視頻監(jiān)控在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用一直是安防行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，這不僅是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)是電力系統(tǒng)綜合自動化中的必選項(xiàng)目，而且隨著智能電網(wǎng)概念的提出，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控又被賦予了更多新的內(nèi)涵。在智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)框架內(nèi)，視頻監(jiān)控的信息不再僅僅是完成“遙視”的功能，而且需要為電力系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行的輔助決策方案提供更加靈活的技術(shù)支持，更加有效地為電力系統(tǒng)的調(diào)度控制服務(wù)。對于安防行業(yè)來說，新一代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在智能電網(wǎng)中，在需要新技術(shù)的創(chuàng)新的同時，也意味著一個潛在的、頗具競爭力的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

　　視覺監(jiān)控對于智能電網(wǎng)的意義

　　在電力系統(tǒng)的綜合自動化系統(tǒng)中，采用視頻監(jiān)控作為其“四遙”功能中遙視的重要手段大約已經(jīng)有將近20年的歷史了。在這段時間的沿革中，應(yīng)用于電力系統(tǒng)的視頻監(jiān)控也先后經(jīng)歷了從模擬記錄視頻信號的CCTV時代到數(shù)字硬盤錄像時代，再到當(dāng)今基于IP網(wǎng)絡(luò)的分布式數(shù)字硬盤錄像階段。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的劃時代進(jìn)步，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控引入了具有人工智能意義的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，位于前端的用于獲取視頻圖像的攝像機(jī)或者用于記錄視頻的錄像系統(tǒng)將具備人眼的識別和分析能力，所以使用“視覺監(jiān)控”一詞來替代“視頻監(jiān)控”一詞更能反映這種技術(shù)上轉(zhuǎn)變。

　　電力系統(tǒng)涵蓋電網(wǎng)，覆蓋發(fā)電、輸電、配電等諸多環(huán)節(jié)。對于智能電網(wǎng)，清華大學(xué)的盧強(qiáng)院士曾給出過一個簡潔的定義：一個具有多指標(biāo)自趨優(yōu)(自動趨于優(yōu)化)能力的電網(wǎng)或電力系統(tǒng)即可稱之為智能電網(wǎng)或智能電力系統(tǒng)。在我國，雖然各級調(diào)度機(jī)構(gòu)對管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)度時，其欲優(yōu)化的指標(biāo)體系及其側(cè)重點(diǎn)各有不同，但智能電力系統(tǒng)的定義則適合于所有電壓等級和每一層級的調(diào)度。對于各層電網(wǎng)(高壓輸電網(wǎng)和中低壓配電網(wǎng))來說，安全穩(wěn)定性是首先需要考慮的問題，特別是在電力市場條件下的系統(tǒng)安全穩(wěn)定性尤其突出，電網(wǎng)只有堅(jiān)強(qiáng)才有安全，只有安全才有效益，這也是符合我國國情的基本出發(fā)點(diǎn)。

　　對于變電站來說，外部破壞包括自然力對物理設(shè)備的損害、人為的惡意入侵和恐怖襲擊。經(jīng)過分析挖掘后的視覺監(jiān)控信息被融合到電網(wǎng)的過程控制中，設(shè)備運(yùn)行的可靠性將被實(shí)時地進(jìn)行視覺檢測和識別，從而提高電網(wǎng)抵御外部破壞的能力。通過引入視覺信息，監(jiān)測分析變電站設(shè)備(如變壓器、母線、避雷器、隔離開關(guān)和斷路器、互感器等)的狀態(tài)，以及和線路上的覆冰、絕緣、污閃、植被干擾、弧垂異常等潛在威脅事件，就能實(shí)時地評估配電網(wǎng)主要設(shè)備的“健康”狀態(tài)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)配電網(wǎng)的狀態(tài)檢修和需求側(cè)的管理水平，提高資產(chǎn)的利用率。

　　基于對智能電力系統(tǒng)運(yùn)行控制策略的分析，我們認(rèn)為：智能視覺信息在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用應(yīng)該從中低壓配電網(wǎng)的調(diào)度層進(jìn)行切入，首先在變電站一級開展和實(shí)現(xiàn)。視覺監(jiān)控可以為變電站的運(yùn)行提供嶄新的可視化信息，并徹底改變變電站綜合自動化的觀念，使經(jīng)過智能視覺分析挖掘后的視覺信息自動化地、更加有效地為系統(tǒng)的調(diào)度控制服務(wù)。

　　智能電網(wǎng)對視覺信息的訴求

　　據(jù)清華大學(xué)國家計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)工程研究中心的觀點(diǎn)，在信息基礎(chǔ)架構(gòu)層面上，智能電網(wǎng)屬于一種特殊的物聯(lián)網(wǎng)。而智能電網(wǎng)的調(diào)度策略也恰恰與CIMS“集成則得、分散則失、透明共享、優(yōu)化調(diào)度、動態(tài)監(jiān)控”的思想不謀而合。將智能電網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的一種特殊應(yīng)用無疑是智能電網(wǎng)建設(shè)中的一個絕好的途徑。如果考慮在智能電網(wǎng)中添加視覺監(jiān)控信息以加強(qiáng)安全生產(chǎn)，則對這類新型信息的訴求應(yīng)該是覆蓋電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，即從輸電線路、到各級變電站設(shè)備，再到配電出線，實(shí)現(xiàn)全范圍的安全防范。這需要為電力系統(tǒng)用戶提供一套信息融合及高級應(yīng)用的整體解決方案。它可以針對電力生產(chǎn)過程中的人和設(shè)備這兩類對象實(shí)時監(jiān)控。

　　對人的視覺監(jiān)控

　　對人的視覺監(jiān)控，一般應(yīng)用在日常值班和電力一次設(shè)備的狀態(tài)檢修時，其中一個重要的目的是對周邊場景進(jìn)行安全監(jiān)視，如人員的活動范圍、禁止區(qū)域、人員合法性的認(rèn)證等。技術(shù)上采用目標(biāo)檢測和跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)場景中人的行為分析和理解。針對于人的視覺監(jiān)控可以分為以下幾方面：

　　人員倒地行為檢測。當(dāng)在應(yīng)用場景中所設(shè)定的警戒區(qū)域內(nèi)，有人出現(xiàn)突發(fā)性事件(如觸電、生病等情況)倒地時，通過視覺智能終端的分析自動產(chǎn)生報(bào)警。該功能應(yīng)用于變電站室外場地和室內(nèi)高壓變電房等區(qū)域，可使工作人員第一時間發(fā)現(xiàn)異常行為，及時處理，避免人員傷亡;

　　人員徘徊檢測。在監(jiān)控場景內(nèi)所設(shè)置的警戒區(qū)域內(nèi)，如有人長時間來回走動，則智能視覺終端將產(chǎn)生自動報(bào)警。該功能協(xié)助工作人員判斷是否有人踩點(diǎn)，制止可能發(fā)生的偷竊行為;

　　入侵行為檢測。當(dāng)有人闖入監(jiān)控的警戒區(qū)域時，自動產(chǎn)生報(bào)警。該功能可應(yīng)用于變電站院墻、重要電房、監(jiān)控機(jī)房等，協(xié)助工作人員判斷是否有非法人員進(jìn)入變電站，預(yù)防偷竊等事件的發(fā)生;

　　人為異常事件檢測。對物品遺留的檢測，判斷是否有惡意蓄謀的破壞事件發(fā)生。對變電站內(nèi)的關(guān)鍵區(qū)域的煙火檢測。

　　對設(shè)備的視覺監(jiān)控

　　智能視覺終端對設(shè)備的監(jiān)控主要針對變電站內(nèi)的一次設(shè)備。通過智能視覺終端對一次設(shè)備外觀的分析，可以判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行，其周邊是否有潛在的異常事件發(fā)生，根據(jù)具體設(shè)備的不同，智能視覺終端采用不同的分析算法。這些重點(diǎn)被監(jiān)控的設(shè)備包括：

　　隔離開關(guān)和接地刀閘。這類設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)是否正確完成;

　　電容器組。電容器外殼各部是否有滲漏，外殼是否鼓肚，電容器有無噴油或起火等事件發(fā)生。電容器的跌落保險(xiǎn)是否有異常動作指示;

　　電抗器。電抗器的位置是否發(fā)生傾斜，線圈是否膨脹或接地，表面是否有放電現(xiàn)象等外觀的變化;

　　高壓設(shè)備的絕緣子。絕緣子的外觀是否有破裂;

　　主變壓器。是否有漏油;

　　避雷器。是否有擊穿現(xiàn)象;

　　高壓線路的出線端。是否有異物的搭接，是否有覆冰發(fā)生，電纜接頭是否正常。

　　視覺監(jiān)控信息在電網(wǎng)信息融合的兩個層次

　　變電站內(nèi)原有的綜合自動化系統(tǒng)主要由SCADA、RTU/FTU、新型智能測量設(shè)備、PLC、分散型自動控制裝置和繼電保護(hù)系統(tǒng)組成，用以完成對各種電氣量的測量、顯示和對系統(tǒng)潮流的控制。

　　電網(wǎng)中的電壓、電流、功率、相角等電氣量能直接反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，作為調(diào)度控制中的變量，它直接應(yīng)用在電力系統(tǒng)五級調(diào)度的各個層次上。區(qū)別于電力系統(tǒng)中電氣量的作用，視頻圖像信號從另外一種信息渠道反映了電力系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)。視頻監(jiān)控作為一種基于場景圖像的安全策略，為調(diào)度員和安全巡視員提供了最直接的場景元信息，使得人的判斷能力和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控能力有機(jī)地結(jié)合起來，大大增強(qiáng)了電網(wǎng)避免人為導(dǎo)致故障的幾率和引起故障的事件發(fā)生的預(yù)警能力。視覺監(jiān)控信息在電網(wǎng)的信息融合主要有數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層兩個層面的融合。

　　數(shù)據(jù)層的融合方式

　　視頻信號作為一種輔助的狀態(tài)信息被引入到變電站自動化系統(tǒng)是上世紀(jì)90年代中期的事情，那時這個子系統(tǒng)叫做變電站遠(yuǎn)程遙視系統(tǒng)，采用的技術(shù)基本上是模擬CCTV。隨著視頻監(jiān)控技術(shù)本身的發(fā)展，當(dāng)今數(shù)字化的硬盤錄像系統(tǒng)DVR已經(jīng)基本在市場上取代了CCTV系統(tǒng)。同時在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息時代，具備網(wǎng)絡(luò)能力的NVR及新出現(xiàn)的IP攝像機(jī)也逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。在變電站綜合自動遙視子系統(tǒng)的部署上，這種新技術(shù)和設(shè)備基本上成為了選型和采購的主流。

　　由于始終無法實(shí)現(xiàn)遙視子系統(tǒng)在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的無縫集成，視頻監(jiān)控在電力系統(tǒng)的控制過程中總是以“信息孤島”的角色出現(xiàn)。當(dāng)變電站內(nèi)或其出線的端口出發(fā)生威脅電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的事件時，還是要依賴人的主動觀察和確認(rèn)去排除和預(yù)防。而我們知道，電力系統(tǒng)在發(fā)生故障前的時間段，可能同時有多種不同性質(zhì)的報(bào)警信號被傳到控制調(diào)度中心，此時調(diào)度員或值班員有可能來不及對事件進(jìn)行分析處理。我們認(rèn)為在這種層次上對視覺信息的可視化應(yīng)用是比較初級的。

　　信息的集成化和子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)的設(shè)備間的接口標(biāo)準(zhǔn)化是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化發(fā)展的必然趨勢。在配網(wǎng)變電站這個調(diào)度水平上，國際電工委員會于2003年正式發(fā)布了變電站自動化系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)——IEC 61850，這個標(biāo)準(zhǔn)保證了新增設(shè)的智能終端可以平滑地接入變電站綜合自動化系統(tǒng)。

　　IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)了獨(dú)立于所采用網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層協(xié)議的抽象通信服務(wù)接口(ACSI)，客戶通過抽象通信服務(wù)接口，由專用通信服務(wù)映射(SCSM)映射到所采用的具體協(xié)議棧，如制造報(bào)文規(guī)范(MMS)等來實(shí)現(xiàn)通信。該標(biāo)準(zhǔn)采用基于XML的結(jié)構(gòu)化模型描述語言SCL，具有擴(kuò)展性，支持商家專用工具或其他協(xié)議的映射。

　　具備視覺監(jiān)控能力的遙視子系統(tǒng)為變電站自動化系統(tǒng)提供了有效的空間視覺信息，因此視覺監(jiān)控的智能終端作為變電站內(nèi)的一種新型的智能設(shè)備，無疑為電力系統(tǒng)變電站的綜合自動化注入了新的技術(shù)內(nèi)涵。視覺監(jiān)控的智能終端通過對場景內(nèi)的模式進(jìn)行分析，可以對變電站周邊環(huán)境和重要電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并將分析的結(jié)果以人工智能語義的形式接入到調(diào)度自動化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)與相關(guān)設(shè)備的電氣量測量的關(guān)聯(lián)分析，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，把視覺的可視化信息與傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的電氣信息有機(jī)地融合成一個整體。

　　業(yè)務(wù)層的融合方式

　　為使遙視子系統(tǒng)在變電站綜合自動化系統(tǒng)中不再是信息孤島，上述的IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上提供一種在物理層和協(xié)議層上的集成方案;而基于XML標(biāo)準(zhǔn)和模式文法的分析結(jié)果的表達(dá)則提供了把視覺分析的元信息集成到綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。

　　所示，通過計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)對場景信息的理解和識別，可以得到送到智能分析后端處理的語義信息，便于自動地處理這些元數(shù)據(jù)。我們認(rèn)為在這種層次上把視覺信息和電氣量測信息的整合應(yīng)用是一種高級應(yīng)用。

　　視覺監(jiān)控的信息是在信息基礎(chǔ)架構(gòu)(Cyberinfrastructure)層面上為智能電網(wǎng)提供元數(shù)據(jù)信息，并與電力系統(tǒng)的應(yīng)用軟件緊密地融合在一起，從而為電力系統(tǒng)提供新型的、高性能的閉環(huán)控制能力。這個控制的層次應(yīng)該是在電力系統(tǒng)分層遞階控制策略中的配電網(wǎng)一層。在控制方案中具體考慮的問題或?qū)ｎ}包括：

　　視覺分析的元信息在變電站綜合自動化系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和應(yīng)用方案;

　　視覺分析的元信息引發(fā)的事件對電壓/無功補(bǔ)償控制的自動調(diào)整方案;

　　視覺分析的元信息引發(fā)的事件對負(fù)荷控制的自動調(diào)整方案;

　　視覺分析的元信息在饋線線路發(fā)生故障和恢復(fù)故障前后的調(diào)度提供校驗(yàn)算法，以期自動生成優(yōu)選的供電恢復(fù)和處理方案;

　　引入視覺監(jiān)控的智能分析后，傳統(tǒng)的設(shè)備檢修管理系統(tǒng)如何優(yōu)化業(yè)務(wù)流程?

　　引入視覺監(jiān)控的智能分析后，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)信息中心管理信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)的調(diào)整優(yōu)化問題。

　　這種在電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度的業(yè)務(wù)層面的綜合集成，使得在配電網(wǎng)變電站及其所轄饋線線路的廣域范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)信息從感知到控制全過程的緊密耦合和深度互聯(lián)。

　　結(jié)束語

　　電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部門只有站在全局的視角上，充分考慮了把視覺監(jiān)控的元數(shù)據(jù)納入到電力系統(tǒng)的調(diào)度自動化中，才能在根本上提升技術(shù)的水平，在業(yè)務(wù)層面發(fā)揮傳統(tǒng)視頻監(jiān)控所難以達(dá)到的程度。另一方面，從事視頻監(jiān)控的安防企業(yè)應(yīng)該看到，要想使自己的視頻監(jiān)控設(shè)備或系統(tǒng)具備核心競爭力，從業(yè)務(wù)結(jié)合的層面對視頻監(jiān)控的算法進(jìn)行研究和開發(fā)，才能找到區(qū)別于同質(zhì)化的技術(shù)研發(fā)路線，在系統(tǒng)和解決方案中勝出。