变电站三维可视化管理探究范文

《电力安全技术杂志》2016年第9期

摘要：

介绍了三维可视化在变电站安全管理中的应用，通过引入最新的精确定位、智能视频识别、三维仿真等技术手段，实现对作业区域安全状况的实时分析及预警，及时发出安全提醒，提高变电站安全管理工作的便捷化、智能化，降低运行人员工作强度和人因失误可能，切实有效地保障变电站运行安全。

关键词：

三维可视化；精确定位；智能视频；三维仿真

0引言

随着变电站管理智能化水平的提高，对变电站人身安全智能化预防和管理也提出更高的要求。通过预防和管理，减少突发事件可能产生的人员伤害，防止变电站作业过程中发生人身伤亡事故。目前变电站安全管理的主要目的是杜绝误操作导致的人身伤亡事故，主要手段是在现场设定作业区域围栏，运行人员通过视频监控整个施工作业过程，但是这种方式对人员依赖程度较高，无法对风险做到及时发现和实时提醒。如何更好地利用现代化的设备及技术，智能直观地进行人身安全管理，成为亟待完善的发展需求。采用最新的精确定位、智能视频识别、三维仿真等三维可视化技术手段，实现安全态势的实时分析及预警，提高安全管理工作的便捷化、智能化，成为新的发展方向。此管理方法能帮助运行人员实时准确地定位检修作业人员位置，同时规范作业人员作业区域，极大地降低误操作风险，提高工作效率，切实有效地保障变电站运行安全。

1三维可视化技术特点

1.1主要技术方法

(1)精确定位技术。目前变电站内精确定位技术，尤其是精确到1m以内的定位技术，在安全管理方面还没有得到广泛应用。利用CSS(线性调频扩频)技术可实现对变电站内人员的精确定位，是一种全新的尝试。

(2)三维场景展示。对整个变电站中的各种设备、区域进行三维仿真建模，能够清晰展示整个变电站区域的安全态势，使人员在操作时更加直观方便。各间隔独立建模，在展示时根据需要显示作业区或危险区。

(3)智能视频识别。利用计算机对视频监控画面进行智能实时分析，辅助人员判断安全状况，提高监控效率。(4)站内设备集成。充分利用变电站的现有资源为安全管理服务，把变电站内的扩音设备、视频监控设备等集成到一个平台中，实现信息的集中处理，最大限度地满足快速、及时、准确的管理需求，实现安全态势实时分析和预警。

1.2主要创新与亮点

(1)利用CSS技术实时定位，结合视频监控全过程跟踪系统对工作人员进行监控，管理人员可以以此对每一个工作人员的工作状态以及工作安全程度进行管理。

(2)可提前在数据库和服务器中设置特定的安全区域、工作区域、危险区域等。当工作人员进入危险区域时及时发出提醒，减少误入隐患。

(3)通过收集相应的视频资料，进行三维仿真建模和智能化分析，将现场安全状况更加有效和直观地展现给管理人员。

(4)系统本身可持续运行，能够实现长期持续的安全管控。

2三维可视化安全管理功能

2.1人员的精确定位目前较小

区域定位的技术比较多，常用的技术有WiFi定位、RFID(射频识别)无线定位、UWB(超宽带)无线定位、CSS定位等。但能够精确到0.5m左右的定位技术却很少，重点考察CSS技术及相应的产品。CSS技术需要在变电站周边设置数个接收基站，并实现组网同步。进入变电站区域的人员需要携带定位用的传感器，接收基站通过感知传感器的信号进行精确定位。传感器是比较小的有源标签，可绑定在安全帽或胸卡上，方便作业人员携带，并可对标签进行分类，分为检修人员、运行人员等。人员在变电站区域内活动时，根据其作业区域不同，在监控画面上显示其警戒区间，并显示人员的位置及移动路线。

2.2作业区域的精确划分

根据设备所占用的空间及安全距离的多少，在地图内划分出危险区、安全区、共用区(2台设备之间可以共用的区域)等。在每个变电站间隔处，需要标示作业时的安全活动范围。在工作人员进行检修作业时，系统可以根据工作票指定的间隔判断是否越界，而不需要每次工作时再进行设置，可减少运行人员的工作量。每个间隔的编码与PMS(电力管理系统)中的编码对应，以便系统能够判断检修作业所在的位置，从而判断作业区域是安全区还是危险区。检修工作计划是系统判定现场作业区和危险区的基础，可以从PMS等系统进行此类信息的实时抽取，也可采用人工录入或模板导入等，但必须保证计划信息及时、准确。在检修计划中要提取出检修人员的标识信息，以完成与定位设备信息的对应。提取检修时间信息，对于作业区与危险区的划分也起到决定性作用。

2.3直观可视化的监控效果

为了直观展示变电站态势和人员所处的位置，系统将对变电站实现三维仿真模拟，所有的设备设施与真实场景一致。变电站地图实时显示站内人员活动轨迹和信息，人员以三维立体图形方式在场景中展示，以实际作业人员头像进行区分，根据精确定位的坐标展示在三维场景中。有检修工作时，可实时显示检修区域的范围及站内人员的准确位置；无检修工作时，可实时显示设备运行区及站内人员的准确位置。

2.4越界提醒及记录

将可视化系统与语音广播系统集成，在工作人员处于非安全区时，通过现场播音器自动播放提醒语音，提醒相应人员立即撤离危险区域。与变电站内视频监控系统集成，在工作人员处于非安全区时，根据定位区域确定监控设备，自动截取该时间段内的录像片段，保存在服务器中。自动录像的来源包括变电站内原有的视频监控系统和新投入的智能视频监控设备，因此需要将各种视频监控系统进行集成，自动截取并保存指定时间段内的视频文件。

2.5其他辅助功能

(1)围栏区域识别。在作业区域一般会设置围栏，提醒作业人员或其他人不得随意进出。可在围栏上加装电子标签，系统根据标签信息在监控图中自动划出作业区域，当有人进出作业区域时，触发报警提醒。

(2)检修情况监督。在检修工作结束后一段时间内，选中其中某位检修人员，可在系统模块中查询该人员行动轨迹；选中运行人员或者其他人员，也可以查询该人员进站时间、离站时间，并能查询其在站内的行动轨迹。

(3)检修现场回放。检修工作结束后的一段时间内，可以查询检修工作过程中，所有人员在站内的行动轨迹，及在某个时间点所有人员的位置。人员的行动轨迹可通过系统二维界面进行展示，同时也可调用视频监控系统的录像记录，查看当时的具体工作画面。为了实现以上功能，需要投入2套智能视频监控设备，其中1套布置在站区入口处，监控进出变电站人员情况；另1套布置在作业区域，用于监控员工在作业过程中的行为规范。

3变电站智能视频监控系统

利用智能视频图像分析技术建设可视化、智能化的变电站智能视频监控系统。该系统除提供变电站设备运行状态图像、开关操作过程状态图像、仪器仪表工作状态图像及现场维护等工作现场实时图像外，还提供现场作业人员违章自动识别及现场的语音报警功能，从而达到对作业现场安全生产风险的可视和可控状态，从技术手段上进一步加强作业现场安全生产，有效杜绝因作业违章而引发的人身伤亡及设备损坏事故。智能视频图像分析技术通过对监视摄像机中的视频图像进行分析，并具备对风、雨、雪、落叶、飞鸟、飘动的旗帜等多种背景的过滤能力。通过建立人类活动的模型，借助计算机的高速计算能力，使用各种过滤器，排除监视场景中非人类的干扰因素，准确判断人类在视频监视图像中的各种活动。智能视频图像分析技术可以解决以下问题：

(1)实现人员位置的精确定位；

(2)实现作业区域的精确划分；

(3)实现直观可视化的监控效果；

(4)实现越界提醒及记录；

(5)实现检修情况监督、围栏区域识别、检修现场回放等。

4结束语

对变电站安全管理的智能化研究、建设，将促进安全管理模式从传统现场设定管理向新兴数字信息系统管理的转变，极大降低误操作风险，提高变电站可靠性和安全性。目前变电站三维可视化安全管理工作正处于快速发展时期，通过研究和实践提升了变电站智能化管理水平，为今后智能化管理打下坚实的基础。

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作者:杨西银 刘江 田锋 陈晓平 单位:国网宁夏电力公司宁东供电公司