CN112235537A - 一种变电站现场作业安全预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站现场作业安全预警方法，包括数据采集模块、数据处理模块、现场预警模块，所述数据采集模块通过三维激光扫测设备采集变电站内点云数据，通过数码摄像设备采集变电站内实时画面数据；所述数据处理模块，分别处理点云数据和监控图像数据，并对二者综合分析输出变电站内物体的位置和行为，从而判断是否有违规内容发生，及时产生预警；现场预警模块接收预警数据并发生现场预警，并在三维模型中进行展示。本发明具有模块化、准确率高、检测面积广、监管全面、变电站现场作业数据信息化的特点。

Description

一种变电站现场作业安全预警方法

技术领域

本发明软件技术领域，具体涉及一种变电站现场作业安全预警方法。

背景技术

当前有多种针对变电站作业安全监控的产品，如采用三维激光扫测对变电站内物体进行实时扫描，确定观察位置距离的，确保变电站内人、车、物体和带电体在作业时始终保持安全距离。如采用图像识别对变电站内监控图像进行实时物体识别，同时可以识别抓怕图像中人物的实时状态、行为，如违规未佩戴安全帽、穿工作服，或者跨越围栏等。

但是三维激光在变电站复杂环境中对作业安全的监控是有限的。其一，由于变电站场地宽阔，使得其中的部件、人体相对环境体积较小，当激光在远距离发生扩散时，人体、小物件因为被测量的有效点较小，很容易被滤波去掉而使得进度降低。 其二，由于变电站内环境复杂，当发生遮挡、聚集时激光点云无法进行区别。其三，变电站内安全规范较为复杂，如仅在安全距离一条上，对人、车、工具距离带电体的要求就不同，而目前使用点云数据无法准确分析检测到的目标到底是人还是车还是工具。

同样的，图像识别在变电站复杂环境中对作业安全的监控也是有限的。虽然相机的单目视觉相机测距方法已经在自动驾驶等领域有所应用，但是在面对变电站复杂的前后景情况，及有可能发生的高处作业情况，常见的单目视觉测距法无法对有垂直高度的物体进行有效测距，也就无法对人员作业时是否能够和带电体保持安全距离做出准确的判断。而面对变电站较为宽广的环境，图像识别也在数据采集上面临着焦距大的相机可监管面积小，焦距小的相机远处又拍不清楚的问题。

此前的方法对于变电站作业安全的检测是较为粗放式的，本发明在实地考察变电站需求的基础上，考虑到变电站日常作业对带电体的管理和操作需求，对变电站内设备进行分区域、分间隔、分部件管理，每个部件对应唯一标识，并根据变电站工作情况对应是否带电信息，为变电站安全的信息化监测打下基础。

综上，本发明考虑将三维点云扫描和图像识别技术相结合，同时取三维扫描所甄别的物体聚类的位置信息和图像识别计算所得的物体大致位置信息。对三维扫描所获得的准确物体聚类信息，一方面通过图像识别方法识别物体种类、行为，另一方面分辨该物体聚类是否为多物体堆叠，另一方面通过大致位置信息在可能范围内反查是否有物体点云被作为噪声过滤。在确定了检测范围内所有可能的物体点后，还可以通过控制变焦的球机对特定目标进行特写拍摄，解决了远距离监控的问题，使得同等监控范围内，所使用的设备数量下降，成本下降。从而使得一套设备即满足对安全距离的复杂化监测，也满足对作业行为的安全监测，并且提高二者的识别精度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的是针对传统三维激光检测方法在变电站宽阔、多遮挡、部件细小环境下运算速度慢、精度受距离影响大、对遮挡不敏感、对涉及物体分类难、对涉及人体行为分析难的缺陷和传统图像检测无法进行准确距离检测、远距离高精度拍摄视野小的缺陷，提出一种变电站现场作业安全预警方法。本发明充分利用三维激光检测在实时距离检测上的优势和计算机图像分析在画面人物行为识别上的优势，结合变电站具体需求和《变电安规》要求，最终实现对变电站现场作业的高精度预警。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于包括：

数据采集模块：通过三维激光扫测设备采集变电站内点云数据，通过数码摄像设备采集变电站内实时画面数据；

数据处理模块：其具体包括以下三个部分：对点云数据的处理、对监控图像数据的处理、点云数据和图像数据结合的处理；

对点云数据的处理以获得变电站各个物体的位置与相互之间的距离关系；

对监控图像的处理以获得具体物体的行为，并分析物体间重叠、遮挡的关系；

对点云数据和图像数据结合的处理，通过结合上述处理后的点云数据和监控图像数据，识别变电站内物体的情况，并判断是否为预警情况；

现场预警模块：接收预警数据并发生现场预警、在三维模型中进行展示；

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据采集模块包括：

三维激光扫测设备，用于获取三维点云数据，并采用对射方式分区域采集；

数码摄像设备，由三台不同焦距的定焦枪机和一台变焦球机组成，用于同步获取三维激光扫测范围内的实时图像画面。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块通过综合经过处理的点云数据和监控图像数据，识别变电站内物体的情况，并根据变电站《安规》要求，判断该行为是否违反规定，从而进行预警。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，对点云数据进行滤波、聚类分析等处理，分析获得变电站内各物体的位置信息，并对比得出其和最近带电物体间的距离。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，对三台定焦枪机的画面进行实时分析，识别画面中的具体物体，并通过物象关系，计算出画面中物体中的实际相对位置。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，通过比对点云数据和监控数据获得物体位置，指定球机近距离拍摄并分析物体具体行为，同时产生预警并将所摄画面作为存证。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述现场预警模块，

包括现场的声光报警器和通讯设备，用于调度处和现场实时通讯；

包括WEB平台的三维模型与告警信息展示。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述WEB平台的三维模型与告警信息展示通过预先三维建模，实时展示变电站内物体的移动、行为、预警情况。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于，包括：

通过预先进行的三维激光扫测技术，对变电站全站进行扫描，并通过所得点云数据进行全站三维建模；

根据设备能力，对变电站进行分区域监控；

对变电站内设备进行分区域、分间隔、分部件管理，每个部件对应唯一标识，并根据变电站工作情况对应是否带电信息；

形成的预警信息展示在变电站三维模型中对应位置。

所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过三维激光扫测设备和数码摄像设备收集对应的点云数据和监控图像数据；

2)对点云数据进行处理，对枪机监控图像进行处理，获得物体位置信息；

3)控制球机对物体进行近距离抓拍，分析抓拍画面识别物体行为；

4)分析物体行为是否将产生预警，如产生则发出预警信号；

5)现场预警模块接收告警信息，并展示告警内容。

本发明主要用于解决变电站现场作业实时监控识别违规行为的需求，鉴于三维点云扫测方法和图像监控方法对变电站复杂环境分析能力弱的缺陷，将二者结合，增加信息度量以处理具体问题，从而具有模块化、准确率高、检测面积广、监管全面、变电站现场作业数据信息化的特点。由于本发明所述的技术中一方面采用了三维激光扫测数据计算物体聚集相对于采集设备的真实位置，另一方面使用该位置数据可以推算相机视野中识别物体的实际位置，并控制相机对相应位置进行特写抓拍，解决了单独三维激光对遮挡敏感和单目相机对物体位置计算不准确的问题，使得对变电站内物体位置、行为的识别精准度大大提高。基于上述原因，按照本发明所述系统，可以有效识别变电站中现场作业的违规情况，并及时发出预警。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明数据采集设备的监控方案示意图；

图3为本发明的数据处理模块处理流程。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做进一步详细说明，本发明的目的和效果将变得更加明白。

如图1所示，本发明的一种变电站现场作业安全预警方法，采用的系统包括数据采集模块、数据处理模块、现场预警模块。数据采集模块通过三维激光扫测设备采集变电站内点云数据，通过数码摄像设备采集变电站内实时画面数据；数据通过网络传输给数据处理模块，分别处理点云数据和监控图像数据，并对二者综合分析输出变电站内物体的位置和行为，从而判断是否有违规内容发生，及时产生预警，并通过现场预警模块接收预警数据从而发生现场预警，同时将预警在三维模型中进行展示。

上述的数据采集模块，分为通过三维激光扫测设备采集变电站内的点云数据，通过数码摄像设备采集变电站内的实时画面数据。在200米长的变电站间隔内，点云数据的收集采用一台三维激光扫测设备，实时画面数据的收集采用三台不同焦距的定焦枪机和一台变焦球机。如图2所示，在多个200米长的变电站间隔将，将设备进行对射方式排布，覆盖较远处的监控死角。

上述的数据处理模块，主要包括三个部分：对点云数据的处理、对监控图像数据的处理、点云数据和图像数据结合的处理。如图3所示，具体数据处理流程如下所述。

其中对点云数据首先通过RANSAC算法检测平面，以剔除坡面点云对测量的干扰，滤波后通过和原始数据差分得到变电站内物体点云的初步数据，再通过欧式聚类，将分散的点云重新还原成物体聚类，从而获得物体聚类的相对检测设备位置。并将该聚类位置和预先收集的变电站三维模型中的临近部件对比，获得二者间的距离，作为后续判断是否在规定安全距离内的依据。其中对监控图像的数据处理，首先取三个定焦枪机的画面，在各自的置信距离区间内，获取物体识别结果，该结果包括物体在象平面的位置和物体种类、行为，在假设所有物体垂直距离地面都为0的情况下通过单目视觉相机测距方法计算其相对检测设备的位置。其中对点云数据和图像数据结合的处理，比对点云数据和图像数据所获得的物体位置数据，比对主要针对以下几种情况：

1)对物体离地面距离不为0的，修正所有物体垂直距离地面都为0的假设带来的偏差，统一其在点云数据和图像数据中的位置；

2)对在图像数据上出现的位置而未在点云数据上出现的数据，重新对滤波前的元数据提取周边点云数据，如图像识别为人体则额外进行形体判断，确定该点云数据集为人体，并根据点云重新获取位置，同时进行情况1）的检测，如不符合情况1）而出现位置误差偏大的，确认为遮挡或重叠情况，进入情况3）或4）；

3)对在图像数据上表现为遮挡的，根据图像框选比例和该物体聚类的位置，模拟计算其实际位置；

4)对在图像数据上表现为重叠的，根据图像框选比例，拆分元物体聚类，还原为对应个数的小聚类，重新计算比对实际位置；

5)差距仍较大的，保留二者位置，通过球机相机进一步特写甄别。

对计算位置进入选定的非置信区的，通过真实位置，移动球机进行特写甄别，在球机画面中识别物体行为，对前述情况5）的，移动球机使被摄物体到达球机画面中央，根据球机移动数值计算此时物体位置，更新为物体真实位置。最终获得监控区域内所有物体的实时位置，并对有变动的物体位置重新计算和带电物体的安全距离。

上述的现场预警模块包括现场的声光报警器和通讯设备，用于调度处和现场实时通讯；包括WEB平台的三维模型与告警信息展示。使用声光报警器，在收到预警信息的第一时间发生预警，并使用通讯设备确保调度室和现场进行实时指导通信。同时将点云信息转发到WEB平台，平台将点云数据展示在预制的三维模型中，实时展示物体和带电体的距离、物体的行为，并在违规时展示预警。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于包括：

数据采集模块：通过三维激光扫测设备采集变电站内点云数据，通过数码摄像设备采集变电站内实时画面数据；

数据处理模块：其具体包括以下三个部分：对点云数据的处理、对监控图像数据的处理、点云数据和图像数据结合的处理；

对点云数据的处理以获得变电站各个物体的位置与相互之间的距离关系；

对监控图像的处理以获得具体物体的行为，并分析物体间重叠、遮挡的关系；

对点云数据和图像数据结合的处理，通过结合上述处理后的点云数据和监控图像数据，识别变电站内物体的情况，并判断是否为预警情况；

现场预警模块：接收预警数据并发生现场预警、在三维模型中进行展示。

2.如权利要求1所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据采集模块包括：

三维激光扫测设备，用于获取三维点云数据，并采用对射方式分区域采集；

数码摄像设备，由三台不同焦距的定焦枪机和一台变焦球机组成，用于同步获取三维激光扫测范围内的实时图像画面。

3.如权利要求1所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块通过综合经过处理的点云数据和监控图像数据，识别变电站内物体的情况，并根据变电站《安规》要求，判断该行为是否违反规定，从而进行预警。

4.如权利要求3所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，对点云数据进行滤波、聚类分析等处理，分析获得变电站内各物体的位置信息，并对比得出其和最近带电物体间的距离。

5.如权利要求3所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，对三台定焦枪机的画面进行实时分析，识别画面中的具体物体，并通过物象关系，计算出画面中物体中的实际相对位置。

6.如权利要求3所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述数据处理模块，通过比对点云数据和监控数据获得物体位置，指定球机近距离拍摄并分析物体具体行为，同时产生预警并将所摄画面作为存证。

7.如权利要求1所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述现场预警模块，

包括现场的声光报警器和通讯设备，用于调度处和现场实时通讯；

包括WEB平台的三维模型与告警信息展示。

8.如权利要求7所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于所述WEB平台的三维模型与告警信息展示通过预先三维建模，实时展示变电站内物体的移动、行为、预警情况。

9.如权利要求1-8中任一所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于，包括：

通过预先进行的三维激光扫测技术，对变电站全站进行扫描，并通过所得点云数据进行全站三维建模；

根据设备能力，对变电站进行分区域监控；

对变电站内设备进行分区域、分间隔、分部件管理，每个部件对应唯一标识，并根据变电站工作情况对应是否带电信息；

形成的预警信息展示在变电站三维模型中对应位置。

10.如权利要求9所述的一种变电站现场作业安全预警方法，其特征在于包括以下步骤：

1)通过三维激光扫测设备和数码摄像设备收集对应的点云数据和监控图像数据；

2)对点云数据进行处理，对枪机监控图像进行处理，获得物体位置信息；

3)控制球机对物体进行近距离抓拍，分析抓拍画面识别物体行为；

4)分析物体行为是否将产生预警，如产生则发出预警信号；

5)现场预警模块接收告警信息，并展示告警内容。

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