视频浓缩技术支撑变电站无人值守业务

文/王蒙生 王欣 刘春英 梁海洋 李中为

“十三五”末，乌海超高压供电局管辖的500千伏变电站将增加到15座，并要在2020年达到全面采用少人无人值守的集控目标。同时，每个变电站的视频监控系的摄像头数量方面也将增加到35～40个，以争取做到全站无死角监视。

我局采用了成熟的视频浓缩与视频摘要技术，自主开发出一套《基于视频浓缩技术的变电站监控录像分析管理系统》软件（以下简称本系统），并在500kV千里山变电站进行了试点运行。

1 总体设计

1.1 设计目标

为降低开发风险，采用较为成熟的视频浓缩中间件，在此基础上进行二次开发形成一套软件工具，能够自动获取视频监控系统产生的监控录像，对其进行预分析，获取有效视频片段，减少视频存储空间，辅助工作人员提高视频检索速度10倍以上，并提高有用视频数据的长期保存能力。

1.2 系统框架

系统的框架示意图如图1。

本系统的分析对象为监控录像视频文件。因此，本系统是与视频监控系统进行集成，在授权情况下访问录像服务器，定期复制视频文件到视频分析服务器上，自动进行分析，形成分析后的视频文件，供用户快速检索、回看。若对某时刻的关键场景数据感兴趣，则可指定该视频片段的起止时刻，将其导出为独立的视频片段保存备查。

1.3 应用流程

通过对试点站内现有视频监控的应用目的、工作流程的调研与交流，对本系统的应用流程设计如图2。

2 软件主要功能

2.1 视频复制

视频复制功能为后台进程，按照指定参数，将视频录像机中新产生的视频录像文件复制到视频分析服务器中。该进程始终监控视频录像文件的产生，定期触发产生复制任务，并自动判断是否同名、处理复制冲突。此功能为自动启动并常驻内存，也可手工结束、手工启动。

2.2 自动分析

自动分析功能对指定目录下的监控视频文件，逐一读取进行解码，逐帧进行分析，完成运动目标检测、跟踪、特征分析、摘要合成及元数据导出等系列操作，并形成独立的浓缩摘要文件备查。其中，最重要的合成浓缩功能将把判定为重要的视频片段组合在一起，形成某种时空叠加形式的视频浓缩摘要效果，如图3。

进行过合成浓缩处理后，用户需要观看的视频时间大幅缩短，极大减轻了最终用户查看视频的工作强度。

2.3 浏览检索

视频文件经过自动分析处理后，形成视频浓缩文件。用户可对浓缩视频进行浏览，相当于极快速地浏览监控视频。一旦发现感兴趣的画面，可立即回溯原始视频。用鼠标点击关注目标，即可跳转到原始视频中的对应位置开始播放，便于详细查看场景过程和前后相关内容。

若浓缩视频不能满足使用者的更复杂查找需要，则可选择浏览检索功能。该功能可对某个浓缩结果进行条件检索，快速找到关注的场景。可设置的条件包括：对象的大小、颜色、运动方向、时间范围等。在检索完后，显示多个符合条件的视频缩略画面，便于使用者快速浏览定位，进一步查看确认。同样，用鼠标点击关注目标，即可跳转到原始视频对应的时间点开始播放。

2.4 视频导出

一旦对某个片段的原始视频感兴趣，且希望长期保存，则可使用数据导出功能完成目标。可通过填写该段原始视频的开始时间和结束时间，将此范围内的原始视频片段单独导出。

图2：系统应用流程图

图3

2.5 参数设置

主要面向视频浓缩分析。包括：画面对象密度数、对象大小（像素）、对象颜色、运动方向、运动速度、关注区域等等。通过灵活设置相关参数，能得到更有效的预分析检索效果。例如：对于监视设备区入口的视频录像，就可设置为关注从进入设备区内的对象，运动方向由设备区外指向设备区内。按照此方式进行浓缩分析，则分析结果将只是进入设备区的活动对象的视频内容。

2.6 集成接口

这里的集成接口包括2部分：

2.6.1 与视频监控系统接口

方便地接入主流视频监控厂商的监控系统。包括IP地址、共享目录、只读权限、账号密码等。设置完成后，即可完成定时收集监控视频，自动进行视频分析。

2.6.2 与其他管理系统接口

方便被其他管理软件以门户方式、数据共享方式集成。包括账号密码、文件目录名（原始视频、浓缩视频、原始片段等）、分析服务调用接口、文件复制调用接口等等。

3 试点应用效果

本系统研制完成后，选择500kV千里山变电站进行了试运行。

系统投入运行一段时间后，对12个摄像头随机挑选了5个摄像头，对其各自的24小时*5天的录像数据进行浓缩分析，并将浓缩分析前后的视频数据进行对比。其中：摄像头均采用2M码率编码；视频浓缩分析参数设置是针对较大活动物体（如画面比例的1/10以上物体）进行分析与浓缩

浓缩后视频时长为原始视频文件的0.89%，容量大小平均为原始视频的3.5%。相比目前的常规浏览模式（以16倍速快进方式），采用浓缩模式后回看速度提高50倍～100倍以上；而保存有效视频数据的存储空间也大大提升，平均是原始视频的10倍～20倍以上，超过了原设计目标。

4 技术应用创新点

4.1 创新监控视频检查模式

变电管理部门将之前每天“定时抽查1小时录像”模式（各摄像头固定时段监控录像视频）逐步提升为“24小时全时段检查”模式，更易发现潜在隐患信息，进一步降低了视频浏览漏检重要情况的运行风险。

4.2 提高视频传输效率

本系统能有效降低目前视频监控数据的传输量，仅将分析结果定期上传局中心，视频数据传输量远远小于原始视频容量（1/10～1/20），有效提高了视频传输效率。由于这种方式每个站点相对独立，彼此之间互不干扰，极大减轻网络带宽压力。

5 结束语

通过本项目的实际应用，表明本系统能提高变电站视频监控录像的回看、检索效率至少50倍以上，并进一步发挥出视频监控系统录像数据的留存记录价值，对管理部门直观、持续跟踪记录变电站的运行状况提供了有效的技术支持手段。后续将继续研究CUDA框架与GPU矢量计算加速方案，进一步提高本系统浓缩分析的总体性能。