其定义为所述参数数据。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：识别所述文本区域包括，根据所述保护设备参数文本的上下文建立LSTM网络层对定位的所述文本区域位置；利用CTC分割、合并相邻字符；将检测处理后的所述文本图像输入LSTM+CTC文本识别网络，得到最终的文本识别结果。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：所述预处理还包括，灰度化处理所述屏幕图像信息并增强亮度，如下，

G(x)＝f(m)-g(m)

其中，g(m)：输出图像的平均亮度，f(m)：输入图像的平均亮度，P_1i、P_2i分别表示输出图像与输入图像的灰度值，n_1i、n_2i分别表示输出与输入图像该灰度值的像素个数，N₁、N₂分别表示输出与输入图像的总像素个数。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：包括，根据所述数据类型格式对所述参数数据进行解析，将所述数据类型划分为汉字、英文+数字、日期三种类型；利用所述数据类型自动对应匹配所述信息模型；利用学习优化策略纠正自动匹配错误的所述参数数据。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：所述自动对应匹配还包括，匹配模式定义和AC策略辅助匹配；所述匹配模式定义包括，从待查找的字符串中找出与给定的子串相同的所有子串及所述子串在所述字符串中的位置，则匹配成功；所述AC策略辅助匹配包括，预处理和匹配状态。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的一种优选方案，其中：还包括，利用所述信息模型历史数据与匹配完成的所述参数数据进行比较；提取所述信息模型匹配所述参数数据的单个变化量；结合人工审核有变化的数据并填写变化更新说明；将所述参数数据的变化量存储到所述信息模型中。

作为本发明所述的一种基于自动识别的继电保护设备信息采集系统的一种优选方案，其中：包括，模型构建模块，用于构建所述保护设备信息模型，通过屏柜为单位生成可储存信息的所述二维码标识；自动识别处理模块与所述模型构建模块相连接，其用于识别所述图像信息，通过图像识别处理获取保护设备的所述参数数据；模型匹配模块连接于所述自动识别处理模块，其用于将识别的所述参数数据对应匹配到所述信息模型中；数据处理模块与所述模型构建模块、所述自动识别处理模块和所述模型匹配模块相连接，其用于通过与所述信息模型的历史数据作比较，判断所述参数数据的变化量，将所述参数数据的变化量存储到所述信息模型。

本发明的有益效果：本发明通过构建保护设备信息模型，自动识别、解析、匹配、存储参数数据和变化量，本发明能够规范统一继电保护设备信息采集，提高数据维护的速度、质量，突破了传统信息采集的纸笔界限，解决了重复繁琐、不易保存的弊端，减轻了现场运维人员的工作压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的二维码标识生成示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法的两种方法对比测试输出曲线示意图；

图4为本发明第二个实施例所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集系统的模块结构分布示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～图3，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，包括：

S1：根据厂站、主设备、屏柜、二次设备之间的参数关系构建保护设备信息模型。其中需要说明的是，构建信息模型包括：

选择径向基函数作为信息模型的目标函数，如下，

其中，x＝{x₁；x₂；…；x₁₄}：保护设备参数关系的历史数据幅频特性向量组成的幅频特性矩阵，y：保护设备历史数据的幅频特性向量，σ：核宽度，即训练样本数据集的分布或范围特性。

进一步的，参照图2，构建信息模型之后还包括：

根据保护设备的基础参数，分析归类参数特点；

利用QR编码格式以屏柜为单位生成可储存的信息模型唯一二维码标识。

S2：对厂站中的保护设备进行自动识别，获取保护设备参数数据。本步骤需要说明的是，获取参数数据包括：

采集保护设备屏幕图像；

预处理屏幕图像信息，增强图像辨识度；

检测定位图像信息中的文本区域位置，利用文本构造策略将文本区域矩形框作为候选区域，选择相邻的两个候选区域组成一个pair，合并不同的pair建立文本序列框直至无法合并时结束；

识别文本区域，得到图像信息的参数信息，将其定义为参数数据。

进一步的，识别文本区域包括：

根据保护设备参数文本的上下文建立LSTM网络层对定位的文本区域位置；

利用CTC分割、合并相邻字符；

将检测处理后的文本图像输入LSTM+CTC文本识别网络，得到最终的文本识别结果。

具体的，预处理还包括：

灰度化处理屏幕图像信息并增强亮度，如下，

G(x)＝f(m)-g(m)

其中，g(m)：输出图像的平均亮度，f(m)：输入图像的平均亮度，P_1i、P_2i分别表示输出图像与输入图像的灰度值，n_1i、n_2i分别表示输出与输入图像该灰度值的像素个数，N₁、N₂分别表示输出与输入图像的总像素个数。

S3：根据数据类型格式对参数数据进行解析并自动匹配到信息模型中进行存储。其中还需要说明的是：

根据数据类型格式对参数数据进行解析，将数据类型划分为汉字、英文+数字、日期三种类型；

利用数据类型自动对应匹配信息模型；

利用学习优化策略纠正自动匹配错误的参数数据。

具体的，自动对应匹配还包括，匹配模式定义和AC策略辅助匹配；

匹配模式定义包括，从待查找的字符串中找出与给定的子串相同的所有子串及子串在字符串中的位置，则匹配成功；

AC策略辅助匹配包括，预处理和匹配状态，如下：

预处理包括：构建有限状态自动机并计算goto(转移)函数、failure(失效)函数、output(输出)函数；

goto(转移)函数：若从当前状态出发能够找到标注字符‘a’的矢线，则返回矢线所指的状态，否则返回跳转失败状态fail；

定义状态集合U＝{0,1,2,…}，文本串当前字符为‘a’，则goto函数为一种映射goto(U,a)->U；

failure(失效)函数：若某状态的父状态为0，则该状态的失效函数为0，定义其它状态m的父状态为r，则该状态的失效函数failure(m)＝goto(failure(r),a)；

output(输出)函数：每处理完一个模式串，将该模式串加入到当前状态s的输出函数中；

在计算failure函数过程中，若failure(s)＝s′，则output(s)＝output(s)∪output(s′)。

匹配状态包括：

若当前状态s初始化为0，则文本串指针指向文本串的首字符；

若文本串的当前指针为字符，则筛选出所指的字“a”，若为否，则匹配结束；

计算s′＝goto(s,a)，若s′≠fail，则s＝s′，向右移动文本串指针1位，并计算output函数；

若output(s)＝NULL，重新匹配筛选字符，若为否，则输出output(s)的值，表示有模式串匹配成功；

若s′＝fail，则调用failure函数，即当前状态s＝failure(s′),重新计算output函数，直至模式串匹配成功。

进一步的，还包括：

利用信息模型历史数据与匹配完成的参数数据进行比较；

提取信息模型匹配参数数据的单个变化量；

结合人工审核有变化的数据并填写变化更新说明；

将参数数据的变化量存储到信息模型中。

优选的，本实施例还需要说明的是，现有的一种继电保护信息数据采集上送方法是将继电保护设备信息根据信号类型进行分类，利用站内继电保护设备和故障录波器通过站控层网络接入一体化监控系统中，监控主机将继电保护在线监测信息形成文件，厂站端继电保护信息按照重要级别和类型向调度端传送采用信号点传输、告警直传、文件传输三种方式，站内故障录波器的文件数据通过文件传输的方式传送给调度端，该方法主要解决的技术问题是现有长期以来继电保护设备信息传送不稳定、信息识别仅能由专业人员识别完成，针对于数据采集，其依赖于保信子站，由于保信子站设备更新及后期维护不到位的原因，从全国范围实际运行情况分析，大部分保信系统存在主子站联通率不高、保护设备及故障录波器与子站通信不畅、故障录波数据难以获取的问题，因此在实际运行中能够实现的二次设备在线监视与分析应用运行效果不佳；而本发明方法通过构建的保护设备信息模型生成唯一的二维码标识，对获取的设备参数数据进行分类解析和自动匹配存储，利用信息模型规范统一继电保护设备信息采集，提高数据维护的速度和质量，减轻了现场运维人员的工作压力。

优选的是，为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择以传统继电保护信息数据采集上送方法与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比实验结果，以验证本发明方法所具有的真实效果；传统的继电保护信息数据采集上送方法针对于数据采集的实时性、全面性、稳定性、信息清晰性较差，数据可靠性不高、准确率较低，为验证本发明方法相较于传统方法具有较好的实时性、全面性、稳定性、信息清晰性、可靠性和准确性，本实施例中将采用传统的继电保护信息数据采集上送方法与本发明方法分别对某一地区变电站的继电保护设备进行数据采集的对比测试。

测试条件：(1)采集2000帧图像作为样本图片，图像帧为320*240像素，调取继电保护设备的相关历史数据作为样本数据，利用QR生成二维码标识；

(2)考虑图片存在关照变化、视角变化、背景杂乱、局部遮挡因素，两种检测方法分别采用各自的处理方法预处理图片；

(3)开启自动化测试设备并运用MATLB完成两种检测方法的仿真测试，输出准确率、识别效率的对比示意图。

参照图3，实线为本发明方法对应输出的曲线，虚线为传统方法对应输出的曲线，根据图3的示意，本发明方法与传统方法针对相同数量的数据样本采集的识别准确率和采集效率是不同的，实线相较于虚线的走势较为平缓，虽然实线与虚线都有下降趋势，但是实线相对来说波动起伏不大，而虚线的走势则较为陡峭，且实线一直在虚线的上方，即使双方曲线都有所下降，但是实线的准确度还是远高于虚线的，验证了本发明方法的真实效果。

实施例2

参照图4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于自动识别的继电保护设备信息采集系统，包括：

模型构建模块100，用于构建保护设备信息模型，通过屏柜为单位生成可储存信息的二维码标识。

自动识别处理模块200与模型构建模块100相连接，其用于识别图像信息，通过图像识别处理获取保护设备的参数数据。

模型匹配模块300连接于自动识别处理模块200，其用于将识别的参数数据对应匹配到信息模型中。

数据处理模块400与模型构建模块100、自动识别处理模块200和模型匹配模块300相连接，其用于通过与信息模型的历史数据作比较，判断参数数据的变化量，将参数数据的变化量存储到信息模型。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：包括，

根据厂站、主设备、屏柜、二次设备之间的参数关系构建保护设备信息模型；

对所述厂站中的保护设备进行自动识别，获取所述保护设备参数数据；

根据数据类型格式对参数数据进行解析并自动匹配到所述信息模型中进行存储。

2.根据权利要求1所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：构建所述信息模型包括，

选择径向基函数作为所述信息模型的目标函数，如下，

其中，x＝{x₁；x₂；…；x₁₄}：所述保护设备参数关系的历史数据幅频特性向量组成的幅频特性矩阵，y：所述保护设备历史数据的所述幅频特性向量，σ：核宽度，即训练样本数据集的分布或范围特性。

3.根据权利要求1或2所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：构建所述信息模型之后还包括，以屏柜为单位生成可储存的所述信息模型唯一二维码标识。

4.根据权利要求3所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：获取所述参数数据包括，

采集所述保护设备屏幕图像；

预处理所述屏幕图像信息，增强图像辨识度；

检测定位所述图像信息中的文本区域位置，利用文本构造策略将所述文本区域矩形框作为候选区域，选择相邻的两个所述候选区域组成一个pair，合并不同的所述pair建立文本序列框直至无法合并时结束；

识别所述文本区域，得到所述图像信息的参数信息，将其定义为所述参数数据。

5.根据权利要求4所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：识别所述文本区域包括，

根据所述保护设备参数文本的上下文建立LSTM网络层对定位的所述文本区域位置；

利用CTC分割、合并相邻字符；

将检测处理后的所述文本图像输入LSTM+CTC文本识别网络，得到最终的文本识别结果。

6.根据权利要求5所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：所述预处理还包括，

灰度化处理所述屏幕图像信息并增强亮度，如下，

G(x)＝f(m)-g(m)

其中，g(m)：输出图像的平均亮度，f(m)：输入图像的平均亮度，P_1i、P_2i分别表示输出图像与输入图像的灰度值，n_1i、n_2i分别表示输出与输入图像该灰度值的像素个数，N₁、N₂分别表示输出与输入图像的总像素个数。

7.根据权利要求1或6所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：包括，

根据所述数据类型格式对所述参数数据进行解析，将所述数据类型划分为汉字、英文+数字、日期三种类型；

利用所述数据类型自动对应匹配所述信息模型；

利用学习优化策略纠正自动匹配错误的所述参数数据。

8.根据权利要求7所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：所述自动对应匹配还包括，匹配模式定义和AC策略辅助匹配；

所述匹配模式定义包括，从待查找的字符串中找出与给定的子串相同的所有子串及所述子串在所述字符串中的位置，则匹配成功；

所述AC策略辅助匹配包括，预处理和匹配状态。

9.根据权利要求8所述的基于自动识别的继电保护设备信息采集方法，其特征在于：还包括，

利用所述信息模型历史数据与匹配完成的所述参数数据进行比较；

提取所述信息模型匹配所述参数数据的单个变化量；

结合人工审核有变化的数据并填写变化更新说明；

将所述参数数据的变化量存储到所述信息模型中。

10.一种基于自动识别的继电保护设备信息采集系统，其特征在于：包括，

模型构建模块(100)，用于构建所述保护设备信息模型，通过屏柜为单位生成可储存信息的所述二维码标识；

自动识别处理模块(200)与所述模型构建模块(100)相连接，其用于识别所述图像信息，通过图像识别处理获取保护设备的所述参数数据；

模型匹配模块(300)连接于所述自动识别处理模块(200)，其用于将识别的所述参数数据对应匹配到所述信息模型中；

数据处理模块(400)与所述模型构建模块(100)、所述自动识别处理模块(200)和所述模型匹配模块(300)相连接，其用于通过与所述信息模型的历史数据作比较，判断所述参数数据的变化量，将所述参数数据的变化量存储到所述信息模型。

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