一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，該預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)包括有主控制模塊、視頻圖像處理模塊、通信模塊和電源管理模塊，預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用時由前端設(shè)備包括前端預(yù)警監(jiān)控裝置、高速球機、太陽能電源、聲光報警器和后端管理軟件平臺；本發(fā)明輸電線路線下機械安全預(yù)警分析方法是應(yīng)用了視頻圖像智能分析技術(shù)，具有對大型機械施工類的外力破壞事件進(jìn)行智能分析并主動報警，并將整個事件發(fā)生的過程以圖片和視頻的形式發(fā)回監(jiān)控管理中心。本發(fā)明的預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控方法在沒有線下大型機械施工發(fā)生的情況下，系統(tǒng)不主動向監(jiān)控管理中心發(fā)送視頻信息和數(shù)據(jù)，有效的節(jié)約了通信流量，從而降低了輸電線路的維護和運營成本。
【專利說明】
一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及到輸電線路在線監(jiān)測，具體涉及到一種基于視頻圖像智能分析技術(shù)的對輸電線路下的施工機械安全進(jìn)行監(jiān)控的智能預(yù)警裝置及其預(yù)警分析的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路的維護和監(jiān)測在管理上存在著以下困難:
(I)人員數(shù)量難以滿足對線下施工場所進(jìn)行不間斷看護的要求。
[0003](2)線路維護人員不可能固定在一個位置，因此在巡視間隔內(nèi)輸電線路不確定因素?zé)o法掌握。
[0004](3)高壓輸電線路線下施工等外力破壞的隱患有著不可預(yù)知性和不定時性的特點，加大了對于外力破壞隱患的掌握和預(yù)防處理的難度。
[0005](4)高壓輸電線路正常運行及故障狀態(tài)信息隨著環(huán)境和輸電線路的運行狀況不斷變化，一般情況下難以獲得實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0006]高壓輸電線路沿線經(jīng)過多種區(qū)域，如村莊、工地、鐵路、橋梁、礦區(qū)等，自然環(huán)境復(fù)雜，人們的生產(chǎn)生活經(jīng)常會對輸電線路造成難以預(yù)估的破壞，其中尤以違章施工、修筑違章建筑、煤層開采等等對線路的破壞隱患最大。
[0007]針對以上維護中切實存在的困難和問題，可在輸電線路的鐵塔上可通過安裝視頻在線監(jiān)控設(shè)備來對這些生產(chǎn)生活活動進(jìn)行監(jiān)控，一定程度上可以有效提高對高壓線路的監(jiān)控力度。
[0008]普通的視頻監(jiān)控基本上是以實現(xiàn)視頻的硬盤錄像服務(wù)為主，即將前端視頻監(jiān)控裝置發(fā)回來的視頻進(jìn)行本地存儲和管理，方便管理人員調(diào)用查看。且其監(jiān)控具有事后性，不能在這些外力破壞事件發(fā)生的同時就進(jìn)行主動警告。
[0009]由于高壓輸電線路大多地處偏遠(yuǎn)，大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要以3G等移動通信方式回傳。普通視頻監(jiān)控裝置只能實現(xiàn)將視頻實時回傳給后端管理中心，數(shù)據(jù)量非常大，所以運營費用非常高。
[0010]現(xiàn)在也有將普通視頻監(jiān)控裝置結(jié)合電子圍欄等設(shè)備進(jìn)行使用，將重要區(qū)域用電子圍欄加以保護，如果圍欄保護區(qū)域發(fā)生闖入等事件，則啟動視頻錄像進(jìn)行記錄，達(dá)到智能監(jiān)控的目的。但這同時也受限于電子圍欄的有效保護面積，無法對視頻場景內(nèi)電子圍欄以外的區(qū)域進(jìn)行智能監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種新的對輸電線路下的施工機械安全進(jìn)行監(jiān)控的智能預(yù)警裝置及其預(yù)警分析的方法。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法基于視頻圖像智能分析技術(shù)，具有對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行自主分析的能力，只在有外力破壞事件發(fā)生的時候才回傳有用的數(shù)據(jù)和信息，以降低運營管理費用，無需監(jiān)控人員始終緊盯監(jiān)控屏幕，只要關(guān)注預(yù)警監(jiān)控裝置發(fā)回監(jiān)控中心的有效事件數(shù)據(jù)即可，從而減輕監(jiān)管人員的工作強度。
[0012]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明專利提供的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明首先是提供了一種具有針對輸電線路線下施工事件進(jìn)行安全預(yù)警的監(jiān)控裝置。該裝置通過直流電源進(jìn)行供電，可安裝在輸電線塔上，可接入CVbs模擬視頻信號或者SDI數(shù)字視頻信號并對視頻信號進(jìn)行圖像分析和處理。
[0013]一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)包括有主控制模塊、視頻圖像處理模塊、通信模塊和電源管理模塊，其中:
視頻圖像處理模塊用于對輸電線路周圍的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對視頻圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別出外力破壞事件，產(chǎn)生報警信息，并將相關(guān)事件的報警信息與圖像視頻通過網(wǎng)絡(luò)接口傳輸至通信模塊；
通信模塊，用于將視頻圖像處理模塊輸入的報警信息和相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸至監(jiān)控中心；
電源管理模塊，分別連接主控模塊、視頻圖像處理模塊和通信模塊，用于執(zhí)行電源管理工作；
主控模塊，分別連接視頻圖像處理模塊、通信模塊和電源管理模塊，對其工作模式和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理。
[0014]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)中，所述的視頻圖像處理模塊的輸入接口為BNC接口，利用該BNC接口輸入至cvbs模擬視頻信號或者SDI高清數(shù)字視頻信號。
[0015]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)中，所述的視頻圖像處理模塊中利用圖像AD芯片采集輸入的視頻信號；對于cvbs模擬視頻信號，圖像AD芯片為TECKffELL公司的TW9910，輸出為BT656信號；對于SDl高清數(shù)字視頻信號，圖像AD芯片為gennum公司的GV7610，輸出為BTl 120信號。
[0016]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)中，所述的電源管理模塊包括有備用電池和電源管理電路，所述的備用電池在外部輸入電源出現(xiàn)故障時繼續(xù)為主控模塊和通信模塊提供工作電源。
[0017]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)中，所述的主控模塊與視頻圖像處理模塊之間采用串口 485通信，設(shè)置視頻圖像處理模塊的工作模式并獲取視頻圖像處理模塊的工作狀態(tài)信息；主控模塊與電源管理模塊之間的通信接口為RS485，主控模塊獲取電源管理模塊的工作狀態(tài)，控制電源管理模塊的工作模塊。
[0018]本發(fā)明其次是提供了一種針對輸電線路線下施工事件的預(yù)警分析方法。該方法在視頻圖像處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合線下大型機械施工事件發(fā)生的特點，綜合判斷視場監(jiān)控范圍內(nèi)是否有對輸電線路的外力破壞事件正在發(fā)生，并將結(jié)果上報監(jiān)控中心，具有監(jiān)控范圍大，主動警告的特點。
[0019]一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
第一步，場景標(biāo)定，在場景中通過標(biāo)定算法設(shè)置景深，給場景景深設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，以準(zhǔn)確計算場景中目標(biāo)的實際位置及尺寸大?。凰龅膱鼍皹?biāo)定算法實現(xiàn)步驟為:
Ia.輸入標(biāo)定線段；從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段； Ib.根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)；分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組，獲得的相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角Θ以及水平消失線1 ;
Ic.根據(jù)相機參數(shù)，獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)；根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)；
第二步，設(shè)置預(yù)警規(guī)則，包括設(shè)置警戒區(qū)域、線下安全距離和滯留時間，所述的警戒區(qū)域是對線下禁止施工區(qū)域的劃定，若有運動目標(biāo)進(jìn)入該區(qū)域，將會被檢測出來；線下安全距離是對警戒區(qū)域里運動目標(biāo)的活動范圍的設(shè)定，若運動目標(biāo)運動的范圍超過了線下安全距離的允許值，將會被檢測出來；
第三步，運動目標(biāo)檢測，運動目標(biāo)檢測是視頻場景中的運動目標(biāo)區(qū)域從背景中分割出來，以準(zhǔn)確檢測輸電線路監(jiān)控場景圖像中的運動目標(biāo)，包括人、車，同時濾除包括圖像抖動、擺動的樹、亮度變化、陰影、雨和雪在內(nèi)的干擾因素；
第四步，運動目標(biāo)跟蹤，實現(xiàn)方式是先對運動目標(biāo)檢測成功后做目標(biāo)預(yù)測，用于估計目標(biāo)的下一幀運動，再進(jìn)行目標(biāo)匹配，用于跟蹤匹配的穩(wěn)定目標(biāo)并濾除虛假目標(biāo)，最后進(jìn)行目標(biāo)更新，用于當(dāng)前幀中穩(wěn)定目標(biāo)的更新；
第五步，運動目標(biāo)分類，基于物理空間對運動目標(biāo)進(jìn)行識別，包括特征提取和類型判定，特征提取用以提取目標(biāo)的空間特征和時間特征，類型判定則用以判定目標(biāo)的類型；第六步，事件判斷，運動目標(biāo)經(jīng)過檢測與分類識別后，結(jié)合第二步設(shè)置的規(guī)則，判斷是否有大型機械闖入警戒區(qū)域，且判斷其運動區(qū)域是否超過所設(shè)置的安全距離；
第七步，報警輸出，通過現(xiàn)場設(shè)置的高音喇叭和警燈進(jìn)行現(xiàn)場示警，同時相關(guān)信息和視頻數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送至監(jiān)控中心，該監(jiān)控中心設(shè)有后端管理軟件以使監(jiān)管人員可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場的實時視頻。
[0020]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法中，所述第三步中運動目標(biāo)檢測的具體做法包括有:
3a.進(jìn)行圖像預(yù)處理，用于消除其對背景模型的影響；
3b.進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，用于對背景模型進(jìn)行前景分割，并標(biāo)記出一個一個連通區(qū)域，對檢測的狀態(tài)進(jìn)行維護，用于判定檢測程序當(dāng)前所處的狀態(tài)，若出現(xiàn)檢測異常，則重新開始檢測；
3d.做區(qū)域增強，用于剔除包括陰影、高亮和樹葉擺動在內(nèi)的虛假區(qū)域；
3e.進(jìn)行區(qū)域分裂與合并，用于解決目標(biāo)過分割和目標(biāo)相互遮擋問題。
[0021]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法中，所述第五步中空間特征包括有區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向的夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上部分與下部分面積比；時間特征包括目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征和目標(biāo)的歷史分類信息。
[0022]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法中，所述第五步的類型判定包括每幀分類和整體分類，所述的每幀分類為:根據(jù)區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上部分與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征，通過概率分類器進(jìn)行每幀分類，以獲得目標(biāo)的歷史分類信息；所述整體分類根據(jù)目標(biāo)的歷史分類信息進(jìn)行分類，以判定目標(biāo)的類型。
[0023]在本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法中，作為更進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述概率分類器的思想是:分別按照人、人群、車、車群及小動物類型，賦予區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征的特征不同的權(quán)值；然后分別計算人、人群、車、車群、小動物類型的特征概率值，并選擇概率值最大的那一類型為目標(biāo)的當(dāng)前幀分類信息。
[0024]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明的輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法在實踐應(yīng)用中取得了如下有益效果:
本發(fā)明涉及到的智能預(yù)警裝置首先具備了普通視頻監(jiān)控裝置的視頻監(jiān)控功能，在此基礎(chǔ)上，采用視頻圖像處理對視頻信號進(jìn)行現(xiàn)場分析，對于大型機械施工、人員闖入等造成的跳閘、斷線、倒塔等事故的形成、發(fā)展、惡化的全過程實時監(jiān)測，并具有提前預(yù)警、主動報警的功能，避免這些事件的發(fā)生給國民經(jīng)濟和工農(nóng)業(yè)、人民生活用電帶來重大損失。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部功能模塊組成圖。
[0026]圖2是本發(fā)明輸電線路線下施工機械智能預(yù)警分析方法及其信號處理流程圖。
[0027]圖3是本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的實施狀態(tài)下的系統(tǒng)連接示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面我們結(jié)合附圖和具體的實施例來對本發(fā)明一種輸電線路下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控的系統(tǒng)和方法進(jìn)行詳細(xì)說明，以進(jìn)一步了解其結(jié)構(gòu)組成和工作方式，但本發(fā)明保護的范圍并不局限于此。
[0029]某施工現(xiàn)場位于電力輸電線附近，大型機械經(jīng)常在輸電線塔下行駛穿過，同時還有人員從線下來回走動。針對這種現(xiàn)場應(yīng)用的實際情況，本發(fā)明和系統(tǒng)和方法可以有效的監(jiān)控現(xiàn)場施工的情況，如果發(fā)現(xiàn)有大型機械超高行駛通過或者作業(yè)，將現(xiàn)場示警并主動上報。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)包括有主控制模塊
11、視頻圖像處理模塊12、通信模塊13和電源管理模塊14。其中:
視頻圖像處理模塊12用于對輸電線路周圍的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對視頻圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別出外力破壞事件，產(chǎn)生報警信息，并將相關(guān)事件的報警信息與圖像視頻通過網(wǎng)絡(luò)接口傳輸至通信模塊13 ；
通信模塊13，用于將視頻圖像處理模塊12輸入的報警信息和相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸至監(jiān)控中心；
電源管理模塊14，分別連接主控模塊11、視頻圖像處理模塊12和通信模塊13，用于執(zhí)行電源管理工作；
主控模塊11，分別連接視頻圖像處理模塊12、通信模塊13和電源管理模塊14，以監(jiān)控管理各個模塊的工作模式和工作狀態(tài)。
[0031 ] 在上述的預(yù)警監(jiān)控裝置內(nèi)部的4個組成模塊中，主控制模塊11對視頻圖像處理模塊12、通信模塊13、電源管理模塊14的工作模式和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理；視頻圖像處理模塊12對輸電線路周圍的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對視頻圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別出外力破壞事件，產(chǎn)生報警信息，并將相關(guān)事件的報警信息與圖像視頻傳輸至通信模塊13。通信模塊13提供了 3G、WIFI等無線網(wǎng)絡(luò)通信方式，可將智能預(yù)警裝置的報警信息和相關(guān)數(shù)據(jù)通過多種無線通信的方式傳至監(jiān)控中心。電源管理模塊14則為其他三個模塊執(zhí)行電源管理工作。
[0032]具體來說，主控模塊11負(fù)責(zé)對整個智能預(yù)警裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。主控模塊11采用低功耗的arm7作為核心處理器，整個模塊的功耗很低，工作狀態(tài)時在2W左右，待機功耗甚至可到500mW。主控模塊11可以根據(jù)需要對視頻圖像處理模塊12與通信模塊13的電源進(jìn)行管理，可以根據(jù)需要打開和關(guān)閉這兩個模塊的電源，以達(dá)到省電的目的；也可以對這兩個模塊進(jìn)行不斷電的重新啟動控制，以實現(xiàn)不斷電維護。
[0033]視頻圖像處理模塊12的核心處理器采用美國TI公司的DM8127。視頻圖像處理模塊12的輸入接口為BNC接口，可接入cvbs模擬視頻信號或者SDI高清數(shù)字視頻信號。視頻圖像處理模塊12首先要對輸入的視頻信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這部分的電路實現(xiàn)由圖像AD芯片來實現(xiàn)。對于cvbs模擬輸入視頻信號，圖像AD為TECKWELL公司的TW9910，輸出為BT656信號。對于SDI高清數(shù)字視頻，圖像AD為gennum公司的GV7610，輸出為BTl 120信號。視頻圖像處理模塊12對上述BT656或者BTl 120數(shù)字視頻信號進(jìn)行分析，通過一些列濾波、區(qū)域增強、特征值提取、模式識別、圖像編碼、圖像壓縮等DSP處理后，將分析結(jié)果和視頻圖像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)接口送至通信模塊13。
[0034]通信模塊13為支持3G、WIFI的無線路由器，通信模塊13負(fù)責(zé)建立主控模塊11與視頻圖像處理模塊12至后臺監(jiān)控中心的無線通信通道，將預(yù)警裝置的數(shù)據(jù)和信息上傳至后臺監(jiān)控中心，并接收來自后臺監(jiān)控中心的指令。
[0035]電源管理模塊14主要由備用電池與電源管理電路組成。電源管理電路對整個裝置的供電進(jìn)行分路開關(guān)管理。備用電池可在外部輸入電源出現(xiàn)故障時，繼續(xù)為主控模塊11和通信模塊13提供工作電源，使預(yù)警裝置能以低功耗的方式繼續(xù)工作48小時，為維護人員進(jìn)行遠(yuǎn)程維護提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)以供參考。
[0036]上述主控模塊11與電源管理模塊14之間的通信接口為RS485，可以及時獲取電源管理模塊的狀態(tài)信息，并對電源模塊的工作模式進(jìn)行控制管理。主控模塊11與視頻圖像處理模塊12之間采用串口 485通信，可以對視頻圖像處理模塊12進(jìn)行工作模式設(shè)置和獲取其工作狀態(tài)信息。視頻圖像處理模塊12的輸出接口為10/100M網(wǎng)絡(luò)接口，連接到通信模塊
13。主控模塊11與通信模塊13之間也有一個串口 485的連接，可以獲取通信模塊13的工作狀態(tài)信息，并對工作模式進(jìn)行設(shè)置。
[0037]本發(fā)明涉及到輸電線路線下施工機械進(jìn)行安全預(yù)警的方法是:通過對視頻場景進(jìn)行分析，實現(xiàn)對視頻場景的背景建模，通過幀間差分、形態(tài)學(xué)過濾、光影檢測和區(qū)域分類等技術(shù)提取真實的運動區(qū)域，基于模式識別技術(shù)對區(qū)域進(jìn)行匹配跟蹤獲得運動目標(biāo)并進(jìn)行目標(biāo)分類，將檢測得到的目標(biāo)位置與用戶設(shè)置的警戒區(qū)域進(jìn)行比較，判斷是否有人員(車輛)入侵；將檢測得到的目標(biāo)位置與用戶設(shè)置的警戒區(qū)域進(jìn)行比較，通過3D標(biāo)定算法坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，判斷運動目標(biāo)的尺寸大小與形狀特征，統(tǒng)計目標(biāo)在警戒區(qū)域內(nèi)的滯留時間，超過設(shè)定的時間門限，進(jìn)行報警提示，將檢測得到的目標(biāo)位置與用戶設(shè)置的安全距離進(jìn)行比較，若目標(biāo)的所在區(qū)域位置經(jīng)過用戶標(biāo)定的安全距離，則判斷為安全距離檢測發(fā)生異常，發(fā)出報警信號，若目標(biāo)所在的區(qū)域坐標(biāo)信息在用戶標(biāo)定的安全距離之上，則此時不會產(chǎn)生異常報警，從而能夠?qū)⒁恍└呖罩酗w行的物體，諸如飛機、飛鳥等進(jìn)行排除，提高了安全距離算法檢測的準(zhǔn)確性。
[0038]如圖2所示，實現(xiàn)本發(fā)明輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控分析方法的具體步驟是:
第一步，場景標(biāo)定。
[0039]在視頻監(jiān)控中，同一目標(biāo)在場景中不同的位置會有不同的尺寸，特別是遠(yuǎn)距離的監(jiān)控，這就為智能視頻分析帶來了問題。為了解決這一問題，需要在場景中通過標(biāo)定算法設(shè)置景深，給場景深設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)。通過景深標(biāo)定，可以準(zhǔn)確地計算出場景中目標(biāo)的實際位置及尺寸大小，這就提高了智能視頻分析的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0040]本發(fā)明涉及到的場景標(biāo)定采用一種基于線段的標(biāo)定方法進(jìn)行實現(xiàn)，下面給出場景標(biāo)定算法具體的實現(xiàn)步驟:
步驟一:輸入標(biāo)定線段；從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段；
步驟二:根據(jù)標(biāo)定線段，獲得相機參數(shù)；分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組成的標(biāo)定方程組，以獲得包括相機的高度H、相機的俯仰角以及水平消失線的相機參數(shù)；
步驟三:根據(jù)相機參數(shù)，獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)；根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)。
[0041]所述三條標(biāo)定線段中至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的遠(yuǎn)端，至少存在一條標(biāo)定線段處于圖像所對應(yīng)場景的近端；并且所述三條標(biāo)定線段都不能與圖像下邊緣平行。
[0042]第二步，設(shè)置預(yù)警規(guī)則，包括設(shè)置警戒區(qū)域和線下安全距離、滯留時間等。
[0043]警戒區(qū)域是對線下禁止施工區(qū)域的劃定，如果有運動目標(biāo)進(jìn)入這個區(qū)域，將會被檢測出來。
[0044]線下安全距離是對警戒區(qū)域里運動目標(biāo)的活動范圍的設(shè)定，如果運動目標(biāo)運動的范圍超過了線下安全距離的允許值，將會被檢測出來。
[0045]第三步，運動目標(biāo)檢測。
[0046]運動目標(biāo)檢測是視頻場景中的運動目標(biāo)區(qū)域從背景中分割出來。
[0047]運動目標(biāo)檢測可以準(zhǔn)確檢測輸電線路監(jiān)控場景圖像中的運動目標(biāo)，包括人、車，同時可以濾除圖像抖動、擺動的樹、亮度變化、陰影、雨、雪等干擾因素的影響。
[0048]具體做法是首先進(jìn)行圖像預(yù)處理，用于消除其對背景模型的影響。然后進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，用于對背景模型進(jìn)行前景分割，并標(biāo)記出一個一個連通區(qū)域，此時要對檢測的狀態(tài)進(jìn)行維護，用于判定檢測程序當(dāng)前所處的狀態(tài)，如果出現(xiàn)檢測異常，則重新開始檢測；然后做區(qū)域增強，用于剔除陰影、高亮和樹葉擺動等虛假區(qū)域；最后進(jìn)行區(qū)域分裂與合并，用于解決目標(biāo)過分割和目標(biāo)相互遮擋問題。
[0049]第四步，運動目標(biāo)跟蹤。
[0050]對運動目標(biāo)跟蹤是這樣實現(xiàn)的:
對運動目標(biāo)檢測成功后，要做目標(biāo)預(yù)測，用于估計目標(biāo)的下一幀運動；然后進(jìn)行目標(biāo)匹配，用于跟蹤匹配的穩(wěn)定目標(biāo)，并濾除一些虛假目標(biāo)；最后進(jìn)行目標(biāo)更新，用于當(dāng)前幀中穩(wěn)定目標(biāo)的模板更新。
[0051]第五步，運動目標(biāo)分類。
[0052]運動目標(biāo)分類主要是是基于物理空間對運動目標(biāo)進(jìn)行試別，包括特征提取和類型判定。其中特征提取用以提取目標(biāo)的空間特征和時間特征，類型判定則用以判定目標(biāo)的類型。
[0053]所述空間特征包括:區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸；區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸；擬合短軸與水平方向夾角；區(qū)域輪廓的類圓性；區(qū)域的緊集度；區(qū)域的面積；區(qū)域的上與下部分面積比。
[0054]所述時間特征包括:目標(biāo)的速度特征，目標(biāo)的周期運動特征，目標(biāo)的歷史分類信肩、O
[0055]類型判定包括每幀分類和整體分類。
[0056]所述每幀分類為:根據(jù)區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征，通過概率分類器進(jìn)行每幀分類，以獲得目標(biāo)的歷史分類信息。
[0057]上面所述概率分類器的設(shè)計思想是:分別按照人、人群、車、車群、小動物等類型，賦予區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征等特征不同的權(quán)值；然后分別計算人、人群、車、車群、小動物等類型的特征概率值，并選擇概率值最大的那一類型為目標(biāo)的當(dāng)前幀分類信息。
[0058]所述整體分類根據(jù)目標(biāo)的歷史分類信息進(jìn)行分類，以判定目標(biāo)的類型。
[0059]第七步，事件判斷。
[0060]運動目標(biāo)經(jīng)過檢測與分類識別后，結(jié)合第二步設(shè)置的規(guī)則，判斷是否有大型機械闖入警戒區(qū)域，且判斷其運動區(qū)域是否超過所設(shè)置的安全距離。
[0061]第八步，報警輸出。
[0062]報警輸出的形式是通過現(xiàn)場的高音喇叭和警燈進(jìn)行現(xiàn)場示警提醒，同時相關(guān)信息和視頻數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到監(jiān)控中心的后端管理平臺軟件，監(jiān)管人員可以遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場的實時視頻。
[0063]作為一個具體應(yīng)用案例，如圖3所示，本發(fā)明的安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)和預(yù)警分析方法的具體實施過程如下:
第一步，將前端設(shè)備包括前端預(yù)警監(jiān)控裝置1、高速球機2、太陽能電源4、聲光報警器3安裝連接好，具體來說，前端預(yù)警監(jiān)控裝置I分別連接高速球機2、聲光報警器3和后端管理軟件平臺5以傳輸數(shù)據(jù)信息，太陽能電源4分別連接前端預(yù)警監(jiān)控裝置1、高速球機2和聲光報警器3以提供電源，前端預(yù)警監(jiān)控裝置I連接至監(jiān)控中心并傳輸數(shù)據(jù)至后端管理軟件平臺5。前端預(yù)警監(jiān)控裝置1、高速球機2、聲光報警器3和太陽能電源4等設(shè)備一般安裝在高壓輸電線路的鐵塔的橫擔(dān)上。
[0064]第二步，在后端管理軟件平臺5上對前端預(yù)警監(jiān)控裝置I進(jìn)行規(guī)則設(shè)置。規(guī)則設(shè)置包括對場景的標(biāo)定和警戒區(qū)域劃分以及安全距離、滯留時間等進(jìn)行設(shè)置。場景標(biāo)定主要是對人、小型車輛的尺寸進(jìn)行標(biāo)定，還有就是對大型機械的尺寸進(jìn)行標(biāo)定，作為以后區(qū)分大型機械和小型車輛、人、小動物的依據(jù)。前端設(shè)備連接好后，前端預(yù)警監(jiān)控裝置I啟動后會主動向后端管理軟件平臺5進(jìn)行設(shè)備注冊，在后端管理軟件平臺5上可以看到預(yù)警監(jiān)控裝置處于在線狀態(tài)，且可以看到現(xiàn)場的監(jiān)控場面。
[0065]在后端管理軟件平臺5上可以通過畫閉合線的方式在監(jiān)控場景內(nèi)劃定警戒區(qū)域，并設(shè)定在警戒區(qū)域內(nèi)滯留的時間閾值。在輸電線路下方合適的位置通過畫線段的方式設(shè)定安全距離，在劃定的線段下方區(qū)域即為安全區(qū)域，上方則為危險區(qū)域，即所有的運動目標(biāo)不允許到達(dá)所畫的線段上方空間。設(shè)定好警戒區(qū)域、滯留時間參數(shù)和安全距離線后，保存設(shè)置，并遠(yuǎn)程重啟前端預(yù)警監(jiān)控裝置1，這時的設(shè)置參數(shù)將保存在前端預(yù)警監(jiān)控裝置I內(nèi)。
[0066]第三步，前端預(yù)警監(jiān)控裝置I重啟后開始正常工作，如果發(fā)現(xiàn)有大型機械闖入，且運動范圍的邊界達(dá)到或者超過預(yù)設(shè)的安全距離線，則產(chǎn)生報警信息，將視頻和數(shù)據(jù)傳往后端管理軟件平臺5?，F(xiàn)場啟動聲光警報器3中的高音喇叭進(jìn)行喊話，警示燈開始閃爍，提醒正在施工的大型機械原理輸電線路。
[0067]平常線下人員的走動和小型車輛的駛?cè)腭偝?，進(jìn)入所劃定的警戒區(qū)域時，由于對于運動目標(biāo)已經(jīng)做了尺寸標(biāo)定，所以不會判斷為大型機械，且由于其運動范圍離安全距離線尚有距離，所以在現(xiàn)場不會產(chǎn)生聲光警報，但在后端管理軟件平臺5上也可以看到監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)識別出其闖入了警戒區(qū)域并對其運動軌跡進(jìn)行跟蹤記錄。因此上述前端視頻監(jiān)控裝置I如果具有對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行自主分析的能力，只在有外力破壞事件發(fā)生的時候才回傳有用的數(shù)據(jù)和信息，以減少流量來降低運營管理費用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)如果具有智能視頻分析功能，則無需監(jiān)控人員始終緊盯監(jiān)控屏幕，只要關(guān)注預(yù)警監(jiān)控裝置發(fā)回監(jiān)控中心的有效事件數(shù)據(jù)即可，從而減輕監(jiān)管人員的工作強度。
【主權(quán)項】
1.一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)包括有主控制模塊、視頻圖像處理模塊、通信模塊和電源管理模塊，其中: 視頻圖像處理模塊用于對輸電線路周圍的視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對視頻圖形進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別出外力破壞事件，產(chǎn)生報警信息，并將相關(guān)事件的報警信息與圖像視頻通過網(wǎng)絡(luò)接口傳輸至通信模塊； 通信模塊，用于將視頻圖像處理模塊輸入的報警信息和相關(guān)數(shù)據(jù)通過無線通信的方式傳輸至監(jiān)控中心； 電源管理模塊，分別連接主控模塊、視頻圖像處理模塊和通信模塊，用于執(zhí)行電源管理工作； 主控模塊，分別連接視頻圖像處理模塊、通信模塊和電源管理模塊，對其工作模式和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的視頻圖像處理模塊的輸入接口為BNC接口，利用該BNC接口輸入至cvbs模擬視頻信號或者SDI高清數(shù)字視頻信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的視頻圖像處理模塊中利用圖像AD芯片采集輸入的視頻信號；對于cvbs模擬視頻信號，圖像AD芯片為TECKWELL公司的TW9910，輸出為BT656信號；對于SDl高清數(shù)字視頻信號，圖像AD芯片為gennum公司的GV7610，輸出為BTl 120信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源管理模塊包括有備用電池和電源管理電路，所述的備用電池在外部輸入電源出現(xiàn)故障時繼續(xù)為主控模塊和通信模塊提供工作電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述的主控模塊與視頻圖像處理模塊之間采用串口 485通信，設(shè)置視頻圖像處理模塊的工作模式并獲取視頻圖像處理模塊的工作狀態(tài)信息；主控模塊與電源管理模塊之間的通信接口為RS485，主控模塊獲取電源管理模塊的工作狀態(tài)，控制電源管理模塊的工作模塊。6.一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 第一步，場景標(biāo)定，在場景中通過標(biāo)定算法設(shè)置景深，給場景景深設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，以準(zhǔn)確計算場景中目標(biāo)的實際位置及尺寸大小；所述的場景標(biāo)定算法實現(xiàn)步驟為: Ia.輸入標(biāo)定線段，從輸入模塊向圖像中輸入三條線段作為三條標(biāo)定線段； Ib.根據(jù)標(biāo)定線段獲得相機參數(shù)，分別列出與每條標(biāo)定線段相對應(yīng)的標(biāo)定方程，然后解由所得的標(biāo)定方程組，獲得的相機參數(shù)包括相機的高度H、相機的俯仰角Θ以及水平消失線I ; Ic.根據(jù)相機參數(shù)獲得并輸出目標(biāo)的標(biāo)定參數(shù)，根據(jù)相機的高度、俯仰角、水平消失線的相機參數(shù)，計算圖像中目標(biāo)的包括目標(biāo)對應(yīng)于真實空間的坐標(biāo)、目標(biāo)的真實高度、目標(biāo)的真實寬度標(biāo)定參數(shù)，并且從輸出模塊輸出該標(biāo)定參數(shù)； 第二步，設(shè)置預(yù)警規(guī)則，包括設(shè)置警戒區(qū)域、線下安全距離和滯留時間，所述的警戒區(qū)域是對線下禁止施工區(qū)域的劃定，若有運動目標(biāo)進(jìn)入該區(qū)域，將會被檢測出來，線下安全距離是對警戒區(qū)域里運動目標(biāo)的活動范圍的設(shè)定，若運動目標(biāo)運動的范圍超過了線下安全距離的允許值，將會被檢測出來； 第三步，運動目標(biāo)檢測，運動目標(biāo)檢測是視頻場景中的運動目標(biāo)區(qū)域從背景中分割出來，以準(zhǔn)確檢測輸電線路監(jiān)控場景圖像中的運動目標(biāo)，包括人、車，同時濾除包括圖像抖動、擺動的樹、亮度變化、陰影、雨和雪在內(nèi)的干擾因素； 第四步，運動目標(biāo)跟蹤，實現(xiàn)方式是先對運動目標(biāo)檢測成功后做目標(biāo)預(yù)測，用于估計目標(biāo)的下一幀運動，再進(jìn)行目標(biāo)匹配，用于跟蹤匹配的穩(wěn)定目標(biāo)并濾除虛假目標(biāo)，最后進(jìn)行目標(biāo)更新，用于當(dāng)前幀中穩(wěn)定目標(biāo)的更新； 第五步，運動目標(biāo)分類，基于物理空間對運動目標(biāo)進(jìn)行識別，包括特征提取和類型判定，特征提取用以提取目標(biāo)的空間特征和時間特征，類型判定則用以判定目標(biāo)的類型； 第六步，事件判斷，運動目標(biāo)經(jīng)過檢測與分類識別后，結(jié)合第二步設(shè)置的規(guī)則，判斷是否有大型機械闖入警戒區(qū)域，且判斷其運動區(qū)域是否超過所設(shè)置的安全距離； 第七步，報警輸出，通過現(xiàn)場設(shè)置的高音喇叭和警燈進(jìn)行現(xiàn)場示警，同時相關(guān)信息和視頻數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送至監(jiān)控中心，該監(jiān)控中心設(shè)有后端管理軟件以使監(jiān)管人員可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場的實時視頻。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，所述第三步中運動目標(biāo)檢測的具體做法包括有: 3a.進(jìn)行圖像預(yù)處理，用于消除其對背景模型的影響； 3b.進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，用于對背景模型進(jìn)行前景分割，并標(biāo)記出一個一個連通區(qū)域，對檢測的狀態(tài)進(jìn)行維護，用于判定檢測程序當(dāng)前所處的狀態(tài)，若出現(xiàn)檢測異常，則重新開始檢測； 3d.做區(qū)域增強，用于剔除包括陰影、高亮和樹葉擺動在內(nèi)的虛假區(qū)域； 3e.進(jìn)行區(qū)域分裂與合并，用于解決目標(biāo)過分割和目標(biāo)相互遮擋問題。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，所述第五步中空間特征包括有區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向的夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上部分與下部分面積比；時間特征包括目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征和目標(biāo)的歷史分類信息。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，所述第五步的類型判定包括每幀分類和整體分類，所述的每幀分類為:根據(jù)區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上部分與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征，通過概率分類器進(jìn)行每幀分類，以獲得目標(biāo)的歷史分類信息；所述整體分類根據(jù)目標(biāo)的歷史分類信息進(jìn)行分類，以判定目標(biāo)的類型。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種輸電線路線下施工機械安全預(yù)警監(jiān)控方法，其特征在于，所述概率分類器分別按照人、人群、車、車群及小動物類型，賦予區(qū)域輪廓擬合橢圓的長軸、區(qū)域輪廓擬合橢圓的短軸、擬合短軸與水平方向夾角、區(qū)域輪廓的類圓性、區(qū)域的緊集度、區(qū)域的面積、區(qū)域的上與下部分面積比、及目標(biāo)的速度特征、目標(biāo)的周期運動特征的特征不同的權(quán)值；然后分別計算人、人群、車、車群、小動物類型的特征概率值，并選擇概率值最大的那一類型為目標(biāo)的當(dāng)前幀分類信息。
【文檔編號】H04N7/18GK105989682SQ201510058887
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月5日
【發(fā)明人】梁育彬, 王慧剛, 張景沛, 王國元, 鐘智, 趙浩
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司, 上海波匯科技股份有限公司