隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及人工智能化技術(shù)的日益精進(jìn)，智能掃描監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)家安全、交通處理、公共安全以及大部分民用企業(yè)。

直流換流站在電力系統(tǒng)中主要承擔(dān)交直流電能的相互轉(zhuǎn)換，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電網(wǎng)安全至關(guān)重要。直流換流站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及各類(lèi)故障情況多變，這就需要工作人員根據(jù)換流站監(jiān)控中心顯示屏，實(shí)時(shí)監(jiān)控。

然而，由于信息傳輸途徑有限，依靠工作人員的管理無(wú)法保證各類(lèi)故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控浪費(fèi)了大量的人力、財(cái)力。因此，研發(fā)一種針對(duì)換流站的智能掃描系統(tǒng)是解決此類(lèi)問(wèn)題的重要途徑，現(xiàn)階段掃描系統(tǒng)的研究包括三維激光掃描技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全掃描系統(tǒng)、二維碼掃描系統(tǒng)等。

有學(xué)者提出了一種基于機(jī)器視覺(jué)的激光條紋掃描系統(tǒng)，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行一系列處理并提取出其中匹配點(diǎn)信息，然后計(jì)算得到三維點(diǎn)的信息。有學(xué)者提出了一種基于插件的安全漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，將服務(wù)器一側(cè)的掃描代碼用單獨(dú)的插件模型運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全插件的快速添加或刪除，保證了系統(tǒng)的有效性及安全性。有學(xué)者對(duì)二維碼的解碼進(jìn)行了細(xì)致分析，開(kāi)發(fā)出了一套基于Android系統(tǒng)的掃描系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試結(jié)論證明了其系統(tǒng)的可行性。

為了保證換流站內(nèi)報(bào)警信息能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，基于圖像處理技術(shù)，研發(fā)了直流換流站智能掃描系統(tǒng)，將換流站現(xiàn)場(chǎng)顯示屏的實(shí)時(shí)照片經(jīng)過(guò)一系列的圖像處理程序得到檢測(cè)結(jié)果，并顯示在手機(jī)及電腦客戶(hù)端，為換流站人工智能監(jiān)控提供了新型思路，在減少人工成本的同時(shí)，保證了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，有利于換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明了所提系統(tǒng)的有效性。

1 換流站智能掃描系統(tǒng)構(gòu)建思路

1.1 預(yù)期功能

換流站監(jiān)控中心顯示屏圖像中不同故障等級(jí)的顏色不同，橙色代表較為嚴(yán)重的報(bào)警故障，需要及時(shí)處理；綠色代表輕微故障，需要多加關(guān)注，本文設(shè)計(jì)的一種基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)需要根據(jù)顏色識(shí)別不同的故障等級(jí)，并且提供故障相關(guān)信息，換流站中心顯示屏如圖1所示。

圖1 換流站中心顯示屏

掃描系統(tǒng)識(shí)別出故障后會(huì)在電腦端呈現(xiàn)，包括文字和現(xiàn)場(chǎng)圖片等。在工作人員監(jiān)測(cè)到該故障后，要求能在掃描系統(tǒng)的主界面添加該故障的處理措施；隨后處理完該故障，可以使該故障在界面顯示為“已處理”或者消除故障。

1.2 掃描系統(tǒng)的思路構(gòu)建圖

基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)主要分為三部分，掃描部分根據(jù)Logitech4k超高清攝像頭拍攝換流站中心顯示屏，圖像處理部分主要負(fù)責(zé)對(duì)拍攝后的圖片進(jìn)行分析處理，當(dāng)圖像中含有輕微或者嚴(yán)重故障時(shí)，報(bào)警部分就會(huì)自動(dòng)將這些故障統(tǒng)一整理并顯示在掃描系統(tǒng)報(bào)警主界面。

2 圖像處理技術(shù)主要步驟（略）

換流站中心顯示屏圖像上傳至智能掃描系統(tǒng)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行預(yù)處理、矯正、去噪、提取邊緣信息。

圖2 掃描系統(tǒng)思路構(gòu)建圖

2.1 圖像矯正

圖像矯正是指采用逆向映射法進(jìn)行矯正，其步驟為：通過(guò)目標(biāo)圖像的坐標(biāo)推算得到對(duì)應(yīng)原始圖像的坐標(biāo)，對(duì)非整數(shù)的坐標(biāo)點(diǎn)采用線(xiàn)性插值法進(jìn)行灰度判定，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)失真圖像的非線(xiàn)性矯正。

2.2 圖像去噪

圖像在傳輸過(guò)程中，很容易被各類(lèi)噪聲影響，需要采取措施對(duì)圖像進(jìn)行去噪，現(xiàn)階段圖像去噪方法包括：均值去噪、中值去噪、空域低通濾波去噪和小波去噪。本文選擇均值濾波法對(duì)圖像去噪。

2.3 提取圖像邊緣信息

圖像的邊緣信息對(duì)于人類(lèi)視覺(jué)來(lái)說(shuō)是一種重要的信息，圖像邊緣信息的準(zhǔn)確性關(guān)系到提取圖像的機(jī)器對(duì)客觀世界的理解，從而影響掃描系統(tǒng)的可靠性。現(xiàn)階段提取圖像邊緣信息的方法一般采用梯度算子，本文采用Sobel算子實(shí)現(xiàn)圖像邊緣信息的提取，針對(duì)噪聲Sobel算子能夠起到緩沖作用，相比其他算子Sobel算子能提供較準(zhǔn)確的方向性。

2.4 字符分割技術(shù)

由于換流站中心顯示屏上的主要信息刨除邊框后，主要由英文字母、數(shù)字、漢字組成，且每個(gè)字符長(zhǎng)寬高都有相應(yīng)的規(guī)格，本文根據(jù)這一特征采用垂直投影法對(duì)換流站中心顯示屏圖像字符實(shí)現(xiàn)字符分割。

假設(shè)對(duì)換流站中心顯示屏圖像進(jìn)行分割后出現(xiàn)n個(gè)區(qū)域，根據(jù)所采取的垂直投影法從左向右依次檢測(cè)n個(gè)區(qū)域的投影數(shù)值，在檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)第i個(gè)投影數(shù)值不為零時(shí)，則該像素點(diǎn)設(shè)定為第i個(gè)區(qū)域的左邊界，當(dāng)出現(xiàn)第i個(gè)投影數(shù)值為零時(shí)，則該像素點(diǎn)設(shè)定為第i個(gè)區(qū)域的右邊界，具體流程如圖3所示。

2.5 字符識(shí)別技術(shù)

字符被分割后顯示為不同小塊，此時(shí)需要對(duì)不同類(lèi)型的字符模塊進(jìn)行識(shí)別及分類(lèi)，本文對(duì)漢字模塊采取外圍輪廓識(shí)別方法，該方法具有識(shí)別時(shí)間短，識(shí)別效率高的優(yōu)勢(shì)。

針對(duì)圖像中的字母與數(shù)字，采取模板匹配法進(jìn)行識(shí)別，模板匹配法的核心思想就在于比較模板與圖像的各個(gè)區(qū)域，尋找相似度最大的區(qū)域，該方法思路清晰，是字符識(shí)別里常用的一種方法。

3 換流站智能掃描系統(tǒng)實(shí)施流程

3.1 整體框架

換流站智能掃描系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)換流站內(nèi)出現(xiàn)的故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警，其具體處理流程為：通過(guò)Logitech4k超高清攝像頭拍攝換流站監(jiān)控中心顯示屏得到監(jiān)控圖像，然后將圖像上傳至云端進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像矯正、圖像去噪以及提取邊緣信息等步驟，接著對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行字符分割及識(shí)別，最后獲得檢測(cè)結(jié)果，處理流程如圖4所示。

圖3 字符分割技術(shù)流程圖

圖4 換流站智能掃描系統(tǒng)實(shí)施流程圖

3.2 報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)智能報(bào)警功能，關(guān)鍵在于報(bào)警系統(tǒng)能否對(duì)原始報(bào)警事件進(jìn)行故障分析。當(dāng)換流站智能掃描系統(tǒng)識(shí)別到故障信息時(shí)，會(huì)將故障信息第一時(shí)間反饋在手機(jī)及電腦客戶(hù)端，智能掃描系統(tǒng)的主界面都能直接看到近期的報(bào)警信息。

每條報(bào)警信息都會(huì)附帶報(bào)警等級(jí)以及發(fā)現(xiàn)時(shí)間，當(dāng)工作人員看到報(bào)警信息并查看對(duì)應(yīng)圖片后會(huì)處理相關(guān)故障事件，處理完畢后可將處理狀態(tài)改為已經(jīng)處理，報(bào)警信息修改界面如圖5所示，同時(shí)管理人員也可以在該頁(yè)面添加備注，對(duì)該故障進(jìn)行解釋說(shuō)明或者添加解決辦法，編輯頁(yè)面如圖6所示，報(bào)警功能頁(yè)面如圖7所示。

圖5 報(bào)警信息修改界面圖

圖6 報(bào)警信息編輯界面圖

圖7 報(bào)警功能頁(yè)面顯示圖

4 案例分析

以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行為基礎(chǔ)，對(duì)換流站智能掃描系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)高清攝像頭對(duì)換流站中心顯示屏實(shí)時(shí)拍攝，拍攝圖像如圖8所示，圖像經(jīng)過(guò)掃描系統(tǒng)后進(jìn)入圖像處理階段，最后在報(bào)警界面顯示，系統(tǒng)識(shí)別后的數(shù)據(jù)信息如圖9所示。由圖中信息可知，識(shí)別出了多條故障，故障時(shí)間、類(lèi)型、地點(diǎn)及等級(jí)等信息均被顯示在主界面。

圖8 換流站中心顯示屏拍攝圖

圖9 換流站智能掃描系統(tǒng)實(shí)施流程圖

此時(shí)，當(dāng)換流站管理人員發(fā)現(xiàn)故障后，對(duì)故障添加編輯備注，方便工作人員處理故障，另外工作人員也可以參考知識(shí)庫(kù)解決故障，知識(shí)庫(kù)內(nèi)包括了不同類(lèi)型故障的解決辦法，還可以對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行添加及刪除。

圖10 換流站智能掃描系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)界面圖

5 結(jié)論

本文介紹了一種基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)，介紹了相應(yīng)的智能掃描、圖像智能識(shí)別、系統(tǒng)報(bào)警等技術(shù)。以換流站實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況為基礎(chǔ)，拍攝換流站中心顯示屏圖片并用該系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別效果證明了本系統(tǒng)的實(shí)用性。

本系統(tǒng)可以保證在不影響換流站現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)工作的前提下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化輸出，同時(shí)本系統(tǒng)不僅適用于換流站的監(jiān)控報(bào)警，還可用于除換流站以外的許多電力系統(tǒng)場(chǎng)景。