0  引言

    变电站作为电力传输的重要环节，在区域包含众多的一次、二次电气设备。因此确保各变电站的安全运行是电能稳定传输的基础和重要环节。对变电站的看管从早期的人工看守已经逐步发展到目前普及的全视频监测管控。但与此同时，由于系统监控的精度和效率不稳定，目前，变电站无人值守的运行模式导致很多重要设施遭到了严重的人为损坏或偷盗，严重威胁了电网运行的安全性与稳定性。大多数变电站的监控系统是光控制器、视频切换器、视频服务器等独立构件或多个构件形成的一个综合系统。各变电站捕捉到的图像信息经电网发送至监控中心，由此便可不受时间和空间的限制实现图像的实时查看及外围设施的动态监管^[1]。

    人工智能技术的迅猛发展使得视频监控产品随之进入快速更迭期，各种基于互联网的高性能设备层出不穷。传统变电站视频监控系统利用以往架构，兼容性差不能替代旧设备，难以取得满意的防治效果。为解决此问题，本文使用Linux平台，并利用近年来成熟的智能视频分析技术和设备来。本方案基于原始变电站监控系统之上，配装了专门的智能视频分析服务器，同时也搭建了报警管理平台。变电站智能视频信息融合监控系统在Linux平台进行设计，能高效、良好、低成本地嵌入先进的视频摄录和分析算法和设备，以达到准确度高、报警及时、证据有效存档的变电站视频监控使用效果。

1  国内外变电站视频监控现状分析

1.1  国内外研究现状

    国外非常重视变电站的视频监控领域，美国国防高级研究计划局成果突出，它在这一领域投入了大量的人力物力。美国国防高级研究项目还与该领域的许多著名大学和机构合作，以实现电力视频监控的开发和推广。在视频监控的过程中，不仅局限于电力领域，将视频监控技术继续应用在国家和城市建设中^[2]。

    与此同时，我国成立多家研究机构，着力研究变电站的智能化管理。其中著名的中国科学院北京自动化研究所着力研究在电力管理领域的相关问题，同时成立有电力监测和管理的实验室^[4]。就目前的发展趋势而言，电网智能监测工作在发展趋势中非常突出，目前的发展过程是：首先，在电力视频监控工作中，信息、网络和智能的发展目标逐渐实现。与以往的人工管理模式相比，它能更好地反映我国电力智能化的成就，同时充分实现电力管理的自动化目标，有效地促进我国电力的发展。在智能发展的过程中，我国逐渐应用和发展了计算机技术和计算机相关技术。先进的技术也逐渐应用于电力视频监控领域^[6]。虽然智能的进步，但随着技术的升级，软硬件产品的价格也在不断上涨，价格的劣势逐渐显现。在变电站视频监控领域，信息管理已成为一种普遍现象，但信息的发展主要基于网络。大多数系统都基于B/S模型。因此，没有网络和宽带的支持，很难达到预期的效果^[7]。在中国的快速发展也为视频监控系统提供了良好的支持。

1.2  变电站视频监控需求分析

    结合变电站实际情况，确定出监控对象，一是室内，二是室外。其中，室内监控的根本目的是当发现有外人进入时及时发出预警，同时监控盗窃行为和破坏房间内的各种设施；户外监控主要为现场工作人员使用电子工作票、电子作业票联动进行工作调度。同时对变电站内各类人员进行特征分类标记和目标跟踪，防止人员进入危险区域，对变压器铜芯等设备进行盗窃和破坏。除此之外，也能对工作人员实施的维护行为进行实时监控，在维修工作者开展工作的过程中，将现场证据作为相关部门有效管理及研究的重要数据。所以，也就对变电站监控提出了下述几点要求：

    (1)室外区域：变电站边界入侵检测。只要监测到有陌生人进入监控外围区域，就会立即实施停滞、报警等多种有效措施；而只要确定有陌生人进入监控范围，就会立即发出警报并将捕捉的图像传送到监控中心。

    (2)室内区域：室内门道区域的入侵检测。只要发现有陌生人被允许进入监控区，就会立即发出警报并传送至监控中心。

    (3)监控中心端：增设专门的报警管理平台，对智能视频分析服务器进行实时监控与管理，同时对接收到的报警信息进行分类归纳与存储。

1.3  系统设计目标

    系统定位南网统一视频监控平台的应用系统之一，通过电网的统一视频监控平台获取视频流数据。在此基础上，利用视频智能分析算法，能对变电站的重要设备和各场景下的运行状态进行自动识别与分析，并且在发生异常时能及时发出预警。检测报告与上级管理系统相结合，实现数据共享，为现场人员提供可靠的决策支持，为变电站设备的运行维护和基于状态的维护提供稳定可靠的支持。因此，在设计和建设过程中必须遵循以下条件：

    (1)严格按照国家出台的标准及行业规定搭建变电站智能检测系统，旨在实现动态、科学监测与管理，在保证可视化显示的前提下，逐步提高监测结果的精准性。

    (2)视频数据采集直接受控于标准接口，由电网对视频监控平台进行集中调制，利用通信协议集成生产管理系统，共享检测报警和结果，功能模块联动。

2  变电站视频监控系统架构设计

    本文提出了一种基于Linux平台的通用高性能视频监控系统。系统是前端IPCam采集数据并通过现场总线传输到视频智能分析服务器。本系统依托Linux系统搭建平台。同时搭建了功能强大且性能相对稳定的Web服务器和视频服务器，最终将系统传输到南网统一管理与控制平台进行控制。本系统主要基于协议实现网络通信。嵌入式视频前端的主要职责是捕获视频及其相关数据。被压缩处理之后，利用网络上传至后台服务器，客户端就可进行动态监控。本系统直接运行于框架下，客户端可利用浏览器由嵌入式操作系统和嵌入式应用软件组成。目前，主要的嵌入式操作系统有：、、、等^[8]。其中，嵌入式作为一种特殊的Linux操作系统，几乎占了嵌入式系统应用的一半^[9]。嵌入式与一样，均具备内核完整、网络性强、硬件兼容等诸多特点。另外，随着嵌入式技术的快速更新与发展，嵌入式也紧随其后积极调整不同版本和新版本，并在内核中增加特定的机制以满足不同的需求。由于嵌入式系统的特殊性，与操作系统应用软件相比，嵌入式应用具有自身的特点。例如，嵌入式应用程序是特定的，软件代码需要在基于高质量和高实时需求的系统上进行固化^[10]。

    智能视频分析前端机采用先进的模式识别和人工智能技术，不仅能对重要场合进行实时检测，同时还能提供大量有价值的信息。就整体上来看，它具有较广的适用范围。如图1所示，它是系统的总体架构。

    (1)摄像头采集前端：本系统使用的是基于互联网协议的网络摄像头IPCam。IPCam可以通过网络发布视频信息，只要它被插入到以太网线路和电源中。IPCam用于自己的微处理器和内存，通常使用Linux操作系统、内置web服务器、支持各种网络协议、具有IP地址和DDNS动态域名，并使用浏览器IE输入IP地址进行视频查看。

    (2)网络硬盘录像机（NVR）：NVR对网络摄像头 (IPC)设备通过网络传输的数字视频流进行接收、存储和管理，实现网络带来的分布式架构优势。通过NVR完成同时观看、浏览、回放、管理和存储多个网络摄像头。摆脱计算机硬件，不需要安装很多软件。

    (3)智能视频管理服务器：智能视频分析服务器可以实时捕获视频图像，自动分析图像内容，检测和跟踪视频中的移动对象，结合运动物体的轨迹信息，与预设的安全规则进行比较，为视频区域的周长入口、项目迁移、攀爬和镜头异常生成报警信息。并具有系统免疫功能，调用者启动和设置恢复功能。

    (4)中央管理器：中央管理器是整个个分布式视频监测系统的核心部件，它包含通信模块、事件分类、平台交互等核心控制功能。

    (5)流媒体服务器：流媒体服务器压缩一系列图像数据，通过网络段传输数据，在系统中即时传输视频数据。

    (6)存储服务器：使用NAS(网络附加存储)网络存储服务器，使用标准网络协议进行数据传输，为网络中的Windows/Linux/Mac OS等各种操作系统的各种计算机提供文件共享和数据备份。

    (7)视频剪辑服务器：视频剪辑服务器对于压缩和处理视频数据非常复杂。它由多部分构成，具体包括了音频视频压缩编解码芯片、串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等。它的主要职责是完成压缩或解压操作，通过图像数据的动态捕捉或恢复，最后利用互联网实现图像数据和音频数据的高效传输。

    (8)区级中央管理服务器：是整个监控系统的枢纽环节，接收上级管理部门指示，并对所管辖台区内变电站进行综合监控，分别部署。

    (9)上级管控平台及南网统一管理平台：接收来自区级中央管理服务器的视频数据及事件信息，进行综合决策。

3  变电站视频监控系统功能设计

    本文根据需求制定了一套完善的处理方案。系统可对移动目标进行智能监测与辨识及追踪，并按照既有监控规则对可能的发生的一些常见安全事件进行自主分析和预判。只有发生异常事件，站点就会触发现场警报并及时通知中心。并维护现场证据，以视频流或快照等的形式向用户提供现场信息。此外，基于原有变电站监控系统之上，另行搭建一套智能视频分析服务器，同时也增设报警管理平台。对于此系统而言，可利用当前备受推崇与青睐的智能视频分析服务器在前端完成视频检测。而监控工作者就可在报警管理平台的协助下轻松完成报警管理及现场取证等相关工作。就整体上来看，本系统的自学习优势尤为显著，并且场景适应能力非常强。相较于普通的视频监控系统，既能降低误报率，同时还能很好地控制漏报率。

    原始监控摄像头信号源主要有两路，一路直接连接智能视频分析服务器，也就是在原有监控系统之上轻松更新为智能视频监控系统。在前端变电站中，智能视频分析服务器按照提前设定好的规则对视频图像进行处理，同时还能智能追踪和预警异常目标。只要发现目标与规则不相符，就会立即发出报警，而预警信息就会经电力专网上传到运行管理站，并进行报告管理。警察管理平台在成功接收到预警信息之后，就会通过以下三种方式通知监控，一是视频弹出，二是语音播报，三是文本提醒。新系统可在原有平台上查询实时视频，一旦发现有人进入就会立即发出预警并拍下入侵视频图像。有效克服了当前监测系统的报警准确率低、误报率高的问题。只有当警报仅发生时，且存储资源较少时，才能够实时捕获警报，确保存储资源合理利用。

    本方案的提出与实施旨在从源头上提高系统的智能化水平，为监控中心提供大量准确率高的报警信息，将误报率控制到最低，并在第一时间存储并传送现场证据。根据现场实际情况，本文对系统做了详尽的功能分解和规划，系统详细功能如图2所示。其主要部分包括：

    (1)工作票、操作票联动分析模块：根据实际现场人员的纸质工作单和操作单联动形成电子表单，操作人员手持PDA进入变电站现场执行工作，对现场情况进行指导，以及对异常行为进行报警。

    (2)电子围栏警戒模块：对变电站工作区域在视频监控区域内进行划分，当监控视频发生入侵时，系统立即发出警报，同时锁定目标，自动调用附近的监控设备跟踪目标。本系统可以在监控区域使用不同的摄像头来收集和跟踪目标，并将目标牢牢锁定，使入侵者无处藏身。

    (3)人形侦测模块：利用基于可变形部件模型的HOG(梯度方向直方图)特征算法结合LSVM(隐支持向量机)算法对人形目标进行检测，对视频区域人员异常行为（例如打架）进行实时监测防范。

    (4)人脸识别模块：利用高精度人脸识别SDK对变电站内往来人员在出入口处进行人脸识别监测，对未录入系统的非工作人员进入站内事件进行报警。

    (5)工作服、安全帽侦测模块：对变电站内工作人员的工作服和安全帽特征进行分解，利用特征目标识别算法对其站内工作人员进行辅助识别跟踪。

    (6)物件跟踪检测模块：具体包括物件遗留报警和物件遗失报警，在监测区和自动报警系统中自动检测移动物品，支持物品被搬移和物品被搬移一段时间未放回报警。

4  变电站视频监控系统设计特点

    本文提出的基于Linux智能变电站视频监控性能主要体现在：

    (1)提高监控系统报警的准确性。目前采用的一些监控系统主要是通过多种不同类型的探测器对变电站进行动态监测与报警，不仅容易受到外部环境变化带来的诸多影响，同时也会受到电磁干扰。而在本课题中开发的智能视频分析系统采用视频分析技术对场景进行实时监测与分析，有效提高了报警的成功率。

    (2)降低漏报率。在原有监控操作系统中，因为是操作管理处的监控人员有选择地监控某些视频，必然会造成其他视频信息遗失，最终导致很多报告信息出现了不完整等问题。而在本设计中选用视频分析技术，使用计算机技术识别、处理和计算异常事件，同时有人力检测，能够在复杂环境中识别监测区域的运动目标，弥补人力监控的不足。

    (3)提高监控系统的实时性，及时提供预警。现有系统的红外双检系统、电子围栏及各种探测器不能现场分析，不能预先警告。本系统可以跟踪和分析移动目标并及时警告潜在威胁。

    (4)提高监控系统的信息传输销售率，第一时间存储并传送现场的报警证据。目前使用的红外双报警系统、电子围栏及不同类型的探测器可实现功能过于单一，只能对事件进行动态监测与报警，无法提供有力的现场凭证信息；编码器不能对报警事件进行智能分析与评判；监控中心无法完整保存现场证据。发现报警事件生成之后，系统第一时间传送报警现场信息并将其保存报警管理平台上进行验证。

5  结论

    为解决变电站因数量众多且无人值守的监控和管理难度，本文提出一种基于Liunx的视频监控分析智能化解决方案。本文提出的基于Linux的智能变电站监控系统既保留了传统系统的功能，又可以利用视频分析前置机的优势快速精准上传报警信息。就整体上来看，本系统主要具备下述优点：

    (1)安全性提高。常规的监测系统主要是通过各种探测器对目标进行监测。监控人员只是对部分图像进行选择性监控。监控过程中暴露出很多安全问题。而本系统则选用了功能强大且性能相对稳定的智能视频分析技术，由此大大提高了系统运行的安全性。

    (2)监控效率提高。常规的监控系统需要工作人员长时间盯着监控显示器，工作效率非常低。而本系统则利用机器进行全天候监控，工作人员无需长时间盯着屏幕，只需处理一些突发的报警事件，这样一来不仅降低人员工作强度，保证其工作质量，保证了工作精度，同时提高监控效率。

    (3)存储效率提高。常规的监控系统只是保存部分视频，无报警事件的监控画面占用过多空间，而本系统确定了报警事件前后所需的视频优先存储和保存等级。系统保证了有用信息的存储，提升存储精度和效率。

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作者信息:

梁国坚,张永挺，罗斌斌

（广东电网有限责任公司中山供电局，广东 中山528400）