三维变电站无人值班智能警卫系统

张聪颖　吴婉彬　谢秋疆

摘 要：三维变电站无人值班智能警卫系统，是根据无人值班变电站的特点和安保需求，利用三维平台，建立起来的直观、智能、高效的变电站警卫系统。通过应用该系统，能够代替大部分门岗人员职能，减少变电站门岗人员配置，达到减员增效的管理目标，也使得变电站的安保管理水平达到一个新的阶段。

关键词：变电站；无人值班；智能

中图分类号：TM76

近年来，随着电网规模的迅速扩大，电力系统科技水平不断提高，尤其随着电力“三集五大”管理体系建设的不断深入和优化，无人值守变电站的集中管控数量日益增加，如何能高效、高质量地进行安保工作，是个越来越引起重视的课题。

在现实应用中，变电站面积大，防范区域分布面广，配套设施多样，传统视频监控系统是获取整个变电站安防状态信息的手段之一，同时需要配合其他传感器全天候24×7保护整个区域，这种传统方法经常依赖于安保人员或者警卫监视多个摄像机或者其他传感器，典型结果是造成安全环境完全依赖于人的注意力上。随着时间的推移，注意力严重下降，从而缺少真正的保护，造成这个安全系统变得脆弱、不安全。而三维变电站无人值班智能警卫系统，是根据无人值班变电站的特点和安保需求，利用三维平台，建立起来的直观、智能、高效的变电站警卫系统。系统的监控平台是三维实景智能平台，将变电站以真实三维模型呈现，而安保系统相关设备则在场景中以真实位置呈现，以达到直观地目的，同时友好的用户界面也非常便于监控人员操作、查询。系统的主机可以通过图像/数据分析及报警联动管理，采集并分析各区域的前端传感器或摄像机上传来的报警及图像视频信号，从而实现对变电站关键基础设施、周界、环境、动力、门禁等部分的管理，例如边界设置、监视所有的周界摄像机，监测温湿度、人员/车辆进出状况等。而且，能够将报警记录和相关视频上传后台管理平台，进行远程控制、应急预案处理。当发生异常或警情时，将信号传输到无人值守系统的主机上进行监视处理，同时发出声光报警信号，提示值班人员进行接、出警，有效的避免了传统方式过度依赖人力的弊端，真正达到“技防”的效果。

1 系统构建介绍

1.1 系统结构图介绍

如图1，系统平台以GIS地图为载体，定位到变电站，进入到变电站三维实景中进行监控，以达到直观展示、沉浸操作、高效应用的目的，并满足以下监控需求：

（1）能宏观地看到整个场景中安保设备的位置，便于监控人员对前方无人值班变电站的全局把握。

（2）三维实景中如门的开合状态与前方变电站状态是一致的，这能让监控人员对前方门禁状态一目了然，便于监控。

（3）在三维实景中直接操作前方设备，能达到便捷高效的目的。如在三维场景中直接点击门，可进行远程开门/关门操作；双击需要监控的摄像机图标，即可在三维实景中展示其实时画面，结合三维实景，便于监控人员发现异常。

（4）三维实景中安保设备以图标化形式展示，相比于传统二维的树形菜单，用户交互界面更加友好，搜索等操作都更加便捷。

部分操作界面如图2、3、4所示：

1.2 3D模型的构建

3D模型是根据实际变电站的场景及设备所建，根据变电站电气设备图和现场照片，使用三维建模工具（如：3DMax，Maya等）根据真实变电站场景1：1构建，然后导出模型为系统所用，包括主变、开关柜、断路器、隔离开关、母线、电压互感器、电流互感器、电容器、避雷器等所有电气设备，将这些设备以单个设备为整体从3DMax中分别导出obj文件，如1号主变、2号主变、101开关、102开关、3013隔离闸刀等等。

（1）导出规则。3D变电站场景建模完成之后，导出為模型为系统所用。导出规则为：若该物体在真实变电站中为单独的实体（如：变压器）或者需要对该物体进行虚拟操作（如：道路），则需要将该物体导出为单个模型。

举例：变压器在真实变电站中为单独的实体，并且变压器有实时运行参数，人物需要对其进行一系列操作；3D变电站场景中虚拟人物同样需要查看变压器的运行参数和对变压器进行一系列操作；满足以上条件，所以变压器需要单独导出为一个模型。道路，此处专指真实变电站可以行走的区域；在3D变电站场景中，需要对虚拟人物的行走进行控制，虚拟人物必须在道路的范围内行走；对道路需要进行虚拟操作，所以道路也需要单独导出为一个模型，以作碰撞检测用。

（2）命名规范。模型导出之后，根据真实变电站中的设备名称命名模型名称，如真实变电站中该设备名称为：1号变压器，则虚拟场景中该模型的名称为：1号变压器.OBJ；真实变电站中该物体名称为道路，则虚拟场景中该模型的名称为：道路.OBJ。这样3D变电站场景在在进行碰撞检测的时候，就知道检测到的是哪个模型。

（3）实时数据。实时电力数据都是通过网络接口协议TCP/IP进行传输，如：电流，电压。实时图像数据也是通过网络接口协议TCP/IP访问网络摄像机返回实时图像数据。

2 系统主要功能

2.1 智能联动

智能联动是变电站无人值班智能警卫系统中的核心功能，它的自动化、智能化可以大大减轻监控人员的工作量，提高监控的准确度，从而大大提高变电站安全性。

（1）和周界防范、安防等传感设备结合，诸如电子围栏设备、红外双鉴等，任何部位发现警情，自动智能巡逻查看巡视，发现移动目标后自动聚焦、自动跟踪、自动录像。

（2）可以灵活设定警卫时间，诸如夜晚或重要保电期间，可视终端自动侦测门口徘徊、逗留人员、自动拍照、自动录音、自动录像、自动喊话、自动报告监控人员、夜间自动打开灯光等一系列操作。

（3）发现大门异常，跟踪摄像机自动快速转向大门，进行人员/车辆的自动聚焦、自动跟踪、自动录像，强化对门开闭状态告警的针对性可视巡视。

（4）通过设置监控摄像机各个不同机位间的智能协防配合，当某一监控点发现异常并告警时，可以自动调取其他摄像机从不同方位和不同角度进行自动协防监控、录像。

（5）运用“自动跟踪功能”的网络智能摄像机，可以设定摄像机360度全方位侦测，在侦测范围内出现移动目标，摄像机可以自动聚焦到目标，并自动跟踪移动目标。自动侦测、自动跟踪，完美实现电子安保功能，24小时全天无休，不会打瞌睡，不会开小差。可预先设定围墙、作业区域、带电区间的电子安保巡视线路，通过自动视频监测和图像模式分析，设定视频检测区域的异常移动模式，遇有异常，可语音、灯光告警。一旦有任何人、动物或物体误入设定的禁区，及时切换监控画面推送抓拍截图，提醒报告安保监控人员，并根据设定进行安保事件记录。

2.2 智能巡逻

根据无人值班变电站安保工作的需求，智能警卫系统设置了智能巡逻功能，以通过自动化、智能化方式来减少人工巡视的工作量、提高准确度。

巡逻默认按照一个站到另一个站的方式巡逻，所有的站点都巡逻到位；巡逻的内容包括：当前监控点的所有信号量设备的网络状态；包括：门禁的状态，红外双鉴的状态；摄像机的图像巡逻，分别巡逻配置好的摄像机巡逻预设位；若有多个摄像机，则以主副摄像机的方式展示，当前正在巡邏的摄像机则在主摄像机面板展示。

智能警卫系统采用3D变电站的智能寻径巡逻算法来实现智能巡逻功能。3D变电站的智能寻径巡逻算法是一种使用三维仿真技术模拟现实变电站真实场景，集成电力实时数据；以3D变电站场景为载体，采用3D自动寻径技术，实现虚拟人物对变电站设备的实时电力数据和实时图像数据的巡检；达到人物直观，远程巡逻变电站设备的智能算法。

该算法的具体描述如下：

（1）初始化组合Lp，选择需要巡检的模型组合，若模型组合数量小于1，则证明未选中任何模型，该算法结束；使用扩散式射线寻点算法依次找到道路区域可到达该模型的最佳点D并记录在组合Lp中。

（2）获取变电站大门口的位置点Pm，将Pm设置为Lp的第一个元素。

（3）将组合Lp进行排序，取出Lp中第一个元素设置为点Ps，Lp移出点Ps，将Ps设置为排序的起始点；新建组合Lt，将点Ps添加到Lt中。

（4）若Lp为空则至步骤5；否则遍历组合Lp，找到点Pe满足条件：Pe距离Ps最近；Lp移除点Pe，将点Pe添加到Lt中；设置Ps=Pe，重复步骤4；距离公式为：

（5）将Lt中相邻两点组合为寻径点组合，寻径点组合的格式为[Ps，Pe]，即一个起始点和一个结束点。如：假设Lt的点为P1，P2，P3，则寻径点的组合为[P1，P2]，[P2，P3]。

（6）采用多线程方式实现寻径，将待寻径点组合[Ps，Pe]分配到各个线程。

（7）路径计算完成，新建路径组合Line，将各线程计算的路径信息依次添加到Line中。

（8）虚拟人物根据Line中的路径信息开始巡检；取出Line中的第一个点作为巡检的起始点Ps，Line移出点Ps。

（9）若Line为空，则巡检完毕，巡检结束；否则取出Line中第一个点作为目标点Pe，巡检则为虚拟人物由点Ps到达点Pe。

（10）当巡检点到达点Pe时，Line移出点Pe，判断点Pe是否包含在组合Lt中；若包含，则证明巡检点已经到预定该模型所在位置；则相应加载模型的电力实时数据和图像实时数据即可。

3 结束语

随着电力“三集五大”管理体系建设的不断深入和优化，无人值守变电站的集中管控数量日益增加，传统的安保方式，管理手段较为单一，普遍仍然处于人治阶段，管理的规范性和效率具有很大的提升空间。三维变电站无人值班智能警卫系统的应用，采用了新技术，尤其是新的信息化技术手段，一方面可以达到减员增效的管理目标，另一方面也使得变电站的安保管理水平达到一个新的阶段。

参考文献：

[1]崔厚坤，洪莎莎.无人值班变电站智能安防辅助系统设计[J].电力系统通信，2012（238）.

[2]赵国喜，张海峰.无人值班变电站运行技术[M].北京：中国电力出版社，2010（01）.

[3]胡珊，顾其威.无人值守变电站智能化远程图像监控系统[J].计算机工程，2003（02）.

作者简介：张聪颖（1988-），女，湖北襄阳人，助理工程师，本科，银湖运维站副站长；吴婉彬（1966-），女，安徽芜湖人，高级工程师，本科，主任；谢秋疆（1964-），男，安徽巢县人，技师，大专，龙瑞运维站站长。

作者单位：国网芜湖供电公变电运维工区，安徽芜湖 241000