CN112367498A

CN112367498A - 一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统

Info

Publication number: CN112367498A
Application number: CN202010974211.0A
Authority: CN
Inventors: 李斌; 王伟; 杨晓旭; 范寅秋; 夏智娟; 许鑫南; 王刚; 董元帅; 王辉; 冯尚华; 郭霞; 汪俊余; 单长旺
Original assignee: Nari Technology Co Ltd
Current assignee: Nari Technology Co Ltd
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-02-12

Abstract

本发明公开了一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统，旨在解决现有技术中变电站现场作业安全管控效果不足的技术问题。其包括：利用预先部署的目标定位装置获取作业目标位置数据；根据作业目标位置数据，采用动态规划法选取视频监控装置，获取作业目标跟踪影像；获取作业目标的作业路径，并根据作业目标位置数据、作业目标跟踪影像和作业路径进行作业目标状态分析和报警，完成作业目标实时监控。本发明能够提供便于部署的、低成本的、高精度的变电站现场作业目标实时监控效果。

Description

一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统，属于电网现场安全管控技术领域。

背景技术

根据变电站安装位置可分为室内站、室外站和地下站，变电站内设备种类繁多、操作频繁。目前变电站的操作、检修、巡视作业主要依靠人工，现场作业安全以工作票、操作票“两票”制度管理为主，缺乏实用的技术手段，存在作业人员误入危险区、走错间隔、越界操作、违章操作等安全隐患，给电网安全生产、运行造成威胁。人员、车辆等现场作业动态目标的实时跟踪监控是变电站现场作业安全管控的关键技术之一。

通过实时定位动态目标、在线监控作业目标，对现场作业全过程进行安全监护，可以有效避免安全事故发生。变电站现场作业安全管控要求对动态目标定位达到分米级、特殊场景需要达到厘米级定位精度，同时还应满足室内、室外、地下和强电磁环境下全场景作业的要求；对视频监控要求主动规避户外设备和室内屏柜遮挡，在线跟随、监控、记录目标作业行为。

在现有技术中，GPS、RFID、WiFi、ZigBee、蓝牙、光跟踪、超声波等定位技术都有各自的优缺点，但是在室内适用性、定位精度、抗干扰性等方面难以满足变电站作业产管控应用要求。此外，由于变电站的设备和系统容易导致监控死角，所以目前变电站使用的视频监控全覆盖投入较大。因此，现阶段迫切需要研究出一个低成本、易实施、适应性好、无死角的变电站现场作业安全管控方法或系统。

发明内容

为了解决现有技术中变电站现场作业安全管控效果不足的问题，本发明提出了一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统，通过多场景融合定位覆盖变电站室内、室外的不同区域，满足不同级别的高精定位要求，实现实时、准确的作业目标跟踪和监控。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

第一方面，本发明提出了一种变电站现场作业目标实时监控方法，包括如下步骤：

步骤A、利用预先部署的目标定位装置获取作业目标位置数据；

步骤B、根据作业目标位置数据，采用动态规划法选取视频监控装置，获取作业目标跟踪影像；

步骤C、获取作业目标的作业路径，并根据作业目标位置数据、作业目标跟踪影像和作业路径进行作业目标状态分析和报警，完成作业目标实时监控。

结合第一方面，进一步的，所述方法还包括如下步骤：

利用预先设置的虚拟地图进行变电站区域规划，并基于规划结果进行目标定位装置部署；所述目标定位装置包括下述中至少一种：UWB基站和UWB标签卡，激光定位装置。

结合第一方面，进一步的，所述虚拟地图的构建方法如下：

基于变电站绝对坐标系，根据变电站场地数据建立二维或三维坐标地图；

基于二维或三维坐标地图进行变电站区域规划，确定变电站区域的相对坐标，所述变电站区域包括危险区域、作业通道、常规作业区域和特殊作业区域。

结合第一方面，进一步的，目标定位装置的部署方法如下：

在危险区域、作业通道和常规作业区域部署UWB基站，在作业目标上部署UWB标签卡；

在危险区域和特殊作业区域部署激光定位装置，并且根据特殊作业区域的相对坐标，利用激光定位装置形成特殊作业区域警戒围栏。

结合第一方面，进一步的，获取作业目标位置数据的方法具体包括如下步骤：

利用UWB基站和UWB标签卡获取作业目标实时位置；

利用激光定位装置采集作业目标越过警戒围栏的触发信号，获取作业目标触发位置。

结合第一方面，进一步的，步骤B中的视频监控装置安装在所有变电站区域，视频监控装置采用枪机型摄像头或PTZ摄像头。

结合第一方面，进一步的，步骤B具体包括如下步骤：

根据虚拟地图为每个视频监控装置设置监控区域；

根据作业目标实时位置和作业目标触发位置，获取作业目标在虚拟地图中的相对位置坐标；

根据相对位置坐标和视频监控装置的监控区域，采用动态规划法实时获取最佳视频监控装置，调取最佳视频监控装置的视频数据，所述最佳视频监控装置指监控区域中心位置距离相对位置坐标最近的视频监控装置；

通过动态地选取、切换最佳视频监控装置，实现作业目标位置跟踪，获取作业目标跟踪影像。

结合第一方面，进一步的，步骤C具体包括如下步骤：

步骤C01、根据现场作业任务的工作票信息自动规划作业目标的作业路径，并根据作业路径确定作业目标的作业目标通道、作业目标区域和非作业区域；

步骤C02、根据作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像和作业路径进行区域判断，生成作业目标状态，所述作业目标状态包括正常工作状态和异常工作状态；

步骤C03、根据作业目标跟踪影像，利用图像识别技术判别作业目标是否存在作业异常行为；

步骤C04、根据异常工作状态、作业异常行为和作业目标触发位置生成报警信号和抓拍命令，控制视频监控装置进行作业目标抓拍，完成作业目标实时监控。

第二方面，本发明提出了一种变电站现场作业目标实时监控系统，所述系统包括：

数据采集模块：接收由预先部署的目标定位装置采集的作业目标位置数据；

目标跟踪模块：用于根据作业目标位置数据，选取视频监控装置，获取作业目标跟踪影像；

路径规划模块：用于根据现场作业任务在虚拟地图上规划作业路径；

状态分析及报警模块：用于根据作业目标位置数据、作业目标跟踪影像和作业路径进行作业目标状态分析和报警。

结合第二方面，进一步的，所述系统还包括存储模块，所述存储模块用于存储记录作业路径、作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像、抓拍图片。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本发明提出了一种变电站现场作业目标实时监控方法及其系统，通过预先部署的目标跟踪装置实时采集作业目标位置数据，根据作业目标位置数据进行作业目标跟踪，通过作业目标位置数据实时分析作业目标工作状态，针对异常状态进行报警，提高了变电站现场作业安全管控的整体效果。

本发明采用UWB基站进行作业目标的基本定位，并在此基础上利用激光定位装置对变电站内的特殊区域进行进一步定位，本发明对作业目标的定位精确，装置的抗多径效果好、功耗低，而且系统复杂度低，便于部署。此外，为了更好的实现实时跟踪效果，本发明利用了常规摄像头（枪机型等）和PTZ摄像头，在保证视频监控全覆盖的同时有效降低现场作业安全管控的成本。

附图说明

图1为本发明一种变电站现场作业目标实时监控方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例中变电站场地的虚拟地图。

图3为本发明实施例中变电站室内作业区块划分示意图。

图4为本发明实施例中作业目标位置跟踪示意图。

图5为本发明一种变电站现场作业目标实时监控系统的结构示意图。

图中，1是数据采集模块，2是目标跟踪模块，3是路径规划模块，4是状态分析及报警模块，5是存储模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明提出了一种变电站现场作业目标实时监控方法，根据动态目标位置数据，全程实时跟踪监视动态目标的作业轨迹和作业过程，如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤A、利用预先部署的目标定位装置获取作业目标位置数据。在部署目标定位装置前，本发明需要预先设置虚拟地图，并利用虚拟地图进行变电站区域规划，最终根据规划结果进行目标定位装置部署。

虚拟地图的构建方法如下：

基于变电站绝对坐标系，根据变电站场地数据建立二维或三维坐标地图。绝对坐标系为GNSS地球坐标，变电站场地数据包括变电站室内、室外、地下区域等的数据尺寸、变电站工作区域、电气设备、二次展柜等的位置、尺寸等，变电站场地数据中的部分位置是绝对坐标位置。一般情况下，选择变电站场地最外围、角落的点作为坐标原点建立变电站二维或三维坐标系，根据变电站场地数据获得变电站内每一个点相对于坐标原点的相对坐标，组成完整的二维或三维坐标地图。

基于二维或三维坐标地图进行变电站区域规划，确定变电站区域的相对坐标。变电站区域包括危险区域、作业通道、常规作业区域和特殊作业区域等，其中，危险区域是指变电站内一次带电重要设备部署区域，在户外一般指带电设备区域，户内一般指二次控制屏柜等；作业通道是指变电站作业人员作业时行走的通道；常规作业区域是指只需要进行普通监控的作业区域；特殊作业区域是指需要进行高精度监控的作业区域。

本发明实施例以图2中的变电站场地为例，以该场地左上角的M1点为零点建立区域绝对坐标系，变电站场站坐标包括M(1-4)，变电站室外一次设备坐标包括M-R1(1-4)、M-R2(1-4)，变电站室内二次屏柜坐标包括M-R3(1-4)、M-R4(1-4)，建立二维/三维坐标地图；基于图2中的二维/三维坐标地图，将二次屏柜R3、R4右侧区域作为特殊作业区域，其它区域作为常规作业区域，上述特殊作业区域需要高精度监控。

为了实现变电站现场作业目标实时定位需求，本发明在开始目标跟踪前先进行目标定位装置部署，目标定位装置包括下述中至少一种：UWB基站和UWB标签卡，激光定位装置。

目标定位装置的部署方法包括如下步骤：

在变电站户外、户内的危险区域、作业通道、常规作业区域部署UWB基站，在作业目标上部署UWB标签卡。每一个区域至少有三个UWB基站覆盖，UWB基站的定位精度为10厘米，定位精度和实时性要求较高的区域可适当增加基站部署密度，比如使用率较高的作业通道、危险区域等。

在变电站户外、户内的危险区域和特殊作业区域部署激光定位装置，并且根据特殊作业区域的相对坐标，利用激光定位装置形成特殊作业区域警戒围栏。本发明中的激光定位主要用于越界定位，其原理是用激光形成一个控制面，当有物体遮挡住激光后，计算出物体遮挡激光的位置，即越界位置，获取对应的设备区域，并产生报警信息。

如图2所示，本发明实施例中，目标定位装置同时使用了UWB和激光定位，在变电站室外部署了UWB基站W1-W9，在变电站室内部署了UWB基站N1-N6，其中，基站W5、W6、N2、N5是为了避免变电站内设备遮挡导致基站信号延迟和不准确而部署的。此外，在需要高精度监护的室内区域二次屏柜R3、R4的右侧分别部署了激光定位装置L1、L2，并参照M-R3-2、M-R3-4、M-R4-2、M-R4-4坐标设立了警戒线（警戒栏杆）。

步骤A中获取作业目标位置数据的方法具体包括如下步骤：

对于进入变电站场地的作业人员或作业设备，利用UWB基站和配置在作业目标上的UWB标签卡获取作业目标实时位置。

步骤B、根据作业目标位置数据，采用动态规划法选取视频监控装置，获取作业目标跟踪影像；具体操作如下：

为了获取作业目标的影像，需要在变电站户外、户内所有区域都部署上视频监控装置。视频监控装置主要采用枪机型摄像头或PTZ摄像头，除了枪机型摄像头之外，本发明视频监控装置还可以采用其他角度、焦距不可调的常规摄像头代替枪机型摄像头，常规摄像头的性价比较高，但是没有云台，故不能旋转角度，只能监视固定位置，PTZ摄像头价格比常规摄像头高，但是其具有全方位（左右/上下）移动及镜头变倍、变焦控制等功能。

基于变电站内不同作业区域的监控要求分别选择、部署枪机型摄像头或者PTZ摄像头，针对危险区域、特殊作业区域等区域可以适当增加视频监控装置部署密度，确保全覆盖、无遮挡。适当的部署PTZ摄像头，可以在保证监控质量的同时减少成本。

如图2所示，本发明实施例在变电站室外区域部署了视频监控装置C1-C9（为枪机型摄像头）；在变电站室内区域部署视频监控装置C10-C16（其中，C10-C13为枪机型摄像头、C14-C16为带边缘计算的PTZ摄像头）；视频监控装置C1-C13和UWB基站采用同杆部署。

在部署完视频监控装置后，可以根据变电站区域规划进一步的将每个变电站区域细分为若干个作业区块，针对作业区块为视频监控装置标定监控区域和监视参数，具体的：选择枪机型摄像头监控范围（摄像覆盖范围）内处于视频中心位置的工作区块作为主要工作区块，并为枪机型摄像头标定主要作业区块的中心位置对应角度；PTZ摄像头标定其监控范围（摄像覆盖范围）内每个作业区块中心位置对应角度。

如图3所示，本发明实施例中将变电站室内区域进一步细分为20个作业区块B1-B20，每个作业区块根据虚拟地图中的坐标系可计算其区域中心位置坐标。将枪机型摄像头C10-C13的主要作业区块分别标定为B1-B4作业区块；将带边缘计算的PTZ摄像头C14-C16监控范围分别标定为B5-B8作业区块、B13-B20作业区块和B9-B12作业区块。以枪机型摄像头C10为例，其安装标定参数为B1作业区块中心位置MB1；以PTZ摄像头C16为例，分别将作业区块中心位置绝对坐标MB9、MB10、MB11、MB12转换为PTZ参数设置摄像头预置位。

根据作业目标实时位置和作业目标触发位置，获取作业目标在虚拟地图中的相对位置坐标，即作业目标在当前时刻相对于坐标原点的坐标。

根据相对位置坐标和视频监控装置的监控区域，采用动态规划法实时获取最佳视频监控装置，调取最佳视频监控装置的视频数据。最佳视频监控装置指监控区域中心位置距离相对位置坐标最近的视频监控装置，可以根据作业区块、监视参数等来判断最佳视频监控装置。

作业目标进入变电站场地后，以作业区块为单位，采用动态规划算法计算选取相应区块最佳视频监控装置；当作业目标超出所选视频监控装置覆盖范围时，自动选取切换到下一个视频监控装置。当选取的视频监控装置为PTZ摄像机时，将作业目标的相对位置坐标换算成PTZ摄像机控制参数，发送给PTZ摄像头，控制PTZ摄像头跟随监护目标。

如图4所示，设作业目标的绝对坐标为P（x,y,z），以工作票确定B10为作业目标区域（如图4点填充区域），正常情况下，作业目标的路径规划为：B1、B2、B9为作业目标通道（如图4竖线填充区域），其它区域为非作业区域（如图4方格填充区域）。当作业目标进入变电站场地并移动后，采用动态规划算法依次选取视频监控装置C10-C11-C16为最佳视频监控装置，并自动发送切换命令，当P（x,y,z）离开当前视频监控装置的覆盖范围后自动切换下一个视频监控装置。当时P（x,y,z）进入区块B10后，将P（x,y,z）换算成PTZ摄像机控制参数，发送给PTZ摄像头控制其跟随监护目标。

本发明采用边缘计算（包括激光定位装置异常判别、视频监控装置异常判别）和中心计算（包括UWB位置异常判别、视频监控异常判别），实时判别现场作业动态目标异常位置状态并报警，具体包括如下步骤：

步骤C01、获取现场作业任务的工作票信息，根据工作票信息自动规划作业目标的作业路径，并根据作业路径确定作业目标的作业目标通道、作业目标区域和非作业区域。

步骤C02、根据作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像和作业路径进行区域判断，生成作业目标状态，作业目标状态包括正常工作状态和异常工作状态，其中，异常工作状态包括越界工作区域、临近危险区域、非工作区域徘徊等异常状态。在本发明实施例中，当P（x,y,z）位于B1、B2、B9、B10区块内时，判别作业目标为正常工作状态；当P（x,y,z）位于非作业区域（如图4方格填充区域）内，判别作业目标为异常工作状态，并进一步根据作业目标P在非作业区域内的轨迹行为，计算判别作业目标的具体异常状态，比如越界、临近、徘徊等。当P（x,y,z）越过警戒围栏触发信号，判别触发位置。

步骤C03、根据作业目标跟踪影像，利用图像识别技术判别作业目标是否存在作业异常行为，具体的，通过计算机图像分析识别算法程序，对作业目标跟踪影像进行关键帧截取、特征提取、异常行为识别操作，其中，作业异常行为包括未带安全帽、未穿工作服、抽烟、火光等异常现象。在本发明实施例中，PTZ摄像头C14、C15、C16内置有图像识别边缘计算，可以直接判别作业异常行为。

步骤C04、根据异常工作状态、作业异常行为和作业目标触发位置生成报警信号和抓拍命令，控制视频监控装置进行作业目标抓拍，完成作业目标实时监控。比如当P（x,y,z）位于B8作业区块时，判断作业目标处于异常工作状态，则进行报警并同时根据抓拍命令控制视频监控装置C14进行抓拍记录当前视频画面。

对于本发明方法中规划的作业路径、采集的作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像、抓拍图片等，进行实时存储，方便后续监控工作查询或交互展示。

本发明还提出了一种变电站现场作业目标实时监控系统，如图5所示，包括数据采集模块1、目标跟踪模块2、路径规划模块3、状态分析及报警模块4、存储模块5，其中，数据采集模块主要接收由预先部署的目标定位装置采集的作业目标位置数据，目标定位装置至少包括下述中至少一种：UWB基站，激光定位装置；目标跟踪模块主要用于选取视频监控装置，获取作业目标跟踪影像，视频监控装置采用枪机型摄像头等常规摄像头或PTZ摄像头；路径规划模块主要用于根据现场作业任务在虚拟地图上规划作业路径；状态分析及报警模块主要用于根据作业目标位置数据、作业目标跟踪影像和作业路径进行作业目标状态分析和报警；存储模块主要用于存储记录作业路径、作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像、抓拍图片。

本发明采用UWB基站和激光定位装置进行作业目标的定位，定位精确且系统复杂度低，便于部署。为了更好的实现实时跟踪效果，本发明利用了常规摄像头（枪机型等）和PTZ摄像头，在保证视频监控全覆盖的同时降低现场作业安全管控的成本。此外，本发明还提供了作业目标状态分析和报警功能，通过作业目标位置数据实时分析作业目标工作状态，针对异常状态进行报警，提高了变电站现场作业安全管控的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，所述虚拟地图的构建方法如下：

4.根据权利要求3所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，目标定位装置的部署方法如下：

5.根据权利要求4所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，获取作业目标位置数据的方法具体包括如下步骤：

利用UWB基站和UWB标签卡获取作业目标实时位置；

6.根据权利要求5所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，步骤B中的视频监控装置安装在所有变电站区域，视频监控装置采用枪机型摄像头或PTZ摄像头。

7.根据权利要求6所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，步骤B具体包括如下步骤：

根据虚拟地图为每个视频监控装置设置监控区域；

8.根据权利要求6所述的一种变电站现场作业目标实时监控方法，其特征在于，步骤C具体包括如下步骤：

9.一种变电站现场作业目标实时监控系统，其特征在于，所述系统包括：

10.根据权利要求9所述的一种变电站现场作业目标实时监控系统，其特征在于，所述系统还包括存储模块，所述存储模块用于存储记录作业路径、作业目标实时位置、作业目标触发位置、作业目标跟踪影像、抓拍图片。