CN112073679A - 一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法，其中系统包括：设备监控模块、视频监控模块、人机交互模块、数据处理模块和三维模型库；数据处理模块接收设备监控模块的告警信息，依据告警信息控制视频监控模块调用视频流，并将视频流帧图像替换三维场景模型中相应位置的图像，得到包含视频流帧图像的三维场景模型并发送至人机交互模块并显示。通过将三维场景模型、监控视频以及设备监控数据相结合，准确展示变电站内设备的实时状况；同时，用视频画面替换变电站设备三维模型中的相应位置，使得三维场景模型既可以展示变电站设备的三维全景效果，又可实时、准确地展示设备上仪表、开关、指示灯等位置的实时信息，提升了变电站远程监控的效果。

Description

一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及变电站设备监控技术领域，特别涉及一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法。

背景技术

变电站大多设备复杂、地处偏僻，且对设备状态的监控和故障处理的实时性要求高，采用人工的方法对变电站设备进行巡检操作繁琐，且效率较低。随着变电站数字化、智能化改造的深入，变电站设备的远程监控成为最为迫切的改进需求之一。

目前，变电站中使用的设备状态监控系统大都采用定点视频监控获取现场实时画面和各种传感器获取设备状态监控值的方式，监控的数据和视频是离散的，无法从多个角度形象的展示变电站内的整体状态。有些变电站监控系统开始引入三维模型来展示变电站内，但大多是对设备形状和位置的展示。三维模型无法与监控视频以及传感器的监控数据相结合，也无法准确形象的展示变电站内设备的实时状况。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法，通过将三维场景模型、监控视频以及传感器、控制器的监控数据相结合，准确形象的展示变电站内设备的实时状况；同时，用监控视频画面替换变电站设备三维模型中的关键位置，使得三维模型既可以展示变电站设备的三维全景效果，又可实时、准确地展示设备上仪表、开关、指示灯等关键位置的实时信息，从而提升变电站远程监控的效果。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种基于三维技术的变电站设备监控系统，包括：设备监控模块、视频监控模块、人机交互模块、数据处理模块和三维模型库；

所述三维模型库存储有变电站中建筑和设备的三维场景模型；

所述设备监控模块通过设备控制器和/或传感器获取所述变电站设备的运行信息，并当所述运行信息异常时向所述数据处理模块发出告警信息；

所述视频监控模块接收所述数据处理模块的控制信息，依据所述控制信息获取相对应的所述变电站设备的视频流，并将所述视频流发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块接收所述设备监控模块的告警信息，依据所述告警信息控制所述视频监控模块调用视频流，并将所述视频流帧图像替换所述三维场景模型中相应位置的图像，得到包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型并发送至所述人机交互模块；

所述人机交互模块接收并显示包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型。

进一步地，所述数据处理模块包括：事件触发单元、帧处理单元和图像融合单元；

所述事件触发单元按照预设条件发起视频采集事件；

所述帧处理单元对所述视频流进行预处理得到所述视频流帧图像，并将所述视频流帧图像和对应的摄像头拍摄参数发送至所述图像融合单元；

所述图像融合单元依据所述摄像头拍摄参数，将所述视频流帧图像替换所述三维场景模型中相应位置的图像，并将包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型发送至所述人机交互模块。

进一步地，所述预设条件包括：按照预设时间间隔发起所述视频采集事件和/或依据所述告警信息发起所述视频采集事件。

进一步地，所述依据所述告警信息发起所述视频采集事件的优先级高于所述按照预设时间间隔发起所述视频采集事件。

进一步地，所述事件触发单元包括：视频采集事件指针；

所述视频采集事件指针依据所述变电站设备状态指标得到相对应的所述变电站设备和所述摄像头及其拍摄参数。

进一步地，所述三维场景模型依据所述变电站包括第一层模型结构、第二层模型结构、第三层模型结构和第四层模型结构；

所述第一层模型结构包括所述变电站的多个区域或建筑物；

所述第二层模型结构包括每个所述区域或建筑物内的多个房间；

所述第三层模型结构包括每个所述房间内的多个设备；

所述第四层模型结构包括每个所述设备的多个监控位置。

进一步地，所述人机交互模块包括多个显示界面；

所述多个显示界面分别显示所述三维场景模型的整体图像和/或局部放大图像。

进一步地，所述基于三维技术的变电站设备监控系统还包括：存储模块；

所述存储模块存储有：摄像头信息表、变电站设备指标数据表和变电站设备状态监测点表；

所述变电站设备状态监测点表与所述三维场景模型和所述摄像头信息表相关；

所述变电站设备状态监测点表包括：设备信息和摄像头信息。

进一步地，所述设备信息包括：设备编号、设备名称和/或设备监控状态名称；

所述摄像头信息包括：摄像头编号、摄像头云台旋转角度、摄像头放大倍数、视频流帧图像尺寸和/或视频流帧图像旋转转换矩阵。

本发明实施例的第二方面提供了一种基于三维技术的变电站设备监控系统控制方法，用于控制上述任一变电站设备监控系统，包括如下步骤：

实时检测变电站设备的状态信息；

当所述变电站设备出现异常时，获取与所述变电站设备相应的视频流；

当所述变电站设备未出现异常时，依据预设时间间隔获取所述视频流；

对所述视频流进行预处理，得到所述视频流帧图像；

依据相应的摄像头参数，将所述视频流帧图像融合至所述变电站的三维场景模型中的相应位置，得到包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型；

将包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型发送至人机交互模块并显示。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过将三维场景模型、监控视频以及传感器、控制器的监控数据相结合，准确形象的展示变电站内设备的实时状况；同时，用监控视频画面替换变电站设备三维模型中的关键位置，使得三维模型既可以展示变电站设备的三维全景效果，又可实时、准确地展示设备上仪表、开关、指示灯等关键位置的实时信息，从而提升变电站远程监控的效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的变电站设备监控系统的原理示意图；

图2是本发明实施例提供的三维场景模型的示意图；

图3是本发明实施例提供的变电站设备监控系统控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的变电站设备监控系统控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例提供的变电站设备监控系统的原理示意图。

请参照图1，本发明实施例的第一方面提供了一种基于三维技术的变电站设备监控系统，包括：设备监控模块、视频监控模块、人机交互模块、数据处理模块和三维模型库。三维模型库存储有变电站中建筑和设备的三维场景模型。设备监控模块通过设备控制器和/或传感器获取变电站设备的运行信息，并当运行信息异常时向数据处理模块发出告警信息。视频监控模块接收数据处理模块的控制信息，依据控制信息获取相对应的变电站设备的视频流，并将视频流发送至数据处理模块。数据处理模块接收设备监控模块的告警信息，依据告警信息控制视频监控模块调用视频流，并将视频流帧图像替换三维场景模型中相应位置的图像，得到包含视频流帧图像的三维场景模型并发送至人机交互模块。人机交互模块接收并显示包含视频流帧图像的三维场景模型。

可选的，变电站设备分为主设备、辅助设备和相关的控制、保护、监测系统。其中，主设备包括变压器、母线、断路器和个隔离开关等，辅助设备包括：屏柜和摄像头等。

在本发明实施例的一个实施方式中，数据处理模块包括：事件触发单元、帧处理单元和图像融合单元。事件触发单元按照预设条件发起视频采集事件；帧处理单元对视频流进行预处理得到视频流帧图像，并将视频流帧图像和对应的摄像头拍摄参数发送至图像融合单元；图像融合单元依据摄像头拍摄参数，将视频流帧图像替换三维场景模型中相应位置的图像，并将包含视频流帧图像的三维场景模型发送至人机交互模块。

可选的，预设条件包括：按照预设时间间隔发起视频采集事件和/或依据告警信息发起视频采集事件。

其中，依据告警信息发起视频采集事件的优先级高于按照预设时间间隔发起视频采集事件。

此外，事件触发单元还可包括：视频采集事件指针。视频采集事件指针依据变电站设备状态指标得到相对应的变电站设备和摄像头及其拍摄参数。

图2是本发明实施例提供的三维场景模型的示意图。

请参照图2，可选的，三维场景模型依据变电站包括第一层模型结构、第二层模型结构、第三层模型结构和第四层模型结构。其中，第一层模型结构包括变电站的多个区域或建筑物；第二层模型结构包括每个区域或建筑物内的多个房间；第三层模型结构包括每个房间内的多个设备；第四层模型结构包括每个设备的多个监控位置。

可选的，人机交互模块包括多个显示界面。多个显示界面分别显示三维场景模型的整体图像和/或局部放大图像。上述人机交互模块的设置方式，可以提高用户在使用本系统时的便利性，提高监控效果，具有更好的人机交互性能。

此外，变电站设备监控系统还包括：存储模块。存储模块存储有：摄像头信息表、变电站设备指标数据表和变电站设备状态监测点表；变电站设备状态监测点表与三维场景模型和摄像头信息表相关；变电站设备状态监测点表包括：设备信息和摄像头信息。

进一步地，设备信息包括：设备编号、设备名称和/或设备监控状态名称；摄像头信息包括：摄像头编号、摄像头云台旋转角度、摄像头放大倍数、视频流帧图像尺寸和/或视频流帧图像旋转转换矩阵。

图3是本发明实施例提供的变电站设备监控系统控制方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的变电站设备监控系统控制方法的流程示意图。

请参照图3和图4，本发明实施例的第二方面提供了一种基于三维技术的变电站设备监控系统控制方法，用于控制上述任一基于三维技术的变电站设备监控系统，包括如下步骤：

S100，实时检测变电站设备的状态信息。

S200，当变电站设备出现异常时，获取与该变电站设备相应的视频流。

S300，当变电站设备未出现异常时，依据预设时间间隔获取视频流。

S400，对视频流进行预处理，得到视频流帧图像。

S500，依据相应的摄像头参数，将视频流帧图像融合至变电站的三维场景模型中的相应位置，得到包含视频流帧图像的三维场景模型。

S600，将包含视频流帧图像的三维场景模型发送至人机交互模块并显示。

正常情况下，设备监控系统按变电站中设备状态监测的预设时间间隔发起视频采集事件。视频监控模块根据视频采集事件的命令调用对应的摄像头获取变电站内对应设备的仪表、开关、指示灯的相应位置的视频流，并发送给数据处理模块的帧处理单元；帧处理单元对视频流进行预处理，获取对应的视频流帧图像和摄像头的拍摄参数，并一起发送给图像融合处理单元；图像融合处理单元依据摄像头的拍摄参数将视频流帧图像融合到三维场景模型中，发送给人机交互模块；用户通过人机交互模块可以看到现场隔离开关的开、合状态，也在三维场景模型中看到视频监控摄像头传回的现场真实的开、闭状态，也可以看到测控系统屏柜中隔离开关指示灯的情况。

当变电站SF6气体浓度报警的情况下，设备监控模块向数据处理模块中的事件触发单元发送告警信息，暂停发起正常轮询的设备状态视频采集事件，优先发起该告警事件对应的视频采集事件；视频监控模块调用对应的摄像头获取变电站内对应设备的仪表、开关、指示灯的对应位置的视频流，并发送给数据处理模块的帧处理单元；帧处理单元对视频流进行预处理，获取对应的视频流帧图像和摄像头的拍摄参数，并一起发送给图像融合处理单元；图像融合处理单元依据摄像头的拍摄参数将视频流帧图像融合到三维场景模型中，发送给人机交互模块；用于通过人机交互模块可以看到传感器传回的SF6浓度，在三维场景模型中看到现场SF6监测仪表的指针数据，同时，还可以看到屏柜内中监测设备上的告警灯闪烁情况。

通过三维场景模型与视频联动的变电站设备监控系统及控制方法的实现，运维人员在办公场所就可以知道设备区域中的设备运行情况，加强了设备监测的准确性，有效提高了运维效率。

本发明实施例旨在保护一种基于三维技术的变电站设备监控系统及其控制方法，其中系统包括：设备监控模块、视频监控模块、人机交互模块、数据处理模块和三维模型库；三维模型库存储有变电站中建筑和设备的三维场景模型；设备监控模块通过设备控制器和/或传感器获取变电站设备的运行信息，并当运行信息异常时向数据处理模块发出告警信息；视频监控模块接收数据处理模块的控制信息，依据控制信息获取相对应的变电站设备的视频流，并将视频流发送至数据处理模块；数据处理模块接收设备监控模块的告警信息，依据告警信息控制视频监控模块调用视频流，并将视频流帧图像替换三维场景模型中相应位置的图像，得到包含视频流帧图像的三维场景模型并发送至人机交互模块；人机交互模块接收并显示包含视频流帧图像的三维场景模型。上述技术方案具备如下效果：

通过将三维场景模型、监控视频以及传感器、控制器的监控数据相结合，准确形象的展示变电站内设备的实时状况；同时，用监控视频画面替换变电站设备三维模型中的关键位置，使得三维模型既可以展示变电站设备的三维全景效果，又可实时、准确地展示设备上仪表、开关、指示灯等关键位置的实时信息，从而提升变电站远程监控的效果。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，包括：设备监控模块、视频监控模块、人机交互模块、数据处理模块和三维模型库；

所述三维模型库存储有变电站中建筑和设备的三维场景模型；

所述设备监控模块通过设备控制器和/或传感器获取所述变电站设备的运行信息，并当所述运行信息异常时向所述数据处理模块发出告警信息；

所述视频监控模块接收所述数据处理模块的控制信息，依据所述控制信息获取相对应的所述变电站设备的视频流，并将所述视频流发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块接收所述设备监控模块的告警信息，依据所述告警信息控制所述视频监控模块调用视频流，并将所述视频流帧图像替换所述三维场景模型中相应位置的图像，得到包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型并发送至所述人机交互模块；

所述人机交互模块接收并显示包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型。

2.根据权利要求1所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：事件触发单元、帧处理单元和图像融合单元；

所述事件触发单元按照预设条件发起视频采集事件；

所述帧处理单元对所述视频流进行预处理得到所述视频流帧图像，并将所述视频流帧图像和对应的摄像头拍摄参数发送至所述图像融合单元；

所述图像融合单元依据所述摄像头拍摄参数，将所述视频流帧图像替换所述三维场景模型中相应位置的图像，并将包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型发送至所述人机交互模块。

3.根据权利要求2所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，

所述预设条件包括：按照预设时间间隔发起所述视频采集事件和/或依据所述告警信息发起所述视频采集事件。

4.根据权利要求3所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，

所述依据所述告警信息发起所述视频采集事件的优先级高于所述按照预设时间间隔发起所述视频采集事件。

5.根据权利要求2所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，

所述事件触发单元包括：视频采集事件指针；

所述视频采集事件指针依据所述变电站设备状态指标得到相对应的所述变电站设备和所述摄像头及其拍摄参数。

6.根据权利要求1所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，

所述三维场景模型依据所述变电站包括第一层模型结构、第二层模型结构、第三层模型结构和第四层模型结构；

所述第一层模型结构包括所述变电站的多个区域或建筑物；

所述第二层模型结构包括每个所述区域或建筑物内的多个房间；

所述第三层模型结构包括每个所述房间内的多个设备；

所述第四层模型结构包括每个所述设备的多个监控位置。

7.根据权利要求1所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，所述人机交互模块包括多个显示界面；

所述多个显示界面分别显示所述三维场景模型的整体图像和/或局部放大图像。

8.根据权利要求1所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，还包括：存储模块；

所述存储模块存储有：摄像头信息表、变电站设备指标数据表和变电站设备状态监测点表；

所述变电站设备状态监测点表与所述三维场景模型和所述摄像头信息表相关；

所述变电站设备状态监测点表包括：设备信息和摄像头信息。

9.根据权利要求8所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，其特征在于，

所述设备信息包括：设备编号、设备名称和/或设备监控状态名称；

所述摄像头信息包括：摄像头编号、摄像头云台旋转角度、摄像头放大倍数、视频流帧图像尺寸和/或视频流帧图像旋转转换矩阵。

10.一种基于三维技术的变电站设备监控系统控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-9任一项所述的基于三维技术的变电站设备监控系统，包括如下步骤：

实时检测变电站设备的状态信息；

当所述变电站设备出现异常时，获取与所述变电站设备相应的视频流；

当所述变电站设备未出现异常时，依据预设时间间隔获取所述视频流；

对所述视频流进行预处理，得到所述视频流帧图像；

依据相应的摄像头参数，将所述视频流帧图像融合至所述变电站的三维场景模型中的相应位置，得到包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型；

将包含所述视频流帧图像的所述三维场景模型发送至人机交互模块并显示。

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