基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统及方法与流程

本发明涉及变电站技术领域，尤其涉及一种基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统及方法。

背景技术：

变电站“一键顺控”操作，是智能电网的一个高级应用技术，通过应用自动控制技术、传感和物联网技术、状态自动识别和智能判断技术，将繁杂、重复、易误的传统人工倒闸操作模式转变为项目软件预制、操作任务模块化搭建、设备状态自动识别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行第自动模式，代表了智能电网运检的未来发展方向。采用一键顺控操作变电站，通过倒闸操作程序化，在操作中尽量避免人为错误，达到减少或无需人工操作，减少人为误操作，提高操作效率，为实现真正意义上的无人值班进而为应对人员缺少和变电站的日益增多的矛盾，提高变电站的安全运行水平，开辟了一条全新的出路。然而，由于目前一、二次设备状态位置判别方法单一，不满足安规中对设备位置“双确认”判别要求，限制了顺控技术的推广应用。如何提供第二判据成为本领域亟待解决的技术问题。

近年来，视频监控技术向“高清化、网络化、智能化”加速演进，已经开始应用在实际工作和生活中，特别是视频智能分析技术，通过对视频数据流进行图像处理、目标分析，实现自动检测、目标跟踪等。视频监控是智能变电站辅助系统的重要子系统，如果能够利用视频监控提取有效信息，将能够作为隔离开关位置的判断依据。

技术实现要素：

为了实现隔离开关位置的双确认，本发明提供一种基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统及方法，以实现顺控操作，提供不同源的第二判据的要求。

为达到上述目的，本发明提供了基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统，包括顺控监控主机、视频监控主机、若干摄像机、智能防误主机、智能分析主机、正向隔离装置及反向隔离装置；

所述顺控监控主机，根据倒闸指令，通过智能防误主机进行倒闸指令的防误校验；通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机；接收所述视频监控主机发送的隔离开关位置识别结果，确认隔离开关的动作结果；

所述视频监控主机根据所述隔离开关的编号获得隔离开关的位置，根据所述隔离开关的位置调用对应的摄像机至预定采集位置，采集所述隔离开关的图像；将摄像机采集的图像发送给所述智能分析主机；将所述智能分析主机得到的隔离开关位置识别结果通过所述反向隔离装置发送给所述顺控监控主机；

所述智能分析主机根据图像判断隔离开关的位置并将判断结果发送给所述视频监控主机。

进一步地，还包括站控层交换机和iv区视频交换机，站控层交换机用于顺控监控主机与智能防误主机的数据交互，iv区视频交换机用于将摄像机采集的图像发送给所述视频监控主机，所述视频监控主机通过iv区视频交换机与所述智能分析主机进行数据交互。

进一步地，所述摄像机采用云台相机，采用仰视视角拍摄，以面状物体作为背景；对于水平类型刀闸，满足合闸状态下，整个刀闸的刀臂及部分绝缘瓷瓶都在视野范围内，摄像机与合闸触头位置连线与刀臂所在直线所成夹角大于45度，视野范围内没有与刀闸平行或重合物体；对于垂直类型刀闸，满足合闸状态下，刀闸拐臂上半部分与静触头的两个环在视野范围内，刀闸触头部分背景没有重叠物。

进一步地，对于500kv的隔离开关所有的刀闸设置至少9台摄像机；220kv以下对于一个间隔上所有的隔离开关，设置3台摄像机；所述顺控监控主机和智能防误主机与所述视频监控主机、若干摄像机智能分析主机设置在不同的安全分区，彼此隔离，通过正向隔离装置及反向隔离装置进行数据交互。

进一步地，所述智能分析主机，根据图像判断隔离开关的分、合位置或刀闸分合指示牌指示的隔离开关的分、合位置判断隔离开关的位置，并在识别出隔离开关三相位置不一致或与顺控主机发出的联动信号中隔离开关位置不一致时下报警。

进一步地，所述顺控监控主机通过udp报文向所述视频监控主机发送隔离开关的编号及分合状态，所述udp报文包括：类型标识，站序号，隔离开关编号，监控类型，隔离开关动作属性长度，隔离开关动作属性，隔离开关变化值描述长度，隔离开关变化值，事件时标以及和校验。

本发明另一方面提供一种利用所述的基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统的确认方法，包括：

所述顺控监控主机，根据倒闸指令，通过智能防误主机进行倒闸指令的防误校验；通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机；

所述视频监控主机根据所述隔离开关的编号获得隔离开关的位置，根据所述隔离开关的位置调用对应的摄像机至预定采集位置，采集所述隔离开关的图像；

所述视频监控主机将摄像机采集的图像发送给所述智能分析主机；所述智能分析主机根据图像判断隔离开关位置并将判断结果发送给所述视频监控主机；所述视频监控主机将所述智能分析主机得到的隔离开关位置识别结果通过所述反向隔离装置发送给所述顺控监控主机；所述顺控监控主机接收所述视频监控主机发送的隔离开关位置识别结果，确认隔离开关的动作结果。

进一步地，根据倒闸指令，通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机，包括：

所述顺控监控主机通过隔离开关、断路器、接地刀闸的状态组合计算出当前需要操作的隔离开关所在间隔的状态；

根据间隔的当前状态和操作的目标状态，确定需要操作的隔离开关；将隔离开关的编号和开合状态信息以udp报文的形式通过正向隔离装置发送到所述视频监控主机。

进一步地，所述视频监控主机接收到udp报文后，执行的操作包括：

所述视频监控主机根据udp报文中的隔离开关编号查找对应联动摄像头，获取要操作的隔离开关的实时图像；

对于gis的隔离开关：所述智能分析主机采用模拟人眼进行物体的检测辨识，首先找到刀闸的位置，再在隔离开关中找到字符，辨识字符，使用一个可滑动的固定大小的窗口去依次获取图像内的一个局部区域，用图像特征来表征该局部区域，将窗口图像与目标图像进行图像颜色分布的比较，滤掉与目标图像颜色差别大于阈值的子区域，再用分类器去判别是否为要找寻的目标；根据字符辨识确定分合位置作为识别结果；

对于ais的隔离开关：直接采集刀闸图像，构建深度学习模型并训练，深度学习模型提取图像候选区域中的特征识别出分合状态；将所述深度学习模型训练后内置于所述智能分析主机；所述智能分析主机基于图像获得识别结果。

进一步地，对于指针型gis的隔离开关，需要先确定刀闸在图像中的位置；待刀闸位置确定后，寻找指针线位置；确定指针的直线方程，最后根据指针所在位置的字符进行字符辨识，确定分合位置作为识别结果。

进一步地，当所述视频监控主机完成接收到识别结果后，生成隔离开关位置确认结果的文件，通过反向隔离装置传送到所述顺控监控主机；

所述顺控监控主机周期性检测反向隔离装置上的确认结果的文件，检测到确认结果的文件后分析传输的识别结果，与遥信位置进行对比，进行双确认。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明首先采用高清白光灯云台摄像机，进行合理布点，结合视频智能分析技术识别开关、刀闸倒合闸是否到位，为顺控操作提供不同源的第二判据，扩展了顺控实施范围并提高了顺控操作安全性，变电站辅助设备监视系统为顺控图像智能识别提供基础数据源，通过对辅助系统视频监控进行改造，使满足顺控图像智能识别的要求，智能视频分析主机智能分析软件的应用将视频监控变“被动”为“主动”。一键顺控要求顺控操作得到非同源信号的双确认，采用视频图像识别作为第二判据，具有以下优点：判断准确、完全独立安装且不用停电、维护便捷、安全可靠，具有广泛的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统的组成示意图；

图2为本发明一键顺控双确认系统的区域设置示意图；

图3为确认文件传输示意图；

图4为实施例中udp报文示意图；

图5位确认结果的文件格式示意图。

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。

本发明提供一种基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统，本发明中的双确认是指隔离开关位置遥信结果加隔离开关位置视频识别结果进行双重确认。如图1-2所示，一键顺控双确认系统包括顺控监控主机、视频监控主机、若干摄像机、智能防误主机、智能分析主机、正向隔离装置、反向隔离装置、网络交换机以及iv区视频交换机；

所述顺控监控主机，根据倒闸指令，通过智能防误主机进行倒闸操作的防误校验，校验无误后；通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机；接收所述视频监控主机发送的隔离开关位置识别结果，确认隔离开关的动作结果；

所述视频监控主机根据所述隔离开关的编号获得隔离开关的位置，根据所述隔离开关的位置调用对应的摄像机至预定采集位置，采集所述隔离开关的图像；将摄像机采集的图像发送给所述智能分析主机；将所述智能分析主机得到的隔离开关位置识别结果通过所述反向隔离装置发送给所述顺控监控主机；

所述智能分析主机根据图像判断隔离开关刀闸的开、闭状态并将判断结果发送给所述视频监控主机。

网络交换机，用于将摄像机采集的图像发送给所述视频监控主机；所述视频监控主机通过网络交换机将识别结果给所述顺控监控主机。如图2所示，网络交换机包括位于电力系统安全分区i区的站控层交换机和位于iv区的视频交换机；i区的站控层交换机用来组站控层网络，接入顺控监控主机，防误主机，位于电力系统安全分区iv区的视频交换机用于摄像机采集的图像发送给所述视频监控主机；i区和ii区防火墙隔离，视频系统位于iv区，和i区ii区之间设置有正反向隔离装置。

所述智能分析主机，根据图像判断隔离开关刀闸的开、闭状态以及刀闸分合指示牌指示的刀闸的开、闭状态，双确认隔离开关刀闸的开、闭状态，并在识别出的位置和隔离开关位置遥信不一致，或者是图像识别中a、b、c三相位置不一致时报警。隔离开关分很多种，有的是分合指示牌，有的是用0和1显示，例如gis开关；还有ais开关等，没有指示牌和01显示。这些都靠图像识别。

所述智能分析主机，支持变电站多种设备智能识别，包括避雷器开关、500kv刀闸机构箱开关、35kv刀闸、35kv断路器开关等设备智能分析识别。所述智能分析主机识别的内容如下：

(1)刀闸开、闭状态识别

智能视频分析主机能够判断刀闸的开、闭状态，并根据预置的其他信息或条件判断是否报警。识别出的位置和隔离开关位置遥信不一致，或者是图像识别中a、b、c三相位置不一致时报警。

(2)刀闸(开关)分合指示牌的开、闭状态识别

智能视频分析主机能判断刀闸翻牌器的开、闭状态，并根据预置的其他信息或条件判断是否报警。识别出的位置和隔离开关位置遥信不一致，或者是图像识别中a、b、c三相位置不一致时报警。

所述视频监控主机不但具有接收所述顺控监控主机发出的联动信号分析出隔离开关位置的功能，还具有调取摄像机实时视频图像的功能，基于摄像机的合理布点，对主设备的a、b、c三相分别采用不同的摄像机同时监视，当顺控操作需要进行图像智能确认刀闸分合位置时，可以一次性地把分处几个摄像机的a，b，c三相画面组合调出。

进一步地，所述顺控监控主机通过udp报文向所述视频监控主机发送隔离开关的编号及分合状态，所述udp报文包括：类型标识，站序号，隔离开关编号，监控类型，隔离开关动作属性长度，隔离开关动作属性，隔离开关变化值描述长度，隔离开关变化值，事件时标以及和校验。udp报文格式，报文格式如表1所示。

表1udp报文传输帧格式

类型标识(typ)55表明为视频双确认类型，在一个实施例中udp报文传输帧如图4所示。

为了保证图像识别的准确度，视频图像要求清晰简单，所以摄像头视频监视刀闸闸口宜采用仰视。因此，具有在仰角的云台摄像机是本方案的首选。为了保证光照不足的情况下，能清晰显示监视目标的彩色清晰图像，本发明选择了白光灯网络高清云台摄像机：

摄像头布点原则，为保证顺控图像识别的准确度，摄像机布点、摄像机监视画面要满足以下要求：

a.采用仰视机位拍摄刀闸，摄像机安装高度约2米左右，在刀闸间隔附近安装；

b.刀闸背景尽量以天空或远处的山脉树林等面状物体为背景，尽量避免以杆榙，刀闸，母线，引线，龙门架等周边的线条状物体为背景；

c.对于水平类型的刀闸，要保证画面中合闸状态下，整个刀臂及部分绝缘瓷瓶都在画面中；

d.对于水平类型的刀闸，尽量保证摄像机与合闸触头位置连线与合闸刀臂直线所成夹角大于45度；

e.对于水平类型的刀闸，在合闸状态下，要保证附近背景中没有与合闸刀臂平行或重合的直线物体(如母线，龙门架等)；

f.对于垂直类型的刀闸，要保证画面中合闸状态下，拐臂上半部分与静触头的两个环都在画面中；

g.对于垂直类型的刀闸，要保证触头部分背景没有重叠物。

根据以上的布点原则，云台摄像机可按照如下情况配置：

对于500kv的隔离开关所有的刀闸设置至少9台摄像机；对于220、110、35kv间隔：每个间隔放置3台摄像机。

结合图2，所述顺控监控主机、一键顺控工作站、智能防误主机，组成变电站一键顺控系统，位于变电站安全i区；所述视频监控主机、若干摄像机和智能分析主机，组成变电站视频监控系统，位于变电站安全iv区；i区和iv区经过所述正向隔离装置及反向隔离装置进行数据交互。

进一步地，还包括视频存储主机，用于存储摄像机拍摄的所有图像。

本发明另一方面提供一种利用所述的基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统的确认方法，包括如下步骤：

(1)所述顺控监控主机，根据倒闸指令，通过智能防误主机进行倒闸操作的防误校验；通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机；

(2)所述视频监控主机根据所述隔离开关的编号获得隔离开关的位置，根据所述隔离开关的位置调用对应的摄像机至预定采集位置，采集所述隔离开关刀闸的图像；

(3)所述视频监控主机将摄像机采集的图像发送给所述智能分析主机；所述智能分析主机根据图像判断隔离开关刀闸的开、闭状态并将判断结果发送给所述视频监控主机；所述视频监控主机将所述智能分析主机得到的识别结果通过所述反向隔离装置发送给所述顺控监控主机；所述顺控监控主机接收所述视频监控主机发送的识别结果，确认隔离开关的动作结果。

进一步地，根据倒闸指令，通过所述正向隔离装置将所述隔离开关的编号及分合状态发送到视频监控主机，包括：

所述顺控监控主机通过隔离开关的状态计算出当前需要操作的间隔的状态；隔离开关合位的分合间隔。

所述顺控监控主机通过断路器、隔离开关和接地刀闸的状态计算出当前需要操作的间隔的状态；

根据间隔的当前状态和操作的目标状态，确定需要操作的隔离开关。

将隔离开关的编号和开合状态信息以udp报文的形式通过正向隔离装置发送到所述视频监控主机。

进一步地，所述视频监控主机接收到udp报文后，执行的操作包括：

所述视频监控主机根据udp报文中的隔离开关编号查找对应联动摄像头，获取要操作的隔离开关的实时图像；

对于gis的隔离开关：气体绝缘金属封闭开关设备，只能通过指示牌获取开闭状态。采用模拟人眼进行物体的检测辨识，人眼看开关状态，首先要找到刀闸的位置，再在开关中找到字符，辨识字符。使用一个可滑动的固定大小的窗口去依次获取图像内的一个局部区域，用图像特征来表征该局部区域，并用分类器去判别是否为要找寻的目标，先比较窗口图像与目标图像进行图像颜色分布的比较，将那些与目标差别很大的子区域提前过滤掉，而不需要使用分类器去辨别，这样可以提前过滤掉80％的背景窗口，大大提升速度。指针型的需要先确定开关(分合)在图像中的位置；待开关(分合)对象确定后，寻找指针线位置；确定指针的直线方程，最后根据字符辨识确定分合位置作为识别结果；

对于ais的隔离开关：敞开式开关设备，可以直接采集刀闸图像进行判断。构建深度学习模型并训练，深度学习模型提取图像候选区域中的特征识别出分合状态；将所述深度学习模型训练后内置于所述智能分析主机；所述智能分析主机基于图像获得识别结果。深度模型的参数复杂度及网络深度保证了整个特征提取与分类结果的泛化能力通过物体识别框架——候选区域提取与融合——特征提取网络——分类技术——识别结果五个步骤进行深度训练，可大大提高ais刀闸状态识别的精准度和速度，降低周界环境、光纤、背景等干扰。

进一步地，结合图3，当所述视频监控主机完成接收到识别结果后，生成隔离开关位置确认结果的文件，通过反向隔离装置传送到所述顺控监控主机，具体包括：

a.数据链路建立后，当视频智能分析监控主机完成相关视频的联动操作和相应设备的视频双确认位置结果分析后，生成隔离开关位置确认结果的文件，通过反向隔离装置传到i区；

b.顺控主机周期检测反向隔离装置上的双确认结果文件数据，检测到该文件后获取并分析其中传输的双确认结果，并生成相应双确认信号的遥信变位与实时告警，用于一键顺控的设备位置双确认。

视频确认结果信息采用纯文本文件格式反向隔离装置进行信息传输，视频确认结果信号文件格式示例见图5。

最后隔离开关位置的分析结果由视频监控主机以e格式文件方式通过反向隔离装置发回给顺控主机，实现一键顺控的视频确认。所述顺控监控主机周期性检测反向隔离装置上的确认结果的文件，检测到确认结果的文件后分析传输的识别结果，与系统的遥信位置进行对比，进行双确认，如果一致，则表明操作正常，如果不一致表明出现故障，进行实时告警。

本发明所采用的一键顺控隔离开关位置视频双确认方法判断准确、完全独立安装且不用停电、维护便捷、安全可靠，而且整个过程可视化，能同时展示隔离开关三相加全景的实时视频图像，用户界面友好。

综上所述，本发明提供一种基于隔离开关位置智能识别的一键顺控双确认系统及方法，顺控监控主机确认需要进行顺控操作的隔离开关，将需要操作的隔离开关的编号和分合状态发送给视频监控主机，视频监控主机根据隔离开关编号调取摄像头相应预置位，然后获取实时视频发送给智能分析主机进行分析，将分析的结果写成e格式的文件，通过反向隔离装置把判断结果文件传给顺控监控主机，顺控监控主机解析结果文件，得到隔离开关位置和遥信进行双确认。一键顺控要求顺控操作得到非同源信号的双确认，采用视频图像识别作为第二判据，具有判断准确、完全独立安装且不用停电、维护便捷、安全可靠的优点。

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。