基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法

李卫国， 孔琪， 孙明刚， 段小强

(国网安徽省电力有限公司建设分公司，安徽，合肥 230071)

0 引言

我国的电力工业目前已经成为国民经济发展的支柱，因此电网基建的施工工程的规模也在不断增大。在施工安全方面的管理也越来越重要。由于电力基建项目在施工过程中具有伴随性的客观风险，这种风险会引起复杂的连锁反应，给电力企业带来巨大的损失[1-2]。为了提高电力基建工程施工的可靠性，使施工过程能够安全、高效、经济地运行，因此需要工作人员获得到基建工程施工过程中清晰、直观、全面的安全信息。但是在巨大的施工过程中，一些调度监控系统之间的版本与平台不同，使得一些工程安全信息数据存在异构数据信息，影响远程调阅的性能，造成较大的工程损失。因此本文设计一种基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法。

1 电力基建工程安全信息远程调阅方法研究

1.1 前端可视化监控装置设计

在电力基建工程中，安全信息来源于各部门的监控系统，安全信息的异构性主要是由于平台、模式、语义上存在异构，造成了异构系统间的数据远程调阅性能受损的问题[3-4]。将可视化的监控装置内部结构进行重新设计，框架简图如图1所示。

图1 可视化监控装置设计

将蓄电池和太阳能电池板与电源控制板相连接，共同组成供电模块，为核心单片机MCU MSP430f2370和MCU TMS320DM6446供电，单片机连接看门狗电路、RTC时钟电路、SD card以及EEPROM，通过通信控制电路和音频编解码电路完成音频的输入和输出接口，通信方面采用GPRS无线通信模块完成。

在采集到工程安全信息后，视频处理模块能够将现场的模拟视频信号转化为数字视频信号，主要利用TVP5150数字视频解码器转换，将其输入到DSP处理器中，对视频图像进行实时的计算和处理。图1中的MSP430处理器能够传输、存储完成处理的数据，并对监控设备的云台进行实时控制[5-6]。在电力基建工程中，施工现场一般会处于高压强电场，为抑制共模干扰，保证远程调阅的稳定性，采用RS485的方式进行信号采集。至此完成前端可视化控制装置的设计。

1.2 图像处理

在得到可视化的工程安全信息后，需对信息进行处理并判断当前现场的状况。由于电力基建工程长期处于复杂多变的野外环境中，因此得到的可视化数据会受到天气、光照等影响而发生图片视频的模糊，或产生一些其他类型的噪声干扰，严重影响可视化信息的质量，降低识别的效果和精度，因此需要对图像进行处理[7-8]。在图像处理的过程中，主要目的提取到图片特征，将一些形状特征从图片的背景中提取出来，需要对图片进行分割。使用阈值分割法找到目标特征与背景在灰度值上的差异，将每个像素自身看作邻域窗口，采用自适应阈值分割法，以窗口内像素作为搜索范围，用公式表示为

(1)

式中，Pi表示某窗口中的八邻域像素，T表示阈值，得到两个极值点，将这两个极值点取平均值可以作为阈值，式(1)可转变为

(2)

式中，max_value表示最大灰度值，min_value表示最小灰度值，在该方法中，能够自动确定阈值，且对于每个像素使用相同阈值时，不会因为外界环境的突然改变而将特征区域和背景区域归类分错[9-10]。但是在对图像分割的过程中会产生一定的椒盐噪声，其形态为黑白相间的亮暗点噪声，其概率密度可表示为

(3)

在这种情况下，需要使用高斯滤波对正负图像进行加权平均线性平滑，采用高斯函数来构造卷积滤波，形式如下：

g(u,v)=f(u,v)⊗H(u,v)

(4)

式中，g(u,v)表示经过滤波后的图像，f(u,v)表示原图像，H(u,v)表示高斯核矩阵，当其维数为(2k+1)*(2k+1)时，则有：

(5)

式中，σ表示核矩阵系数，并对有噪声的图像进行滤波后，即完成图像处理。

1.3 优化远程调阅流程

在基于可视化技术的电力基建工程安全信息收集处理完毕后，则需要对远程调阅的流程进行设计。在工程施工现场中，通过本地的图形网关，向站端系统发送请求调阅安全信息文件(简称G文件)的命令[11-12]，在获取到G文件后，设计远程调阅过程如图2所示。

图2 远程调阅流程设计

在远程调阅过程中，获取到G文件后需要使用图中的图元依次请求符合G规范的图元文件，然后转换成主站系统中私有图形的文件格式。在通信过程中，选择OPGW+Wi-Fi的通信方式，在杆塔上使用Wi-Fi无线网桥代替光纤接线盒，通过Wi-Fi将G文件转发到有光纤接线盒的接入点上，使用光通信远传[13-15]。在视频通信协议中，作为客户端与系统服务器监控系统的枢纽，视频服务协议发出的控制指令首先会由会话初始化协议来获取，完成控制指令的交互。本文使用的是SIP协议，是一种基于可视化视频形式的多媒体会话信令协议，在前端系统完成注册之后，通过服务器发送401响应得到注册鉴权，并携带鉴权信息重新发送注册请求，等到认证通过之后，再次发送响应，完成整个通信闭环。至此完成安全信息的远程调阅方法的研究。

2 实验

2.1 搭建测试平台

为验证本文设计的基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法具有一定的有效性，需要搭建实验平台对本文方法的性能进行测试。本文设计的远程调阅方法是以硬件平台、服务器平台、检测平台以及通信系统相互协作为基础的。

在图3测试平台中，主要依靠安装在杆塔上的前端视频采集系统和供电系统组成。摄像机和主控单元能够对电力基建工程施工现场运行状态的图像和视频进行实时采集，摄像机主控单元主要实现视频与图像的无线远程接入。输电线路的服务器平台搭载的是Window Server 2008 R2，对于服务端口的启动、通信协议的注册以及资源的上报和远程接入有很好的支撑功能，本文的测试主要是通过电脑客户端来检测输电线路的运行状态，在安全信息远程调阅的过程中，平台能够自动启动通信系统，通过可视化技术显示杆塔的位置、设备的编号、预置位以及故障类型和相应的解决方案等，确保发生故障后能够第一时间得到相应的处理。在测试过程中，对电力基建工程中输电线路的异物入侵检测信息、导线舞动检测信息、线路覆冰识别信息以及输电线路的火灾险情识别这几个异构安全信息进行调阅，可以通过抓包工具获取协议远程接入带有时间戳的视频序列包,如图4所示。

图3 测试平台前端搭建

为验证本文设计的远程调阅方法具有一定的有效性，本文在实验中选择了传统的远程调阅方法与本文方法进行性能比对。

2.2 对比实验结果与分析

在上述的实验条件下，得到本文基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法中4种异构数据的调阅结果，如图5所示。

图5中，图5(a)是输电线路绝缘子覆冰厚度检测信息的远程调阅界面，图5(b)表示输电线路防异物入侵检测信息的远程调阅界面，图5(c)表示输电线路导线舞动检测信息的远程调阅界面，图5(d)表示输电线路山火险情检测信息的远程调阅界面。上述几种情况下，监控系统的架构与平台都不相同，因此在远程调阅传输过程中，对两种远程调阅方法的性能多次进行分析，得到的性能测试结果如表1、表2所示。

表1 传统方法对于不同类型信息的远程调阅性能

表2 所提方法对于不同类型信息的远程调阅性能

从表1和表2中的数据可以看出，本文设计的基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法相对于传统的方法来说，对于工程中存在的异构数据信息的处理性能更好，安全信息的识别时间、信息误报率和远程调阅传输时间都有所降低，识别总数有一定提高，验证了本文方法的有效性。

3 总结

在国家电网公司的大运行建设要求下，电力基建工程施工的规模也越来越大，对于工程安全信息的远程调阅也需要进行升级，保证施工过程中的信息时效性和准确性。针对施工信息中的异构数据调阅的薄弱环节，本文设计了一种基于可视化技术的电力基建工程安全信息远程调阅方法，通过对安全信息采集、处理和通信等方面的重新设计和优化，在性能测试中展现出了较好的性能，为施工建设提供了可靠的参考信息。