基于物联网技术的智能变电站安防监控系统

蒋飞勇

（广州健新科技有限责任公司，广东 广州 510000）

1 系统设计模型

基于物联网技术的立体安防监控系统能够有效保障整体变电站的正常运行，它主要包含环境感知系统、智能分析系统以及云平台等一系列子系统，可以有效地对信息进行实时接入与管理，同时也可以控制出入，识别人员身份，达到了维护智能变电站安全运行的目标。本文也会基于智能变电站的运行需求以及立体监控系统模块进行简单的探讨，并且介绍其功能，基于物联网技术有效提升了整体的数据处理准确性，同时也能够结合安防系统采集信息，利用云平台来实现数据的分离以及变电站的智能安全防护[1,2]。

1.1 总体设计

智能变电站的安防监控系统包含多个子系统，由各个系统之间智能化的互动以及综合决策来维持安防监控系统的运行。

首先是环境感知系统，能够采集变电站周边的环境信息，实现内部信息的全面感知，包括对工作人员和动物的非法入侵等以及变电站中的温度做出相应感知[3]。其次是多态通信系统，能够有效融合有线和无线等通信模式，建立全覆盖通信系统；融合物联网的感知技术，实现信号的全覆盖以及信息的传递；建立以Wi-Fi等移动通信技术作为支撑的远程报警系统。再次是智能分析系统，可以通过建立数据模型以及智能分析模型，对周边的环境运行和内部的系统数据进行智能化分析。及时观察并预警智能变电站在运行过程中的具体情况以及变电站周围是否出现了异常现象，建立一个联动式的报警机制，一旦出现问题就可以利用多渠道来完成报警。最后是云平台，主要是对其数据方面的感知与处理，针对那些格式化或者是并没有格式化的数据做相关处理与研究，展开更具有规范化的分析和清理，将没有必要的垃圾数据直接剔除干净。

1.2 主要的实现技术

1.2.1 物联网感知技术

物联网感知技术能够有效地对数据进行采集，并且也可以为智能变电站在运行过程中提出更多新的理念。变电站内的环境本身就具有极强的特殊性，其安全运行和多种因素产生联系，使用单一的方法很难真正获得全面的安全信息。而通过物联网技术则能够获取设备包括环境以及运行等多个对象的属性与状态，最大程度感知变电站的安全运行，同时也可以增加信息的多样性[4]。

1.2.2 云计算技术

云计算技术的出现满足了用户的不同需求，能够统一与管理在线的计算资源，并且完成多个子任务，在平台上面做相应的处理。在利用云计算进行数据处理的过程中，有1个非常重要的特点，就是可以按照自己的需求随时取用。如果想要真正实现云计算技术，那么其核心内容就在于对海量数据进行运算，同时还需要完成与计算平台的管理。

1.2.3 智能视频分析技术

利用智能视频监控系统就能够完成24 h的监控，彻底改变以往依靠人员来对其进行分析的模式，还能够通过嵌入智能化的模块或者是中心安装的智能分析服务器来对监控到的画面进行不间断的分析与研究。

视频智能分析主要包括行为分析和特征识别。行为分析以背景模型为基础，技术应用表现在人员聚集、物品遗留、物品丢失、人员徘徊、人员倒地、安全帽与工装检测、区域人数统计、进入或离开区域以及跨越警戒线、火焰检测等方面。特征识别主要包括车牌识别和人脸识别。较于传统视频分析，视频智能分析的重大突破在于能够将场景中的背景和目标分离，识别出真正的目标。

1.2.4 “互联网+”技术

“互联网+”技术所强调的一直以来都是互联网以及云计算、大数据、物联网等技术的有机融合，借助互联网平台将多种技术进行融合，充分使用互联网工具，将资源使用在云端，然后再进行分配，从而实现“互联网+”安防云平台。这些移动工具以及对应的服务平台能够有效实现客户端的实时监控，做到安防领域的突破，实现跨区域以及跨时域的信息采集、技术与管理的融合，建立立体远程的安防系统[5]。

2 主要的功能设计以及实现

2.1 功能设计

2.1.1 智能视频监控

使用智能监控软件就能够完成24 h的不间断监控，改变传统的监控模式，同时也能够解放劳动力。使用嵌入化的智能模块或者是中心管理服务器可以对所监控到的画面进行持续分析。

基于对监控摄像头收集的视频画面进行分析的系统，能够进行多种检测，如入侵检测、移动目标检测、运动路径检测、遗留物目标检测、运动方向检测和移走目标检测等，从而可以对人或者物体进行分析，定义“超出界限”“冒出”“增多”“遗留物”“长时间逗留”“寻衅滋事”“违反进出规则”“车辆逆行”等警报规则[5]。

2.1.2 周界防范

以往变电站的周界安防系统主要存在着红外围栏误报率高以及电子围栏无法入侵判定、精准度比较差等一系列问题。无线传感器网络以及红外、超声波等技术的发展也为变电站的周界防范提供了更多新的方法与技术，通过物理跟通信防范，利用激光围栏来测定入侵的位置，并进行阻拦，利用分组无线服务网络来做到远程的报警，再结合摄像机进行远程监控，组建智能化的变电站周界的立体安防系统，如图1所示。

图1 安防系统

一般来说，在智能变电站立体安防设定的过程中包含着2个内容，分别是前端控制以及后端控制。前端监控层的主要任务就是对入侵到变电站周界的具体内容进行检测与威慑，并且取证，包括网络摄像机以及电子围栏等。后端控制层主要负责对所收集到的报警信息进行显示以及存储，同时控制前端的网络摄像机，并对以太网进行维护和远程报警，主要包含控制器、监控主机以及监控显示器等，都需要安装在控制室内。

2.1.3 联动报警

入侵报警系统能够通过感知技术以及通信技术（包括计算机技术等）对事件的具体性质进行评估，对那些非法进入区域的特定事件进行识别包括警告。由于传统变电站在运行的过程中无论是图像监控还是声光报警等都是非常独立的，因此防火防盗手段非常单一，所以联动效果非常不明显。在智能化的变电站系统中可以对火灾以及非法入侵等事件通过红外或者超声波等来进行决策，其报警方式也非常多样化，主要包括手机应用端以及短信和警铃等，同时利用远程监控和警示联动等方法都能够做到远程可视化的监控报警。

2.1.4 门禁管理

智能变电站的门禁管理体系中可以在变电站的出入口安装智能识别系统，这样做就能够有效实现实时的监控和防盗报警，包括状态记录。门禁管理主要包含着智能卡、电子密码、虹膜识别等一系列模式。这种变电站的门禁系统主要包含门禁服务器、通信网络、控制器以及能够产生跳码的手机等，其中门禁控制器主要是用来控制各种门禁终端，如读卡器和键盘等，通过变电站的有效网络进行组网，在控制中心就能够实现集中的数据共享。

2.1.5 人员巡检以及机器人巡检

因为变电站的运行属于长期状态，所以确保所有设备在运行过程中是安全的非常重要，可以使用人员检测以及机器人检测相结合的工作办法，主要目的就是为了及时发现设备在运行过程中存在的安全隐患，有效完成变电站设备的日常检查以及温度测试。一方面可以使用红外线来检测系统设备的运行状况，工作人员只需要定期或者不定期完成巡视检查即可，而另一方面也可以使用智能化的巡检机器人，建立自动的安全防护体系架构，根据设定的轨道来完成移动，通过视频以及红外线等设备进行故障判定[6]。

2.2 目标检测以及智能决策报警

2.2.1 基于聚类的背景建模以及运动目标检测的办法

在立体安防体系中需要使用智能化的视频监控系统来对目标对象进行图像检测，主要包含着图像序列中的运动目标。目前，运动目标的检测方法较多，如光流场法、背景减除法以及聚类法等，其中使用最为频繁的是背景减除法[7]。背景减除法的实现原理就是通过背景估计跟图像滤波来对图像进行获取，所检测到的对象比较完整，适合使用在普通视频的监控需求中，具体的算式为

式中：fk(x,y)为当前帧；bk(x,y)为当前帧的背景；dk(x,y)为当前帧跟背景帧之间的差分结果。

在实际的应用场景中，受到光照以及背景的复杂度，包括摄像机抖动等一系列因素的影响，会给运动过程中的目标检测带来非常大的挑战。当所捕捉到的目标在运动的过程中呈现着比较缓慢的状态或者情况看起来非常复杂时，就可以利用基于聚类的背景建模或者运动目标检测的办法来有效降低整体运算的复杂程度，也能够获得非常好的检测效果。这种方法能够为每一个像素点都建立一个固定的模板，并且对其进行适当的训练，可以有效减小算法所需要占用的空间，从而有效提升背景提取的效率[8,9]。

2.2.2 智能决策报警

对于整个安防系统来说，智能决策报警可以说是系统中的核心内容，同时对异常报警模块进行分析时，必须要对其进行科学的设计。一般来说都是根据智能变电站对所出现的异常事件进行判定，然后构建一个相关的知识库，并在深度学习后建立相关的模型，完成综合求解，通过不断的动态学习来完成知识库的更新[10]。

3 结 论

物联网技术的出现能够对现代化的变电站安防系统进行进一步的改革与更新，同时也可以有效提升现代化的安防技术，为变电站的保障提供更多的技术支撑。本文主要对智能变电站的具体特点以及管理需求进行了相关探讨，并利用物联网技术布置了相关设备，建立了物联网感应机制，通过智能化的分析以及云平台等对变电站周边环境进行深度感知，同时将无线技术和有线技术相结合来完成感知系统的互联互通。