CN112181549B - 变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统及方法，所述识别系统包括：顺次相连的监控主机、图像分转接头、图像采集器和感知结果应用主机；所述监控主机用于采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。本发明将现有技术中的人工识别更改为由机器进行全自动识别，极大地提升识别工作效率。
Description
技术领域
本发明属于智能电网的运行维护和自动检测技术领域，具体涉及一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统及方法。
背景技术
图像处理(Image Processing，IP)技术在近些年伴随着移动互联网的快速兴起实现了飞跃的发展。在工业生产、建筑交通、医疗保健、娱乐传媒乃至尖端国防工业中都有着越来越深入的渗透和越来越广泛的应用。图像处理最早可以追溯到1920年人们利用铺设在北大西洋海底的电缆从英国伦敦到美国纽约传输了一张经过简单的数字压缩技术处理过后的照片，这一创举可谓是图像处理技术的起源。在上世纪50年代随着电子计算机的发展，计算机呈现出的呈指数级上升的数据分析处理能力，让人们看到了新的突破方向，数字图像处理(Digital Image Processing，DIP)的研究也开始成为热点，并在上世纪60年代正式宣告了数字图像处理这一全新学科的诞生。
图像处理与识别二者之间是相互联系的，图像处理是图像识别的基础条件，图像识别又促进了图像处理技术的提升。通过计算机对图像进行处理、分析，最终达到需要的技术效果，能够对处理对象进行识别。图像处理与识别的最终目的是识别，文字识别、数字图像识别、物体识别是图像识别经历的3个阶段。在我国的很多领域中，对于很精细的对象用肉眼是无法满足需求的，此时就需要利用计算机的图像处理与识别技术，通过精细的技术代替人类处理大量的物理信息，提高识别效率，降低错误率。
近年来，图像处理技术也被逐渐被应用到电力系统尤其是无人值守变电站当中。无人值守的变电站特别是小型变电站的智能化监测可以使得工作人员从简单枯燥的监测工作中解脱出来，并可避免人员因素造成的监测错误，也有利于提高工作效率减少企业经营成本。目前的解决方案主要是采用智能化仪表和相关自动控制元器仪表以组成比较复杂的智能化监测系统，。利用图像识别技术对无人值守变电站进行智能化监测系统本身的成本相对较小，而且基本不需要更换现存相应监测仪表和控制用元器件。具体而言，利用图像识别技术能够比较容易地实现对无人值守变电站内现存数字式仪表和指针式仪表进行读数识别、对于各类报警或指示灯进行颜色识别、对于开关类器件进行档位识别等，并且可以对无人值守变电站进行火情识别和门禁管理等，以此为基础实现对无人值守变电站的智能化监测和控制，效益成本比十分显著。变电站监控系统的日常运行监控界面主要包括主接线图和间隔图，在日常运行维护界面如果可以自动检测并识别到特定电力图元的动态变化，并用于与监控系统的预警信息相互验证，可以有效较少误报、漏报的情况发生，因而在工程中也具有较大的应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统及方法，将现有技术中的人工识别更改为由机器进行全自动识别，极大地提升检测工作效率。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，包括：顺次相连的监控主机、图像分转接头、图像采集器和感知结果应用主机；
所述监控主机用于采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；
所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
可选地，所述感知结果应用主机包括顺次相连的图像采集模块、图像动态识别模块和感知结果应用模块；
所述图像采集模块与所述图像采集器相连，接收图像采集器发送的视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述图像动态识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并将识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息发送至感知结果应用模块；
所述感知结果应用模块对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
可选地，所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库；
所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征；当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型；基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，完成图符识别。
可选地，所述变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统还包括映射关系配置工具，所述映射关系配置工具与图像动态识别模块相连；所述映射关系配置工具基于典型监控界面和变电站的SCD文件，生成映射文件。
可选地，所述映射数据ID通过以下方法获得：
映射关系配置工具分别加载和展示典型监控截图及SCD文件，SCD文件中待映射的数据信息通过层次树形图方式在映射关系配置工具的配置界面上进行展示，映射关系配置工具在树形图中选定映射的数据对象后将自动拼接生成包含各层次路径对象信息的全路径的映射数据ID，表现形式为一个包含字母和数字的长字符串ID。
可选地，所述变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统还包括监控显示器，所述图像分转接头包括两个输出端，其中一个输出端与所述图像采集器相连，另一个输出端与所述监控显示器相连，由所述监控显示器对从图像分转接头中接收到的图像信号进行显示，实现将监控主机的图像信号进行无损复制为二路或多路输出。
可选地，所述图像分转接头提供多种信号转换接口，所述信号转换接口包括VGA接口、DVI接口和HDMI接口中的任意一种或多种。
可选地，所述图像采集器为独立外置设备，通过USB接口连接到感知结果应用主机上。
第二方面，本发明提供了一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别方法，包括以下步骤：
利用监控主机采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；
利用所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
利用所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
可选地，所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库；所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征；当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型；基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，完成图符识别。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统及方法，能够实现无人值守变电站中对监控界面电力图符动态变化的快速感知和智能识别，可与监控系统的远传上送信息相互验证，为远方管理人员提供决策辅助；同时本发明也可适用于检测机构对变电站监控产品的入网检测工作，可将原来需要人工判断界面测试结果的测试用例提升为全自动测试用例，极大地提升检测工作效率。
本发明通过图像分转接头和外置式的图像采集器，可以完全不干扰变电站监控产品和其它待检测对象的正常运行。
本发明可以高帧率、无损的采集监控产品的HDMI、DVI或VGA信号输出，为后续的图像处理提供支持。
本发明中的映射文件，可以简化图像算法处理过程，实时监测变电站监控界面电力图元的状态信息，辨识结果具有可读性和实时性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的识别系统的结构示意图；
图2为本发明一种实施例的识别系统的原理示意图；
图3是本发明提供的识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息的处理步骤示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，如图1所示，具体包括：顺次相连的监控主机、图像分转接头、图像采集器、感知结果应用主机和监控显示器；
所述监控主机为变电站中用于部署综合自动化监控系统的电脑主机或服务器设备，监控主机通过网络采集到变电站内的二次设备变化信息，本发明中需要感知动态变化的监控系统电力图符包括以下的类型及相应的变化状态：
1)量测图元，以数字字符展示实时采集变化的数值；
2)断路器，变化状态包括分、合及异常态；
3)刀闸，变化状态包括分、合及异常态；
4)接地刀闸，变化状态包括分、合及异常态；
5)压板，变化状态包括投入已退出两种状态；
6)光字牌，变化状态包括投入已退出两种状态；
上述各电力图符的展示界面应符合国网规范《Q/GDW 11162—2014电力系统图形描述规范》的标准要求。
所述监控显示器，为配合监控主机展示监控界面的显示设备，工程人员或者用户通过浏览显示器展示的监控界面信息，配置、浏览和操作监控系统，完成变电站的日常运行和维护，在本发明实施例中监控显示器的图像信号不是直接来源于监控主机，而是来源于监控主机通过图像分转接头复制输出的图像信号。
所述图像分转接头，用于将监控主机的图像信号进行复制为二路或多路输出，每路的输出图像信号均与原输入图像信号保持一致，图像信号模式目前可支持VGA、DVI和HDMI等模式，不同模式的信号源需要更换对应的图像分转接头，在本发明中输出的一份图像信号仍然发送给监控显示器，支持正常的监控界面操作，另一份输出的图像信号则发送给图像采集器，以支持后续的图像采集功能；
所述图像采集器，用于将输入的图像信号实时转换为视频或图像数据文件保存到目标机器上，在本方法中图像采集器通过USB接口安装在感知结果应用主机上，将输入的图像信号在采集器内部转换为视频或图像数据文件，并通过USB接口将视频或图像数据文件保存在应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
所述感知结果应用主机包括顺次相连的图像采集模块、图像动态识别模块和感知结果应用模块；
所述图像采集模块与所述图像采集器相连，接收图像采集器发送的视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述图像动态识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并将识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息发送至感知结果应用模块；
所述感知结果应用模块对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库，所述图符特征模型库是基于前景的拓扑特征的建模与表示获得的；
所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块进行前景提取，获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征；当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型；基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，完成图符识别。
所述变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统还包括映射关系配置工具，所述映射关系配置工具与图像动态识别模块相连；所述映射关系配置工具基于典型监控界面和变电站的SCD文件，生成映射文件。
所述映射数据ID通过以下方法获得：
映射关系配置工具分别加载和展示典型监控截图及SCD文件，SCD文件中待映射的数据信息通过层次树形图方式在映射关系配置工具的配置界面上进行展示，映射关系配置工具在树形图中选定映射的数据对象后将自动拼接生成包含各层次路径对象信息的全路径的映射数据ID，表现形式为一个包含字母和数字的长字符串ID。
实施例2
本发明实施例中提供了一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别方法，包括以下步骤：
利用监控主机采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；
利用所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
利用所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用。
其中，所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库；所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征；当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型；基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，完成图符识别。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于，包括：顺次相连的监控主机、图像分转接头、图像采集器和感知结果应用主机；
所述监控主机用于采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；
所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用；
所述感知结果应用主机包括顺次相连的图像采集模块、图像动态识别模块和感知结果应用模块；
所述图像采集模块与所述图像采集器相连，接收图像采集器发送的视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
所述图像动态识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并将识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息发送至感知结果应用模块；
所述感知结果应用模块对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用；
所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库；
所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征，当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型，基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息。
2.根据权利要求1所述的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于：所述变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统还包括映射关系配置工具，所述映射关系配置工具与图像动态识别模块相连；所述映射关系配置工具基于典型监控界面和变电站的SCD文件，生成映射文件。
3.根据权利要求2所述的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于，所述映射数据ID通过以下方法获得：
映射关系配置工具分别加载和展示典型监控截图及SCD文件，SCD文件中待映射的数据信息通过层次树形图方式在映射关系配置工具的配置界面上进行展示，映射关系配置工具在树形图中选定映射的数据对象后将自动拼接生成包含各层次路径对象信息的全路径的映射数据ID，表现形式为一个包含字母和数字的长字符串ID。
4.根据权利要求1所述的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于：所述变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统还包括监控显示器，所述图像分转接头包括两个输出端，其中一个输出端与所述图像采集器相连，另一个输出端与所述监控显示器相连，由所述监控显示器对从图像分转接头中接收到的图像信号进行显示，实现将监控主机的图像信号进行无损复制为二路或多路输出。
5.根据权利要求1所述的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于：所述图像分转接头提供多种信号转换接口，所述信号转换接口包括VGA接口、DVI接口和HDMI接口中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别系统，其特征在于：所述图像采集器为独立外置设备，通过USB接口连接到感知结果应用主机上。
7.一种变电站监控界面电力图符动态感知的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用监控主机采集变电站内的设备变化信息，然后经图像分转接头以图像信号形式发送至图像采集器；
利用所述图像采集器将接收到的图像信号实时转换为视频或图像数据文件，并保存到感知结果应用主机预先配置的管理文件目录下；
利用所述感知结果应用主机从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，并对识别出的特定电力图符按照时间变化的动态信息进行应用；
所述图像动态识别模块中包括映射文件和图符特征模型库；所述映射文件中包括若干组映射关系，每组映射关系对应典型监控界面上的一个待识别的图符对象，每组映射关系均包括待识别的图符对象的坐标、区域、映射数据ID和图符类型；
所述图像动态感知识别模块从存储的视频或图像数据文件中识别出特定电力图符按照时间变化的动态信息，包括以下步骤：
所述图像动态感知识别模块获取当前视频或图像数据文件中动态变化图符的坐标和区域信息，以及实时图符特征；当判断出获取到的坐标和区域信息包含在映射文件中，则基于该坐标和区域信息从所述映射文件中提取出与对应的图符类型；基于提取到的图符类型，从所述图符特征模型库中筛选出对应的图符特征模板；将所述动态变化图符的实时图符特征与筛选出的图符特征模板进行比对，完成图符识别。
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