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1、随着三维实景建模、一键顺控、自动巡检、移动作业等智能运检新技术的发展应用，传统的检修体系已不能适应集坚强智能电网与电力物联网特征于一体的变电站。研究团队提出一种基于信息全景可视化的变电站智慧运检管控体系，通过对变电站三维实景建模、电力物联网大数据融合承载及丰富的三维可视化智能管控增值应用，实现对变电站全站空间精确测量、一次接线图实景对位设备三维实体、车辆模型三维实景演示、人员定位、设备异常告警三维动图及电力物联网数据统计与对比等功能，提升变电站运维检修、设备管控及人员管理效率。随着国家电网公司电网建设进入一个新时期，智能电网、变电站设备运行的复杂程度显著增大，集坚强智能电网与电力物联网特征于一
2、体的变电站智能化运检管控体系显得越来越重要。如何快速建设变电站智能管控-体化平台，实现资源调配，形成典型规范的管理流程，实现科学规范的企业管理，对整体项目进行统筹规划和控制，从而在安全管理、质量管控等方面取得显著提高，使得企业能最大限度地适应现代化社会发展，成为电力企业管理提升的热点。目前，国内外针对物联网技术和变电站的智能化运检管控体系已经开展了一系列的研究。供电公司的研究人员提出基于三维技术的变电站实景管控系统，将基于精确空间坐标信息的三维实景彩色点云扫描重构技术引入变电站综合管控之中，打造电力物联网感知融合智能生态圈，结合现有的辅助监控系统、数据采集与监控(supervisorycont
3、rolanddataacquisition,SCADA)系统、设备管理体系(plantmanagementsystem,PMS)台账等各类电力数据，构建交互性好、真实精确的沉浸式变电站三维全景可视化平台，同时使站内的生产调度、运行维护、督导管理方式发生巨大的变化。1现状分析随着全球能源互联网的推广，交、直流电网飞速发展，电力物联网体系的建设不断深入和优化，变电站的运行设备不断增多，变电站运维工作人员日常维护工作的难度也相应增加。各种在线监测系统、智能电气设备、辅助控制系统、电力机器人巡检系统等所产生的电力大数据，以及数据互联互通的横向到边、纵向到底的结构学特性涌现，从而衍生出适应智能电力应用的
4、、以电力系统、电气设备为核心的结构化数据融合需求。变电站智能管控一体化平台摒弃了原先单一系统、孤立数据形成的信息孤岛，建立能够实现物物相连，纵贯感知层、网络层、平台层、应用层，实现数据融合共享的承载平台、更为友善的人机界面及感知适应场景变化的临境能力。2系统建设客观世界中的物体多以三维立体的形式展现，包含外形特征、表面纹理等信息。传统的建筑物模型制作所需要的空间信息多是采用全站仪测点、测距仪钢卷尺测边、照相机拍照贴图等技术手段完成，但由于获取数据的局限性，难以得到贴合实际相应比例的建筑物三维模型。本文通过对变电站激光雷达彩色扫描，采用三维实景建模、电力物联网大数据融合承载及丰富的三维可视化智能
5、管控增值应用，实现对变电站全站空间精确测量、一次接线图实景对位设备三维实体和车辆模型三维实景演示、人员定位、设备异常告警三维动图及电力物联网数据统计与对比等功能。变电站三维实景管控系统部署架构如图1所示。2.1 三维实景重构三维实景技术又称实景虚拟现实技术，是虚拟现实技术的最新分支。它是采用专业的数码相机对选定的场景进行多角度拍摄，然后再对拍摄的照片进行后期缝合的一种三维虚拟展示技术。与传统虚拟现实技术通过对实物进行三维建模来实现模拟所不同的是，三维全景技术通常采用真实场景的实景图片来搭建整个虚拟空间，其仿真度更高、沉浸感更为强烈。变电站三维实景管控系统应用激光扫描、点云建模技术，基于融合式三
6、维引擎实现全维度空间实景重构。变电站三维实景管控系统如图2所示。2.2 电力物联网大数据融合变电站三维实景管控系统可融合承载电力物联网各类数据，如I区综合自动化管理系统，II区在线监测系统、PMS,IV区视频图像系统等，通过正向隔离装置接入IV区变电站三维实景管控系统，基于电力规约可以在具备数据中心的局端平台进行数据统一对接，同时也可以实现站端数据、云平台、第三方数据平台等多源数据的集成。通过三维可视化融合承载，赋予场景中所有设备或物联网前端住感器丰富的表现含义，实现以设备为中心、物物相连的电力数据结构化融合展JO1) 一次设备在线监测数据融合将各种在线监测设备整合到变电站三维实景现实平台中，
7、为系统跨平台巡视、分析、诊断、预警提供快速便捷的有效方式。将在线监测设备按真实场景位置融入变电站三维实景管控系统中，直观、便捷地展示实时监测数据，在线监测数据展示如图3所示。图1变电站三维实景管控系统部署架构图2变电站三维实景管控系统2)视频监控系统数据融合将视频监控系统变电站前端采集物联网传感器的摄像机数据融入三维场景中，并按照真实场景中的位置在三维实景中展示，迅速进行符合电力物联网物物相连的相应关联绑定，只需点击摄像头，即可展示实时拍摄的图像信息，如果站内布置云台机，还可以在场景中控制球机对拍摄的图像进行方位的切换，同时对图像可以进行截图保存等操作，用于提取编辑。图3在线监测数据展示3)
8、PMS台账数据融合在初期，将PMS设备台账数据通过离线拷贝的方式接入三维实景模型中，多而在三维实景中直观展示设备的台账信息，PMS设备台账信息展示如图4所7JO图4PMS设备台账信息展示4）巡检机器人数据融合通过运用全站激光扫描实现变电站内各种电器设备、建筑结构均具备空间坐标，进而通过点云重构技术借由三维引擎实现点云模型。此种三维可视化增强现实技术结合电力机器人巡检，不仅可以将变电站的全景数据可视化呈现在以设备为中心的1：1实体上，而且还可控制电力机器人执行巡检任务，推送相应巡检点位的可见光和热红外图谱、视频图像。2.3 功能应用1）统计比对功能应用基于历史数据，可根据时间、数据类型、统计规则
9、快速检索和统计，支持统计结果的快捷保存。可选择具体设备及其需比对的设备属性，形成按时间轴展开的数据对比曲线，支持多个设备数据的对比功能，曲线图支持局部放大查看，数据统计与数据对比如图5所示。图5数据统计与数据对比2）设备异常动图告警功能应用在变电站三维实景管控系统中能实时同步设备告警状态，一旦设备出现告警会在三维平台中进行标识，提供直观动图查看方式。3）远程空间测量功能应用变电站的现场勘查需要耗费较大的人力等成本，在检修作业前多次的现场勘查不但耗费大量时间，而且效率低下。在三维场景中进行远程勘查，可调取测量工具执行空间测量（包括手动测量、对地测距和角度测量），执行尺寸检查、编辑、删除等操作；身
10、临其境地对现场进行查看和测量，然后进行现场作业的决策、精确评估，利用精确的空间距离信息可实现对现场立体场景中各种空间操作的计算评估，大大提高工作效率，远程距离勘测如图6所示。图6远程距离勘测4）车辆模型实景演示功能应用从车辆库中调取车辆模型导入三维场景中能操作车辆前进、后退、左转和右转，可调节吊车和登高车的转台角度、吊臂角度和吊臂长度，车辆顶端可执行距离检测，用不同半径的球面进行展示。当检测到有空间碰撞，提供告警提示。5）人员安全管控功能应用人员实时管理是变电站管理工作中的一个盲点，在一些大型项目中往往出现施工人员实时督查难，现场带班人员敷衍职责等问题，现场管理水平低下是目前变电站内发生作业事
11、故的一个重要原因。为加强人员到岗情况动态考核，监督现场工作情况，通过人员定位模块，采用载波相位差分技术（real-timekinematic,RTK）,实现高精度定位，可实时获取场所内工作人员的位置信息，并在变电站三维实景管控系统中实时展示；基于平台配置的告警策略，还能实现对定位人员的任务路线监控和危险作业的告警提醒，保障人员安全、作业安全、设备安全。图7为现场人员平台展示,基于三维实景，实时获取全景范围人员精确分布,人员位置一目了然，能够直观获取在场人员信息，支持快速定位人员所在场景，提供人员定位相关报警功能，实现全局掌控。运维人员可在变电站三维实景管控系统中设立电子防护栏，建立危险区域和安
12、全区域。危险区域不许人员进入，安全区域不许人员离开，可根据不同的安全和作业需求来编辑该区域具体信息（如设备带电危险区域、安全距离、现场作业安全区域等）、起止时间，并以不同的颜色区别显示。当工作人员出现违规行为时发出警示，保障工作人员的人身安全。3结论本文通过建设与应用基于信息全景可视化的变电站智能管控一-体化平台，在建立设备和场景三维物理模型、可视化状态检测、模拟培训的基础上，建立了涵盖变电站设计、运营、事故等的临境式站所管控系统，实现变电站运行设备实时监测和故障原因的快速查找和处理。通过平台内统计比对、设备异常动图告警、车辆模型实景演示等功能的应用，提升了运维检修、设备管控及人员管理效率。附
13、参考资料：基于自动判读功能的变电站智能运检一体化平台摘要：目前变电站的自动化采集系统能够满足对调度和监控所需的电气量数据（电压、电流、开关位置）的实时采集，但对于非电气量数据（如避雷器动作次数、SF6气室压力、充油设备油位指示）等缺乏有效采集手段，仍旧以人力采集、录入、评价为主。针对该问题，本文提出了一种基于自动判读功能的变电站智能运检一体化平台，对非电气量数据进行自动识别、录入和评价。该平台采用具有图像识别功能的摄像头对室内外重点设备的仪表参数及运行状态实施全天候精确监控，包括设备的油位、压力指针和仪表读数，利用模式识别软件对各类仪表图像进行识别、录入，利用智能分析模块，对录入结果进行评价和
14、决策。该系统已在供电公司HOkV百花变电站进行了安装试验，运行结果表明，该系统能够将非电气量数据准确、及时地传送到管理信息系统中，能进一步提升设备的状态检测水平，降低人力、物力成本，值得推广应用。关键词：图像识别信息采集变电站运维0.引言变电站管理维护是电力生产的一个重要环节，变电站五通规范要求运维人员应当定期检查设备运行状况以及各类动作参数。目前大部分变电站已经实现了将生产现场的设备运行数据、运行状态和运行环境传送到远方的集控中心，同时集控中心也可以对现场设备进行控制和调节，即遥测、遥信、遥控、遥调和遥视。尽管变电站自动化采集系统能够实现调度和监控所需的大量电气量数据（电压、电流、开关位置）
15、，但对于非电气量数据（如避雷器动作次数、SF6气室压力、充油设备油位指示）等缺乏有效采集手段，仍旧以人力采集、录入、评价为主。因此，考虑到传统的人工巡检和采集方式不仅存在劳动强度大、工作效率低、手段单一等不足之处，研发一种新的人机合作系统，通过该系统对非电气量数据进行自动采集、分析和评价，并进行传递、处理和决策，对解决变电站运维薄弱环节,提高运维工作效率有着重要意义。针对上述问题，本文提出了一种变电站智能运检一体化平台，采用具有图像识别功能的摄像头对室内重点设备的仪表参数和运行状态实施全天候精确监控，包括设备的油位、压力指针和仪表读数；利用所设计的模式识别软件对各类仪表图像进行识别、录入，并以
16、报表的形式进行显示，当监测目标发生变化时，提醒运维人员加强监视；同时，引入智能分析模块，利用所设计的模块软件对录入结果进行评价和决策。最终，充分利用本项目建立起来的变电设备现场图像资源，基于可视化自由分析场景和人工智能深度学习方法，实现对设备运行状态的风险评估和智能诊断。1 .变电站信息采集现状分析电力系统是一个由众多发电、输电、变电、配电及用电设备连接而成的大系统，电力设备的故障不仅会造成供电系统意外停电而导致电力企业经济效益减少，而且有可能造成用户的重大经济损失，因此这些设备的可靠性及运行状况直接决定了整个电力系统的安全和稳定运行。随着无人值守变电站模式的推广，伴随而来的是变电站巡检工作量
17、越来越大，巡检到位率、巡检及时性均无法得到有效保证。特别是在高原、戈壁等特殊地理条件或如大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨等极端天气发生后，造成人工无法及时巡检设备，并且受条件限制巡检任务存在较大安全风险，此时变电站一旦发生意外事故，决策者因无法及时获取直观的现场信息，往往会贻误最佳处理事故的时机，造成不必要的经济损失甚至人员伤亡等重大的事故。无人站非电气量信息采集、录入的发展方向已从离线采集向在线监测转变，同时，随着科学技术的不断发展，在线监测技术向着自动化、智能化、实用化的方向发展。部分变电站为了解决非电气量数据采集问题，采用巡检机器人替代人工识别，起到了一定成效，但也显示出一定的局限性，主要包
18、括：应用范围有限（适合敞开式设备），维护不便（长期运行室外环境对其内部元件寿命影响较大，尤其是可见光镜头、红外镜头、通信装置和电池等），存在点位识别偏差（无论有轨机器人还是无轨机器人，在运行一段时间后，都需要对机器人巡视点位进行定期维护）。采用变电站智能运检一体化平台，则完全可以避免上述问题，该方案的缺点是前期投资要略高于巡检机器人，但后期维护费用和使用周期要优于巡检机器人。因此建立变电站智能运检一体化平台，更能适应下一阶段运维工作开展的客观需求。2 .平台建设理念及功能变电站智能运检一体化平台采用全方位摄像头对室内外重点设备的仪表参数和运行状态实施全天候精确监控，包括设备的油位、压力指针、仪
19、表读数和开关状态；利用所设计的模式识别软件对各类设备图像进行识别、录入，并生成报表，同时，引入智能分析模块软件，对录入结果进行评价和决策。平台架构分为信息采集单元（摄像机）、数据存储单元（服务器）、数据分析单元（服务器），如图1所示。室外变压器室内开美和本地控制键性图1平台架构（信息采集单元数据存储单元数据分析单元）2.1 智能模式识别算法针对不同类型仪表提出相应的智能模式识别算法（数显电表、开关状态指示仪表、压力指针表、变压器油位表等），并将其集成为具有自动判读功能的综合数字管理平台系统，通过对图像数据进行识别，完成无人站仪表信息的自动录入和自动判读功能。2.2 监控中心一体化平台设计监控中
20、心一体化平台主控系统,可对一体化平台进行视频图像的调用、群组、分割、切换、轮巡，并对系统参数配置、权限等系统信息进行管理，操作人员通过实时浏览界面，可以轻松将视频图像切换到监控台显示器上，进行近距监视。同时，监控中心一体化平台可提供图像数据识别和分析功能。2.3 故障联动查看在单台摄像机监测到设备运行异常的情况下，该监控系统发出报警，在监控中心一体化平台上输出报警信息，同时摄像头联动，根据电气连接关系即时抓拍可能引起故障的设备和故障可能影响到的设备，全面的展示故障类型和故障范围。3 .图像识别算法及功能实现变电站智能运检一体化平台面向变电站巡视的实际需求，有针对性的解决变电站日常巡视管理中的关
21、键问题，构建满足日常管控需求的全时空立体视频监控平台，为变电站日常安全管理、应急指挥、日常巡视等提供直观的数字化展示及决策。为了能够将不同类型仪表的读数快速识别和录入，结合数显电表、开关状态指示仪表、压力指针表、变压器油位表等非电气量读数特征，编写智能模式识别算法，并将其集成为具有自动判读功能的综合数字管理平台系统，通过对图像数据进行识别，完成无人站仪表信息的自动录入和自动判读功能。3.1 数显电表的模式识别变电站数显电表数字识别过程主要由定位和截取数显仪表区域、数字分割和数字识别三个步骤组成，其基本流程图如图2所示。具体可描述为：首先对拍摄的图片进行预处理，定位数显仪表区域；其次，通过筛选获
22、取所有可能的数显仪表区域，并编号；再次，将数显仪表区域中的每个数字分割开来；最后将归一化后的数字图像输入多元SVM分类器中，对图像进行识别，并按照分割顺序将识别出的数字重新组合，获取数显仪表的最终数据。其图像处理过程如图3所示。始RGR图像r定义分割自拔陶二值化小散点处用堪即形枢分IW数字M域专无分类bWM中值流潴（）定位和被Iu做显仪域（b）酸7分制图2变电站数显仪表数字识别流程图（八）原始RGB图像(b)阈值分割后图像(C)定位和截取数显仪表区域aa由田目多|SEE3：*国巨乳(d)数字分割()二值化归一化图3数显仪表数字识别图像处理过程3.2 开关状态指示仪表的模式识别由于开关状态指示仪
23、表的状态只有开和合两种状态，所以可采用简单的模板匹配算法来进行状态识别。而且，采用模板匹配算法进行状态识别时，不需要在摄像头采集进来的图像中定位仪表所在区域。在进行模板匹配之前，需要对开关状态指示仪表处于“开”状态和“合”状态是相应的区域图像块进行采集，以此作为算法中所需要的两个模板图像。此外，为了减小光照的影响，需要对模板图像和待检测图像作归一化处理。开关状态指示仪表模板匹配识别流程如图4所示。图4开关状态指示仪表模板匹配识别流程3.3 压力指针表的模式识别变电站压力指针表识别读数过程主要由仪表区域定位、仪表图像预处理和仪表指针识别三个步骤组成。指针仪表区域的定位可以采取SlFT特征点匹配算
24、法实现。仪表指针识别采用Hough变换算法。指针仪表设备通常有深色表盘、浅色指针与刻度，或者浅色表盘、深色指针与刻度两种。在变电站形形色色的指针式仪表中，指针都具有一个统一的特征，即一条用通表盘圆心的具有一定长度的近似线段。在完成仪表表盘定位之后，便可以利用指针的这一特征，对指针进行识别提取。指针仪表区域定位流程图如图5所示。指针仪表图像预处理如图6所示。图5指针仪表区域定位流程图定位的指针仪表区域一图像块-O-灰度化W膨胀W细化二值化滤波图6指针仪表图像预处理3.4 变压器油位表的模式识别变压器油位表的识别流程包括仪表区域图像定位、图像预处理、油位识别三个部分。油位表区域图像定位分为两个大致
25、定位和精确定位。大致定位可以采用模板匹配算法，其中模板图像为图7中的红色矩形框部分。变压器油位套管中的有油区域和无油区域均为红色，只是颜色深浅不同。精确定位可以利用这一点，即采用基于颜色分布（红色）的自定义阈值分割方法，框定出有油区域图像（红色矩形框中红色圆部分）。变压器油位图像定位完成后，需要进行一些预处理，如图像滤波用来减少背景干扰，图像增强更有利于后续识别过程。图7变压器油位表模板图像3.5 四种模式识别算法的集成设计将上述针对不同类型仪表的四种智能模式识别算法集成设计成软件，更方便于实地操作。由于四种算法的处理机制不同，因此当摄像头采集到的图像进入软件接口时，需要对所采集到的图像进行分
26、类，判断其属于哪种仪表所处的环境图像。在图像分类的环节，需要事先以同等方式采集四种仪表所处的场景图，然后基于像素计算输入图像与四种场景图像的相似度，取相似度最大的仪表场景作为分类结果。最后调用相应的仪表识别算法对图像进行处理识别。软件设计的流程图如图8所示。图8算法集成软件设计流程图4应用效果变电站智能运检一体化平台在供电公司HOkV变电站进行了安装试验。现场运行结果表明，产品能够有效解决传统的人工巡检方式存在的劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等不足，而且能够将监测数据准确、及时地传送到管理信息系统中以供分析决策。同时，该平台尚处于完善阶段，运行中也发现了一些不足，如：对非电量数
27、据的采集过程及其使用方式和范围缺乏相应的标准；平台运行过程中会产生并存储大量涉及变电站核心业务的即时数据及相关信息，一旦无法妥善处置，可能面临隐私泄露的风险；平台本身的运行状况可能直接影响变电站监控效果。针对上述不足，制定的解决方案有：根据电网行业的相关信息安全条例或技术改造规范制定对智能运检一体化平台的管理办法；对感知端在数据采集过程中产生的数据包进行加密传输,严格管控整个传输过程,杜绝变电站信息泄露,限定感知端的数据采集类型及后续使用范围标准，避免涉及到变电站核心业务数据及信息等相关隐私；定期对平台进行自下而上的全面故障排查及系统优化，制定应对各类紧急状况的方案，保证平台顺利运行。整个平台
28、建设考虑了先进性、高效性、可靠性和稳定性，在满足变电站整体需求的前提下，最大程度地降低了平台造价和安装成本，大大缩短了数据抄录和分析处理时间。5.结论变电站智能运检一体化平台的建设，不同于以往变电站的辅助监控平台，实现了对非电气量的数据自动识别、录入和评价。该平台提高了运维人员的决策判断能力，保证了电网运行的可靠性，节省了人力成本，给设备运维部门带来了实际效益，具有广阔的应用前景。参考文献山陈飞凌.智能电网安防及视频监控系统发展趋势.中国公共安全(综合版)J,2013,(7):114-117.2鲍现松,吴晖,胡红霞.基于“人工智能”的变电站智能运检管控系统.电力讯息J.2019,26(2):179/80.3冯新凯，刘远龙.智能辅助监控平台建设与应用.智能电网IJJ.2015,(7):664-668
