專利名稱：防誤操作智能視覺識別系統的制作方法
專利說明本發明涉及一種結合變電站五防系統，用于為變電站人員進行正常操作和維護檢修時提供正確工作間隔指示，并進行全程錄音錄像的監控系統。
背景技術：
變電站是電力系統的重要組成部分，它擔負著變換電壓等級、投入切除負荷等重要任務。目前，變電站內的正常操作和維護檢修都是由工作人員根據五防系統出具的操作票進入相應的工作間隔，對特定的設備進行操作。但由于變電站內的裝置、導線等眾多、安裝位置隱蔽、五防系統萬能鑰匙的隨意使用等，變電站內仍經常發生因工作人員操作失誤而造成的安全事故，進而造成大面積停電，設備損壞，人員傷亡。若能基于五防系統的操作票生成功能，利用現場實時的視頻信息來智能判斷工作人員的位置及其動作，則可完全解決由五防系統鑰匙管理中不方便不可靠等帶來的安全隱患，進一步提高變電站內人員操作的正確性、可靠性和安全性。
發明內容
本發明的目的在于利用現有的各種先進數字電子設備和無線通信技術，結合智能視頻識別技術，解決現有變電站五防系統鑰匙管理帶來的不可靠性和不安全性，為進一步提高變電站操作安全性提供一種操作簡單、使用方便、具有較高性價比的防誤操作智能視覺識別系統。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案
本發明在變電站五防系統的各個操作室和中控室內設置無線路由器，由此構成無線局域網；在所述各個操作室和中控室的室門和室內間隔門處安裝電磁式鎖具；工作人員手持智能終端進入操作室內采集視頻圖像，并將采集到的視頻圖像傳送至中控室內的后臺服務器硬件系統，經后臺服務器硬件系統分析后向電磁式鎖具發出開/閉鎖命令，使室內間隔門開/閉。所述的電磁式鎖具包括控制模塊，控制模塊的輸入端連接無線收發模塊，控制模塊的輸出端連接動作模塊；所述的動作模塊由安裝在間隔門門框上的靜觸頭和安裝在間隔門門上的動觸頭構成；且所述的無線收發模塊、控制模塊和動作模塊均與電源模塊相連接。所述的智能終端包括智能控制單元，所述的智能控制單元配有攝像頭、存儲設備、 無線局域網接口設備、無線收發單元。所述的智能控制單元還配有話筒、耳機和揚聲器。所述的后臺服務器硬件系統由后臺服務器計算機和無線收發設備構成。采用上述技術方案的本發明，能充分利用現有的各種先進數字式設備和無線局域網通信技術，在現有微機五防系統所提供功能的基礎上，進一步增加工作人員現場操作的安全性和可靠性。僅需在現場安裝鎖具，為工作人員配備智能終端，架設無線通信局域網和安裝后臺服務器，無需對現有變電站微機五防系統進行任何修改，無需任何土建施工，價格便宜，對新增和現有變電站均能推廣應用。
圖1為本發明的系統整體結構示意圖。圖2為本發明電磁式鎖具系統硬件結構示意圖。圖3為本發明智能終端系統硬件結構示意圖。圖4為本發明后臺服務器系統硬件結構示意圖。圖5為本發明后臺服務器系統軟件結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明在變電站五防系統的各個操作室12和中控室13內設置無線路由器21，由此建立符合IEEE802. Ilb的無線局域網10。另外一般加裝有無線中繼設備， 以實現較遠距離的可靠無線通信。在各個操作室12和中控室13的室門20和室內間隔門 18處安裝電磁式鎖具31 ；工作人員手持智能終端41進入操作室內采集視頻圖像，并將采集到的視頻圖像傳送至中控室內的后臺服務器硬件系統51，經后臺服務器硬件系統51分析后向電磁式鎖具31發出開/閉鎖命令，使室內間隔門18開/閉。如圖2所示，電磁式鎖具31包括控制模塊36，控制模塊36的輸入端連接無線收發模塊35，無線收發模塊35負責與外界進行通信，并向控制模塊36發送開/閉鎖命令，或將開/閉鎖狀態送出。控制模塊36的輸出端連接動作模塊；動作模塊由安裝在間隔門門框上的靜觸頭37和安裝在間隔門門上的動觸頭38構成；且無線收發模塊35、控制模塊36和動作模塊均與電源模塊33相連接，電源模塊33將外部交流電源32的交流電變換為直流電提供給向其它部分。其具體實現是電源模塊33可購買市場上常見的220V交流轉換5V直流和15V直流的模塊，15V直流要求能提供2A電流，確保動作模塊靜觸頭37產生足夠電磁力；無線收發模塊35可購買市面上常見的小無線數傳模塊，該模塊通信距離可達100米，通信速率可達9600bps，完全滿足本鎖具通信要求；控制模塊36由TI公司生產的MSP430F147單片機構成；動作模塊可購買市場上常見的門禁系統所用的動作模塊。其工作原理是正常工作時，電源模塊33將現場220V單相交流電變換為控制模塊 36、無線收發模塊35和動作模塊靜觸頭37所需的直流電。無線收發模塊接收到外界傳送來的開/閉鎖命令時，將其發送至控制模塊36，控制模塊首先比較該命令中目標鎖具標識符與本鎖具標識符若不一致，則忽略該命令；若一致，則控制向動作模塊靜觸頭37的供電， 當為閉鎖命令時，動作模塊靜觸頭37通電，靜觸頭產生電磁力，與動作模塊動觸頭吸和，實現鎖門動作；當為開鎖命令時，動作模塊靜觸頭37斷電，與動作模塊動觸頭無作用力，實現開門動作。無線收發模塊接收外界的狀態查詢命令時，其發送至控制模塊36，控制模塊首先比較該命令中目標鎖具標識符與本鎖具標識符若不一致，則忽略該命令；若一致，則根據動作模塊動觸頭的通/斷電狀態判斷門的開/關狀態，發送至無線收發模塊，由無線收發模塊發送至外界。如圖3所示，智能終端41包括智能控制單元46，智能控制單元46配有攝像頭42、 存儲設備48、無線局域網接口設備47、無線收發單元49。另外，智能控制單元46還可以配有話筒43、耳機44和揚聲器45。該智能終端41由工作人員15隨身攜帶至工作現場。其工作原理是正常工作時，智能終端41由工作人員15隨身攜帶至工作現場。由工作人員15在其認為合理的位置通過控制模塊46觸發攝像頭42，捕獲現場實時的視頻， 將該視頻通過無線局域網接口設備47向后臺傳輸。在無線局域網接口設備47接收到后臺的判斷信息時，由控制模塊46進行判斷，若是位置正確信息，則將通過無線收發模塊49向相應鎖具發送開鎖命令，并由揚聲器45發出位置正確提示音；若是位置錯誤信息，則將通過無線收發模塊49向相應鎖具發送閉鎖命令，并由揚聲器45發出位置錯誤提示音。控制模塊46也可將無線收發模塊49收到的相應鎖具開/閉鎖狀態經由無線局域網接口設備發送。工作人員15也可通過話筒43和耳機44與后臺進行語言通信，報告現場情況或獲取后臺支持。同時現場聲音信號可通過話筒43、現場視頻信號可通過攝像頭42形成相應音視頻文件存儲于大容量存儲設備48中，以備用日后分析使用。如圖4所示，后臺服務器硬件系統51由后臺服務器計算機14和無線收發設備17 構成。并可在中控室13內有技術支持人員16，實時監控工作人員的操作，或向工作人員提供技術支持。如圖5所示，在后臺服務器上安裝有監控軟件60，包括五防系統操作票接口模塊 63，該模塊將五防系統65生產的操作票轉換為監控軟件60能識別的格式；無線收發模塊 62，接收智能終端發送的實時視頻、各鎖具的開/關狀態，并轉換為監控軟件能識別的格式，或向智能終端發出判斷信息；顯示模塊64，顯示各鎖具的實時狀態以及攜帶智能終端的工作人員在站內的位置。智能視頻識別模塊61為核心模塊，對接收的實時視頻信息進行識別，判斷工作人員的當前位置，與操作票指出的正確位置進行比對，從而判斷工作人員是否處于正確位置。五防系統操作票接口模塊63的具體實現方式是當前主流變電站五防系統65均具有操作票導出功能，并可以文本或Excel文件的形式保存，從文本文件或Excel文件中提取操作步驟對應的操作位置的方法可采用是工程人員所廣泛共知的。智能視頻識別模塊61的具體實現方式是
(1)含標志牌圖像的灰度化處理。將實時捕獲并上傳的彩色圖片利用顏色空間法轉換為灰度圖像。彩色圖像中的每個像素顏色由R，G，B三個分量決定，每個分量有255種值可取，這樣一個像素點可以有1600多萬中的顏色變化。灰度圖像是R，G，B三個分量相同的一種特殊的彩色圖像，其中每個像素點的變化范圍為255種，所以在數字圖像處理中一般先將彩色圖像轉換為灰度圖像，方便后續處理。顏色空間法是廣泛共知的方法。(2)含標志牌圖像的二值化處理。將圖像上所有點的灰度值置為0或255，也即將整個圖像呈現出明顯的黑白效果，將256個亮度等級的灰色圖像通過適當的閾值選取而獲得仍可反映圖像整體和局部特征的二值化圖像。二值化處理能確保圖像處理過程中的高速和低成本。考慮到變電站內標志牌圖片信息簡單，只有紅色和白色兩種色調。全局閾值法可以滿足系統要求，故本系統采用廣泛共知的全局閾值法實現圖片的二值化處理。(3)含標志牌圖像的邊緣檢測。這是所有基于邊界的圖像分割方法的第一步，也是描述圖像區域最重要的特征之一。本系統采用廣泛共知的Sobel法進行邊緣檢測。(4)含標志牌圖像中標志牌的定位。考慮到標志牌都較規則，其方框與背景顏色差別較大，采用圖像處理領域廣泛共知的Hough變換能非常方便的檢測出其邊框。本系統中，采用Hough變換對標志牌進行定位。(5)。變電站中待識別標志牌共同特征是上下結構；上下部分字符間都可以分開。 本系統中首先對分割出的標志牌進行上下分割，即在上下字符間的空白區域中心位置把標志牌分為上下兩部分。上下分割具體實施步驟為
a)對已分割出的標志牌圖像進行二值化處理；
b)建立一個數組β〖 |，數組的長度取決于標志牌行像素點的值。c)對標志牌進行行掃描，把第I行中黑色像素點的個數存放到數組元素flfi"]中；
d)找到數組中元素跳變點，再根據此信息找到上部分字符和下部分字符在圖片中
的行信息；
e)得到上下字符間空白區域的中心位置。(6)標準牌的字符識別。變電站所有標志牌的字符總數有限，可利用神經元網絡識別法進行字符識別。具體實施步驟為
a)利用插值變換歸一化方法將單個字符進行歸一化處理，得到標準大小的字符。b)采用粗網格特征提取方法提取所有單個字符的特征。c)采用應用HelDb學習規則的人工神經網絡法來學習并識別單個字符。本發明的整體工作原理是工作人員15按照操作票指示隨身攜帶有智能終端41 進入操作室12，并達到某間隔門18處。在其認為合適的地點通過智能終端捕獲實時視頻圖像，并經由無線局域網10發送至后臺服務器14。后臺服務器進行智能識別，并將比較結果經由無線收發設備17通過無線局域網返回至智能終端41。智能終端根據比較結果向相應電磁式鎖具31發出開/閉鎖命令，實現間隔門18的開/閉。間隔門18的狀態也可發送至智能終端41，由后者通過無線局域網返回至后臺服務器進行顯示。現場工作人員15和后臺技術支持人員16可進行實時音視頻通信；現場音視頻可通過智能終端41進行存儲。綜上可知，本發明充分利用現有先進的數字產品構建起智能終端，利用成熟的無線局域網通信技術將現場視頻傳輸至后臺服務器，利用智能識別技術比對現場位置和目標位置，從而判斷出工作人員是否處于正確間隔。并具有實時音視頻通信能力，便于實時監控和技術支持。具有音視頻存儲能力，方便了日后分析。在不改動現有五防系統任何部分和無任何變電站土建施工的情況下，擴展了五防系統的功能，克服了五防系統鑰匙管理和使用中存在的不足。整個系統采用的各種材料和元器件價格低廉、購買方便，具有很高的性價比，對新建和現有變電站具有適用，具有良好的市場推廣前景。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種防誤操作智能視覺識別系統，其特征在于在變電站五防系統的各個操作室 (12)和中控室(13)內設置無線路由器(21)，由此構成無線局域網(10);在所述各個操作室和中控室的室門(20)和室內間隔門(18)處安裝電磁式鎖具(31)；工作人員手持智能終端 (41)進入操作室內采集視頻圖像，并將采集到的視頻圖像傳送至中控室內的后臺服務器硬件系統(51)，經后臺服務器硬件系統(51)分析后向電磁式鎖具(31)發出開/閉鎖命令，使室內間隔門(18)開/閉。
2.根據權利要求1所述的防誤操作智能視覺識別系統，其特征在于所述的電磁式鎖具(31)包括控制模塊(36 )，控制模塊(36 )的輸入端連接無線收發模塊(35 )，控制模塊(36 ) 的輸出端連接動作模塊；所述的動作模塊由安裝在間隔門門框上的靜觸頭(37)和安裝在間隔門門上的動觸頭(38)構成；且所述的無線收發模塊(35)、控制模塊(36)和動作模塊均與電源模塊(33)相連接。
3.根據權利要求1所述的防誤操作智能視覺識別系統，其特征在于所述的智能終端 (41)包括智能控制單元(46)，所述的智能控制單元(46)配有攝像頭(42)、存儲設備(48)、 無線局域網接口設備(47)、無線收發單元(49)。
4.根據權利要求3所述的防誤操作智能視覺識別系統，其特征在于所述的智能控制單元(46)還配有話筒(43)、耳機(44)和揚聲器(45)。
5.根據權利要求1所述的防誤操作智能視覺識別系統，其特征在于所述的后臺服務器硬件系統(51)由后臺服務器計算機(14)和無線收發設備(17)構成。
全文摘要
一種防誤操作智能視覺識別系統，在變電站五防系統的各個操作室和中控室內設置無線路由器，由此構成無線局域網；在各個操作室和中控室的室門和室內間隔門處安裝電磁式鎖具；工作人員手持智能終端進入操作室內采集視頻圖像，并將采集到的視頻圖像傳送至中控室內的后臺服務器硬件系統，經后臺服務器硬件系統分析后向電磁式鎖具發出開/閉鎖命令，使室內間隔門開/閉。本發明在現有微機五防系統所提供功能的基礎上，進一步增加工作人員現場操作的安全性和可靠性。僅需在現場安裝鎖具，為工作人員配備智能終端，架設無線通信局域網和安裝后臺服務器，無需對現有變電站微機五防系統進行任何修改，價格便宜，對新增和現有變電站均能推廣應用。
文檔編號H04N7/18GK102547215SQ20101057664
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者樂健, 李森喜, 王春生 申請人:河南省電力公司焦作供電公司