一種入侵外力視頻監控及預警的方法

2023-05-22 17:55:26

專利名稱：一種入侵外力視頻監控及預警的方法
技術領域：
本發明涉及遠程智能監控預警領域，特別是涉及一種入侵外力視頻監控及預警的 方法。
背景技術：
近年來，外力破壞對重要公共基礎設施呈逐年上升趨勢，嚴重影響公共基礎設施 正常的維護和運行，對國民經濟和人民安全造成重大威脅。電網安全直接關係到國計民生，如果輸電線路遭到外力破壞，輕則大面積停電，造 成嚴重的經濟損失，重則造成無法挽回的人員傷亡。而輸變電線路搭建在戶外，存在多種外 力破壞的隱患，線路保護區內的違章建築、取土與採石，吊車野蠻施工、自然災害引起異物 碰導線、以及樹木災害等突發事件都將威脅到電網的安全正常運行。為避免外力對輸電線 路的破壞，需要對輸變電線路進行實時遠程視頻監控，並在出現危險情況時發出預警，以迅 速消除隱患，避免不必要的事故發生。目前，對於電網的監測範圍和程度不全，而一些主要電力鐵塔都搭建在人煙稀少 或人力無法到達的地方，從而導致無法及時監控發現影響輸電線路安全和穩定的隱患的存 在，也無法立即解除這些隱患。因此，需要建立一套遠程無線視頻智能監控系統對輸變電線 路進行實時預警和監測。CN02132392公開了一種電網故障測報系統。它採用對電網取樣的方式，當發生電 網停電、設備受到外力破壞、三相電壓過低、以及三相電壓不平衡等故障時，及時就地報警 並電話遠方報警，並對故障發生的時間、地點、性質等信息進行存儲、顯示、列印，以供電力 管理部門迅速準確的處理故障。CN200920257066公開了一種多芯智能多功能光纖複合特種電力電纜。這種電纜適 用於智能電網，用於電能的傳輸與分配系統，在傳輸電能的同時，可實現電纜的載流量、環 境溫度、有害氣體、火災、所受外力侵襲等的監測、預警以及電網內部的通信聯絡和自動控 制。CN200520026951公開了一種視頻監控前端設備防暴力破壞報警聯動裝置。通過設 置的撞擊傳感器，系統可以識別設備正常運轉、環境自然聲與撞擊產生的異常振動的差別， 主動探測由外力引起的對設備的破壞行為，同時通過通訊鏈路將受到襲擊的設備ID等信 息報告系統，以便系統能夠採取相應對策。上述文獻公開的方案所存在的共同問題是只能在故障發生後提供報警，而無法對 輸電線路可能遭受的破壞進行預警。CN200810236014公開了一種用於防止吊車等大型施工機械設備接近高壓輸電線 路小於安全距離的報警器。其系統主要採用距離傳感器以判斷物體與輸電線路之間的距離 是否小於安全距離。上述方案雖然在危險即將發生時報警，但由於缺乏視頻信息，線路管理人員很難 判定警報是否為誤報，也無法快速與準確地實施應急措施，而只有等相關管理人員到達現場後，才能評估現場狀況並實施具體應急方案，從而錯失了最佳解決隱患的時機。綜上所述，現有技術無法滿足當前對輸電線路實時監控並對相關外力隱患及時準 確預警的需求。

發明內容
針對上述問題，本發明提供了一種入侵外力視頻監控及預警的方法，可以對輸電 線路的警戒區域的入侵外力進行視頻監控和預警，從而減少或消除外力破壞線路的情況發生。本發明所提供的一種入侵外力視頻監控及預警的方法，包括對電力輸電線路預定 警戒區域的視頻監控，其特徵在於所述的監控及預警方法至少包括以下步驟(1)對警戒區域進行背景建模；(2)對可能入侵的外力進行建模；(3)對進入警戒區域的入侵外力進行實時視頻採集，並進行前景檢測，從警戒區域 背景中提取出前景信息；(4)對比所提取的前景信息與建模中的特徵信息，以判斷是否有應受監控的入侵 外力；(5)如果是應受監控的入侵外力，則對該入侵外力進行目標定位和/或運動狀態 足艮S宗；(6)當對入侵外力目標定位和/或運動狀態跟蹤的和結果達到報警級別後，啟動 現場報警裝置進行報警，和/或對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發 送到遠程監控端。具體的，在所述的步驟O)中，對可能入侵外力的建模包括對入侵外力本身的靜 態建模和對入侵外力運動狀態的動態建模。具體的，在所述的步驟中，如果前景信息與某個入侵外力模型之間的差距小 於設定值，則認為該入侵外力屬於被監控的入侵外力。具體的，在所述的步驟(5)中，所述對入侵外力的目標定位包括入侵外力進入警 戒區域的位置和/或在警戒區域停留的時間；所述對入侵外力運動狀態的運動狀態跟蹤包 括運動角度跟蹤、運動高度跟蹤和/或運動速度跟蹤。具體的，在所述的步驟(6)中，根據不同的危險程度，報警級別分為多級。具體的，在所述的步驟(6)中，所述報警裝置為聲光報警裝置，所述的聲光報警裝 置用警鈴和警燈進行聲光報警。進一步的，在所述的步驟(6)中，對應不同的報警級別，所述聲光報警裝置的警鈴 的聲音逐級增大，警燈的強度逐級增強。進一步的，在所述的步驟(6)中，啟動現場報警裝置進行報警時，即對遠程監控端 發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。或者，在所述的步驟(6)中，對於較低的警報級別，僅啟動現場報警裝置進行報 警，當報警級別達到預設的級別後，對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息 發送到遠程監控端。
或者，在所述的步驟(5)中，一旦發現有被監控的入侵外力，即向遠程監控端發出 預警，同時將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。本發明的有益效果在於對電力輸電線路預訂的警戒區域中的外力入侵進行視頻 監控和預警，及時發現隱患並自動預警，從而避免不必要的事故發生。同時，將外力入侵產 生的實時視頻發送到監控終端，便於相關人員迅速做出反應，提高處置和搶險速度。


圖1為入侵外力視頻監控及預警方法的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例進一步對本發明加以說明。如圖1所示，一種入侵外力視頻監控及預警的方法，包括以下步驟(1)對警戒區域進行背景建模；(2)對可能入侵的外力進行建模；(3)對進入警戒區域的入侵外力進行實時視頻採集，並進行前景檢測，從警戒區域 背景中提取出前景信息；(4)對比所提取的前景信息與建模中的特徵信息，以判斷是否有應受監控的入侵 外力；(5)如果是應受監控的入侵外力，則對該入侵外力進行目標定位和/或運動狀態 足艮S宗；(6)當對入侵外力目標定位和/或運動狀態跟蹤的和結果達到報警級別後，啟動 現場報警裝置進行報警，和/或對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發 送到遠程監控端。警戒區域是包含被監測的輸電線路的預訂區域。可能的入侵外力可能是大型機械設備，違章建築，自然災害引起的樹木，房屋倒塌寸。與現有技術中的(例如CN200810236014等)監控技術相比可知，現有技術側重於 在進入帶電作業區域/監控區域的運動/行動裝置上，監控距離帶電輸電線路的安全距離， 是從運動/行動裝置的角度/視角來接進行監控；而本技術方案是站在電力/帶電輸電線 路的的位置/視野，來監控進入其附近或監控區域/空間的物體距離帶電輸電線路的位置 /距離，兩種監控技術所站的角度和解決問題的思路不一樣。由於本技術方案中的工業視頻監控、圖像的建模等均為現有技術，故其具體方法、 視頻/靜止圖像的建模、所涉及到的監控裝置或系統構成等在此不再敘述，本領域的技術 人員，在領會了本申請技術方案的發明構思和處理問題的思路後，無需經過創造性的勞動， 即可實現本技術方案所要達到的技術效果。實施例本實施例中，以大型起重機進行說明(a)對警戒區域進行背景建模。背景建模可採用經典的MOG(Mixture of Gaussians)或CodeBook方法。當然，在本專利的具體實施方案中，也可採用其他背景建模方法。當背景成功建模後，任何進入警戒 區域的活動物體都可以通過當前幀與背景模型的對比被檢測出來。(b)對起重機進行建模。起重機建模包括對於起重機本身的靜態建模和對於起重機運動狀態的動態建模。起重機靜態建模包括使用預先收集的訓練集中起重機的RGB分量特徵構建一個 高斯混合模型(GMM)。由於實際應用的場景十分複雜，不同的氣候(晴天與雨天)與不同時 間的光照(清晨與正午)都會使起重機顏色發生一些改變。這裡將上述的GMM建模看成一 種聚類的過程，可將多次在不同氣候與時間情況下採集的數據放在一起訓練，從而得到多 個高斯模型混合而成的GMM。在這裡，可使用經典的EM算法來估計模型參數。進入警戒區域的起重機通常是動態的，本實施例中，對於起重機的動態建模包括 起重機吊臂建模。起重機吊臂建模包括使用訓練集計算得出吊臂相關特徵值。在本實施例中，計算 如下特徵1)面積；2)偏心率；3)緊密度。偏心率為區域最長的弦和與之相垂直的弦的長 度之比。起重機較一般車輛更細長，加上有吊臂的存在，因此具有很高的偏心率。偏心率可以通過中心矩來計算。起重機是複雜的人造物體，具有較低的緊密度。(c)對進入警戒區域的起重機進行實時視頻採集，並進行前景檢測，從警戒區域背 景中提取出前景信息。警戒區域中安裝有視頻採集設備，對進入警戒區域的起重機進行實時視頻採集。 對採集到的視頻信息進行前景檢測，從中背景中提取出前景信息，即起重機的相關特徵。(d)對比前景檢測所提取的前景信息與建模中的特徵信息，以判斷是否有應受監 控的入侵外力。將從實時視頻信息中所提取的前景信息與起重機GMM模型進行對比，如果某個前 景信息與起重機模型之間的差距小於設定值，則認為入侵外力為起重機，屬於被監控的入 侵外力。判斷方法包括對前景信息中每個單獨連結區域進行特徵識別，如果其特徵滿足起 重機特徵，則輸出候選起重機以供後續監控。(e)如果是應受監控的入侵外力，則對該入侵外力進行目標定位和運動狀態跟蹤。對該起重機進行目標定位和運動狀態跟蹤，並將監控的實時視頻發送到對起重機進行目標定位包括起重機進入警戒區域的位置，在警戒區域停留的時 間。在較佳實施例中，可選用卡爾曼濾波。當目標起重機被檢測出後，可使用卡爾曼濾 波的預測值來限制在後續幀中的搜索範圍從而減少運算量。運動狀態的跟蹤包括運動角度跟蹤，運動高度跟蹤，運動速度跟蹤。本實施例中， 對起重機進行運動狀態跟蹤為對起重機吊臂伸展的角度進行跟蹤檢測。吊臂伸展角度檢測 可使用PCA或Hough變換等線狀物體檢測裝置檢測出吊臂的方向信息，從而估算出吊臂與 地面的伸展角度。(f)當入起重機的停留時間或起重機吊臂抬起的角度達到警報級別後，啟動現場報警裝置進行報警，和/或對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的起重機視頻信息 發送到遠程監控端。本實施例中，報警事件包括起重機長時間停留報警與起重車吊臂伸展報警。起重 機長時間停留報警包括四級1) 一級報警，起重車進入監控警戒區域，停車，並停留超過30 秒；2) 二級報警，起重車停留超過90秒；3)三級報警，起重車停留超過150秒；4)四級警 報，起重車停留超過210秒。起重車吊臂伸展報警同樣包括四級1) 一級報警，起重車吊臂抬起角度大於15 度；2) 二級報警，起重車吊臂抬起角度大於30度；3)三級報警，起重車吊臂抬起角度大於 45度；4)四級警報，起重車吊臂抬起角度大於60度。現場報警裝置為聲光報警裝置，用警鈴和警燈進行聲光報警提示。在本實施例中， 對應不同的級別，警鈴的聲音逐級增大，警燈的強度逐級增強。如果在一級警報狀態內，現場報警裝置進行最低級別的聲光報警，提示起重機操 作人員注意操作安全。如果在後續的時間內，被跟蹤的起重機不僅沒有解除警報，並且進一 步採取危險動作，報警級別會逐步提高，現場報警裝置發出相應級別的聲音和光亮進行報 警。到一定級別後，比如預先設定為三級報警時，將發送預警信號到遠程監控端，同時將實 時採集到的起重機視頻信息發送到遠程監控端，以提醒監控人員密切觀察起重機的動態， 並及時做出相應地應對措施。在另一實施例中，啟動現場報警裝置進行報警時，即對遠程監控端發出預警，同時 將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。在另一實施例中，一旦發現有被監控的入侵外力，即向遠程監控端發出預警，同時 將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。應當可以理解，在不偏離其精神和中心特徵的情況下本發明可以其它形式實現。 因此這裡的實施例和具體的實施方式是示意性並不是限制性，並且本發明並不限定在這裡 給出的詳細描述中。
權利要求
1.一種入侵外力視頻監控及預警的方法，包括對電力輸電線路預定警戒區域的視頻監 控，其特徵在於所述的監控及預警方法至少包括以下步驟(1)對警戒區域進行背景建模；(2)對可能入侵的外力進行建模；(3)對進入警戒區域的入侵外力進行實時視頻採集，並進行前景檢測，從警戒區域背景 中提取出前景信息；(4)對比所提取的前景信息與建模中的特徵信息，以判斷是否有應受監控的入侵外力；(5)如果是應受監控的入侵外力，則對該入侵外力進行目標定位和/或運動狀態跟蹤；(6)當對入侵外力目標定位和/或運動狀態跟蹤的和結果達到報警級別後，啟動現場 報警裝置進行報警，和/或對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發送到 遠程監控端。
2.如權利要求1所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (2)中，對可能入侵外力的建模包括對入侵外力本身的靜態建模和對入侵外力運動狀態的 動態建模。
3.如權利要求2所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟(4)中，如果前景信息與某個入侵外力模型之間的差距小於設定值，則認為該入侵外力屬於 被監控的入侵外力。
4.如權利要求3所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟(5)中，所述對入侵外力的目標定位包括入侵外力進入警戒區域的位置和/或在警戒區域 停留的時間；所述對入侵外力運動狀態的運動狀態跟蹤包括運動角度跟蹤、運動高度跟蹤 和/或運動速度跟蹤。
5.如權利要求4所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟(6)中，根據不同的危險程度，報警級別分為多級。
6.如權利要求5所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (6)中，所述報警裝置為聲光報警裝置，所述的聲光報警裝置用警鈴和警燈進行聲光報警。
7.如權利要求6所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (6)中，對應不同的報警級別，所述聲光報警裝置的警鈴的聲音逐級增大，警燈的強度逐級 增強。
8.如權利要求7所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (6)中，啟動現場報警裝置進行報警時，即對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視 頻信息發送到遠程監控端。
9.如權利要求7所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (6)中，對於較低的警報級別，僅啟動現場報警裝置進行報警，當報警級別達到預設的級別 後，對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。
10.如權利要求7所述的入侵外力視頻監控及預警的方法，其特徵在於，在所述的步驟 (5)中，一旦發現有被監控的入侵外力，即向遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視 頻信息發送到遠程監控端。
全文摘要
本發明提供了一種入侵外力視頻監控及預警的方法，所述方法包括對警戒區域進行背景建模；對可能入侵的外力進行建模；對進入警戒區域的入侵外力進行實時視頻採集，並進行前景檢測，從警戒區域背景中提取出前景信息；對比所提取的前景信息與建模中的特徵信息，以判斷是否有應受監控的入侵外力；如果是應受監控的入侵外力，則對該入侵外力進行目標定位和/或運動狀態跟蹤；當對入侵外力目標定位和/或運動狀態跟蹤的和結果達到報警級別後，啟動現場報警裝置進行報警，和/或對遠程監控端發出預警，同時將實時採集到的視頻信息發送到遠程監控端。本發明可以對輸電線路的警戒區域的入侵外力進行視頻監控和預警，從而減少或消除外力破壞線路的情況發生。
文檔編號G08B13/196GK102096977SQ20101056102
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月26日 優先權日2010年11月26日
發明者何冰, 劉振海, 劉新平, 方焌, 李耀偉, 謝小松, 陸麗 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司, 上海電力帶電作業技術開發有限公司