图像识别技术在电力信息化建设中的应用

王晓燕，傅冠凯，徐熠彬，边海源，董昊男

（国网甘肃省电力公司市场营销事业部，甘肃 兰州 730030）

0 引言

电力是我国经济发展的能源基础，也是满足日常需求的关键能源，电力信息化是保障我国电力安全的有力保障。随着国家电网建设智能电网意见的出台，电力信息化成为电网发展的主要方向，通过电力信息化能够在线识别输电设备与输电线路，从而实现对电力系统的在线监测，及时识别电网运行中存在的问题，从而及时消除故障，保障电网安全[1]。图像识别技术作为一种代表性的计算机技术，广泛地应用于门禁、在线疾病检测、工业生产在线监控等领域中，在不同行业发挥重要的作用。传统的电力设备识别需要依靠人工完成，效率慢，可靠性低，长距离线路的检测需要耗费大量的人力物力。将图像识别技术应用于电力系统中，有助于在线识别设备，及时发现设备异常，从而推动电力信息化。本文从电力信息化的角度出发，分析图像识别技术的应用优势，并且从不同的方面分析图像识别技术的应用价值，期望以此为参考推动电力信息化建设。

1 图像识别技术对电力信息化的意义

1.1 电力信息化概述

电力工业是一项综合行业，电力工业信息化是将电力系统的各个环节进行信息化处理，从而借助信息化高效的特点，实现对电力行业的协调配合与管理。电力信息化是将信息化技术应用于电力系统中，将电力工业中的设计规划、施工、生产、营销等多个环节实现信息化，从而推动电力工业的整体信息化，打造具有高度集约化、自动化的电力系统。电力信息化是一个不断发展的概念，也是电力行业生产自动化和管理信息化的进程。

我国的电力信息化是从20 世纪60 年代开始的，早期的电力信息化主要是对发电厂和变电站设备进行自动化监控。随着信息化的发展，各种新技术出现，为电力信息化提供更多的技术支持。我国的电力信息化从早期的单个项目和单机，向着综合化、网络化、整体化方向发展。当前，电力信息化已经成为电力企业的战略发展目标。

1.2 图像识别技术概述

图像识别技术是通过计算机采集图像，并且对获取的图像进行分析，从而理解图像信息，对图像的主体进行识别[2]，为后续的信息处理打下基础。作为计算机技术的基础技术，图像识别广泛地应用于多种行业，而且逐渐成为生产管理的重要技术。

根据图像识别的理论，可以将图像识别分为传统图像处理和现代图像处理，不同的图像处理和识别方法原理不同。传统图像处理技术包括图像数字化、图像变换、图像增强、图像恢复、图像边缘检测等方面，主要是接收和处理相应的图像信息，并且让图像进行信息化处理，对图像进行增强和恢复，以便更好地理解图像信息。现代图像技术是信息化发展到一定阶段的技术，包括图像特征分析、图像配准、图像融合、图像分类登记。为了获取图像信息，需要对图像进行预处理，去除图像的噪声和干扰后，提升图像质量，再通过技术提取与分析图像信息，描述图像的特征。图像识别模型是图像识别的关键，常见的识别模型包括原型匹配和模板匹配，通过对比原型和模板，能够对被识别主体的图像进行识别与分析，从而做出准确的判断。

1.3 图像识别技术的在电力建设中重要性

电能是当前社会经济发展的重要能源，随着社会经济的发展，对电力安全稳定的要求不断提高。如何保障电网安全，高效地提供电能，是电力公司需要考虑的重要问题。将图像识别技术应用于电力建设中，将图像识别应用于电力生产与营销的各个环节，能够推动电力信息化进程[3]。传统的电力管理主要是由人工完成的，但是电力行业数据繁杂，人工处理效率低，受各种因素的影响。图像识别技术是以计算机为基础的技术，在电力建设中具有以下特点：准确处理数据、高效处理数、与其他技术配合使用。将图像识别技术应用于电力建设中，有助于推动电力行业的现代化，并且推动电力行业信息化建设，实现从局部到整体、从单项到综合的方向发展，从而保障电力安全，为用户提供优质的电力服务。

2 图像识别在电力设备在线监测的应用

电力设备检测是电力系统信息化的关键，也是整个电力体系的重要环节。将图像识别技术应用于电力设备检测中，通过与网络技术相结合，能够识别设备状况，从而推动电力信息化发展。

2.1 总体方案

当前的发电厂和变电站都已经构建了相对完善的视频监测体系，在电力行业视频监测的基础上，引入图片识别技术，能够对视频内容的电力设备进行识别，从而达到分析电力设备，在线监测管理的目的。电力行业图像识别方案首先是以数字摄像机作为基础，通过数字摄像机识别电力设备的运行状态，并且将采集到的信息数据转化成为光信号，然后将信号传输到监控计算机中[4]。由监控计算机的图像识别系统，对传输来的信息进行识别，并且加以分析处理，将电力设备运行信息传输到管理者的移动设备，实现对电力设备状态的有效监管。电力设备图像识别技术框架如图1 所示。

图1 电力设备监测图像识别技术框架

2.2 图像采集

电力设备在线监测是建立在待图像采集基础上的，图像采集质量与后续的在线监测质量相关。从电力系统来看，对待测图像进行视频监控或拍照，截取其中的一帧作为输入样品，提取其特征量，并且对电力设备进行与学习，对图像特征进行识别。电力设备的图像采集可以选择视频监控截图或现场安装照相设备进行实时图片采集，图像识别系统中的样本训练是影响图像采集质量的关键。

首先，需要对表征对象特征进行分析，从而选择相应的电力设备特征，待测电力设备特征越准确，则电力设备识别准确率更高。电力设备特征过多则会影响图像识别效率，因此需要选择压缩、变换等方式进行优化，以提升图像的识别率。其次，需要选择特定算法分析影响因素，电力设备的图像采集受到各种因素的影响，包括光线、设备型号等，综合分析设备特征，选择特定算法，能够准确识别电力设备状态，提升图像识别准确性。

2.3 图像特征提取

特征提取是图像识别的核心步骤，根据电力设备的情况，可以将电力设备的图像特征分成全局不变特征、局部不变特征等类型。全局不变特征包括电力设备的外形轮廓，通过几何变换的方式，将电力设备的不变特征量进行识别，从而准确对电力设备进行识别，常用的全局不变特征的提取方式包括模糊不变量、多尺度自卷积、几何特征等方法。局部不变特征量是通过对图像局部进行识别，从而识别对象的过程。图像采集过程中，常常会出现图像残缺、部分关键识别点不准确，造成局部失真的情况，利用角点、局部不变矩等方式，对电力设备图像的局部特征进行提取，从而提升图像识别准确率。

2.4 图像预处理

图像预处理是图像识别的基本步骤，通过对采集得到的图像进行灰度处理，在消除其噪声影响的情况下，采用加权系数处理的方式，得到高质量的图像。如果没有经过预处理，容易影响识别和分析结果，对于电力设备图像而言，预处理的关键步骤包括：利用直方图增强图像边缘、锐化处理消除图像噪点以及毛刺、对图片进行分割操作、加强图像轮廓标记。通过预处理后，消除影响图片质量的因素，减少噪声的影响，确保图片信息和细节质量。

2.5 变电站图像识别

通过二值化处理，将占据计算机空间的数字信号转化成为二值数字信号，能够释放计算机空间，并且提升计算机处理效率，从而提升电力设备检测的实时性，提升处理速度。经过二值化处理后，得到满足识别的电力设备图像，然后采用图片匹配的方式，对电力设备的图像进行匹配，以完成对电力设备的识别，了解电力设备的运行状态。SIFT 方法可用于变电站图像识别，通过对电力设备的空间尺度、关键点进行识别，从而确保特征点周围关键点符合样本的特征，完成对电力设备的识别。

3 图像识别技术在电力设备异常检测的应用

电力设备异常检测是在电力设备在线监测的基础上，将电力设备异常参数输入识别软件，从而实现对电力设备异常进行识别，及时发出报警信号。图像识别软件可用于检测电力设备的异常状态，找出发生畸变的电力设备，从而为后续的故障定位和现场检修提供依据。

3.1 无人变电站图像检测

无人值守是变电站管理的发展趋势，图像采集是变电站无人值守的重要内容，将图像采集和网络信息技术相结合，对变电站设备进行准确识别，达到无人值守的目的。但是传统的图像采集已经不能满足现代电网的需求，将图像识别系统引入变电站系统中，对采集的图像进行分类、识别[5]，然后将异常状态的图像传输到调度端。异常设备状态发出警报，为调度员的处理提供依据。在对图片预处理以及识别分析后再进行上传，可以减轻调度员工作负担，提升识别效率，实现监测自动化。

3.2 电力设备异常状态监测

在电力设备在线监测总体方案的基础上，对采集到的电力设备图像进行预处理、识别之后，对比正常状态的电力设备的运行参数，从而识别电力设备的异常状态。电力设备的特征包括颜色、纹理、形状轮廓等参数，在识别电力设备图像的基础上，对比数据库的标准图像，对电力设备运行状态进行判断。经过软件计算，可以对电力设备状态进行分析，分析是否发生电力设备故障。

3.3 故障监测

对采集得到的图像进行识别，对电力设备的历史设备图像进行对比，能够得到电力设备的故障信息，了解其故障类型、故障位置等，为后续处理提供指导。电力设备的图像识别技术能够对电力设备故障状态、故障类型等进行识别，从而判断电力设备是否出现异常，如果出现异常，进行报警，并且分析故障位置与故障类型，提醒相关人员处理电力设备故障。以变电站变压器漏油检测为例，通过对区域内的图像信息进行采集，对比正常状态下的图片，识别是否出现故障。经过图像识别基础，检测得到漏油故障，发出报警信号，要求现场人员进入现场处理故障。

4 图像识别技术在电力设备操作管理的应用

将图像识别及时应用于电力设备管理中，可以了解电力设备的运行状态，了解电力设备的动态参数，从而为电力设备的操作提供依据。

4.1 电力设备开关、压板、刀闸的管理

借助图像识别技术，能够对电力设备的状态进行识别，包括用电设备的开关状态、指针仪表等状态和参数。通过在线视频系统得到电力设备的图像数据，通过灰度化处理、二值化处理后，对电力设备的图像进行预处理，确保图像质量满足要求。采用霍夫变换对电力设备图像的直线进行提取，了解电力设备的指针方向、指针读数等参数，从而判断指针是否正确，电力设备运行是否正常。开关状态和刀闸状态识别比较容易实现，利用电力设备模式进行对比，可以分析电力设备的开关状态，识别效果较好。例如在变电站设备的识别中，通过图像识别技术，可以识别变压器的状态，包括其冷却风机、变压器温度、变压器漏油等状态，从而为变压器的控制提供参考。

4.2 电力设备防误操作

图像识别技术可用于电力设备的防误操作，从而保证电力设备的安全稳定。随着电力技术的发展，穿戴式电力设备应用越来越广泛，但是其状态管理和人为误操作是影响设备运行的重要因素。借助图像识别技术和无线网络，可以将采集到的数据传输到操控中心，并且识别采集得到的图像，结合操作人员误操作进行判断，避免电力设备的误操作，保障电网安全。

4.3 消防安全管理

图像识别技术可以加强电力设备消防安全管理。借助变电站的温度传感器，可以识别电力设备的运行温度，及时发现电力设备的温度异常，加强了消防安全管理。通过变电站的红外摄像头，可以采集变电站等区域的火焰轮廓等信息，并且识别电力设备的火焰亮度、饱和度等特征，从而识别动态火焰，为消防安全管理提供数据。将图像识别技术应用于电力设备管理中，可以在线监测变电站等场所的环境情况，如果出现温度异常、火焰等及时报警，督促管理人员及时处理异常情况，避免火灾发生，保障电力系统安全稳定地运行。

5 图像识别技术在电力营销中的应用

电力营销直接关系着用户的体验，是影响电力企业服务质量的关键环节。电力营销信息化，利用远程技术开展电力营销管理，能够进一步提高电力信息化水平，提升营销服务质量。

电力营销中，电能表数填写、用电终端设备管理等是电力营销的难点。传统的电力营销使用人工填写电能表数据，但是填写过程受到各种因素的影响，而且电力用户增加，导致电力营销数据增多，需要耗费大量的人力物力。将图像识别系统应用于电力营销中，利用信息化技术开展电能表数据的识别和填写，从而能够提升电能表数据的准确快，提升电力营销质量。图像识别系统可用于用电终端设备的管理，如果出现异常，及时报警，督促营销人员开展管理，确保电能终端状态完好，提升营销服务质量。

电力营销图像识别系统中，核心部件是固定的操作台，通过固定操作台拍摄电能表，从而能够了解电能表的型号、状态、条码以及数据等内容。固定的操作台是影响后续电力信号识别质量的关键，主要由数码相机、控制开关、工控主机等构成，能够准确采集电能表图像，并且将图像信息进行整理。将采集的图像进行预处理，提升图像质量，经过图像分割、二值化阈值的选取，准确识别电能表的信息。对比历史电能表数据等，可以获得电能表的差值，从而分析用户的电力消费情况，提升电能表数据的准确性。借助图像识别技术，能够远程进行电能表的管理，从而提升电力营销质量，为用户提供高质量营销服务。电力营销图像识别技术框架如图2 所示。

图2 电力营销图像识别框架

6 结语

电力作为国家经济发展和社会发展的重要能源，电力信息化建设是保障电力安全，提升用电质量的关键，对于电力发展具有重要的意义。将图像识别技术应用于电力系统管理中，通过图像信息采集、图像预处理、图像识别等方式，准确识别电力系统中的电力设备、电力营销仪表的状态，获取准确和及时的电力信息，推动电力信息化建设。在电力设备管理中心，合理利用图像识别技术，可以准确了解电力设备，从而为后续的设备管理提供依据。从当前的应用来看，电力信息化还面临着不少挑战，图像识别技术也还存在不少问题。为了充分挖掘其应用价值，需要在实践中不断完善图像识别技术，推动电力信息化发展。