专利名称：一种入侵外力视频监控及预警的方法
技术领域：
本发明涉及远程智能监控预警领域，特别是涉及一种入侵外力视频监控及预警的 方法。
背景技术：
近年来，外力破坏对重要公共基础设施呈逐年上升趋势，严重影响公共基础设施 正常的维护和运行，对国民经济和人民安全造成重大威胁。电网安全直接关系到国计民生，如果输电线路遭到外力破坏，轻则大面积停电，造 成严重的经济损失，重则造成无法挽回的人员伤亡。而输变电线路搭建在户外，存在多种外 力破坏的隐患，线路保护区内的违章建筑、取土与采石，吊车野蛮施工、自然灾害引起异物 碰导线、以及树木灾害等突发事件都将威胁到电网的安全正常运行。为避免外力对输电线 路的破坏，需要对输变电线路进行实时远程视频监控，并在出现危险情况时发出预警，以迅 速消除隐患，避免不必要的事故发生。目前，对于电网的监测范围和程度不全，而一些主要电力铁塔都搭建在人烟稀少 或人力无法到达的地方，从而导致无法及时监控发现影响输电线路安全和稳定的隐患的存 在，也无法立即解除这些隐患。因此，需要建立一套远程无线视频智能监控系统对输变电线 路进行实时预警和监测。CN02132392公开了一种电网故障测报系统。它采用对电网取样的方式，当发生电 网停电、设备受到外力破坏、三相电压过低、以及三相电压不平衡等故障时，及时就地报警 并电话远方报警，并对故障发生的时间、地点、性质等信息进行存储、显示、打印，以供电力 管理部门迅速准确的处理故障。CN200920257066公开了一种多芯智能多功能光纤复合特种电力电缆。这种电缆适 用于智能电网，用于电能的传输与分配系统，在传输电能的同时，可实现电缆的载流量、环 境温度、有害气体、火灾、所受外力侵袭等的监测、预警以及电网内部的通信联络和自动控 制。CN200520026951公开了一种视频监控前端设备防暴力破坏报警联动装置。通过设 置的撞击传感器，系统可以识别设备正常运转、环境自然声与撞击产生的异常振动的差别， 主动探测由外力引起的对设备的破坏行为，同时通过通讯链路将受到袭击的设备ID等信 息报告系统，以便系统能够采取相应对策。上述文献公开的方案所存在的共同问题是只能在故障发生后提供报警，而无法对 输电线路可能遭受的破坏进行预警。CN200810236014公开了一种用于防止吊车等大型施工机械设备接近高压输电线 路小于安全距离的报警器。其系统主要采用距离传感器以判断物体与输电线路之间的距离 是否小于安全距离。上述方案虽然在危险即将发生时报警，但由于缺乏视频信息，线路管理人员很难 判定警报是否为误报，也无法快速与准确地实施应急措施，而只有等相关管理人员到达现场后，才能评估现场状况并实施具体应急方案，从而错失了最佳解决隐患的时机。综上所述，现有技术无法满足当前对输电线路实时监控并对相关外力隐患及时准 确预警的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种入侵外力视频监控及预警的方法，可以对输电 线路的警戒区域的入侵外力进行视频监控和预警，从而减少或消除外力破坏线路的情况发生。本发明所提供的一种入侵外力视频监控及预警的方法，包括对电力输电线路预定 警戒区域的视频监控，其特征在于所述的监控及预警方法至少包括以下步骤(1)对警戒区域进行背景建模；(2)对可能入侵的外力进行建模；(3)对进入警戒区域的入侵外力进行实时视频采集，并进行前景检测，从警戒区域 背景中提取出前景信息；(4)对比所提取的前景信息与建模中的特征信息，以判断是否有应受监控的入侵 外力；(5)如果是应受监控的入侵外力，则对该入侵外力进行目标定位和/或运动状态 足艮S宗；(6)当对入侵外力目标定位和/或运动状态跟踪的和结果达到报警级别后，启动 现场报警装置进行报警，和/或对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息发 送到远程监控端。具体的，在所述的步骤O)中，对可能入侵外力的建模包括对入侵外力本身的静 态建模和对入侵外力运动状态的动态建模。具体的，在所述的步骤中，如果前景信息与某个入侵外力模型之间的差距小 于设定值，则认为该入侵外力属于被监控的入侵外力。具体的，在所述的步骤(5)中，所述对入侵外力的目标定位包括入侵外力进入警 戒区域的位置和/或在警戒区域停留的时间；所述对入侵外力运动状态的运动状态跟踪包 括运动角度跟踪、运动高度跟踪和/或运动速度跟踪。具体的，在所述的步骤(6)中，根据不同的危险程度，报警级别分为多级。具体的，在所述的步骤(6)中，所述报警装置为声光报警装置，所述的声光报警装 置用警铃和警灯进行声光报警。进一步的，在所述的步骤(6)中，对应不同的报警级别，所述声光报警装置的警铃 的声音逐级增大，警灯的强度逐级增强。进一步的，在所述的步骤(6)中，启动现场报警装置进行报警时，即对远程监控端 发出预警，同时将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。或者，在所述的步骤(6)中，对于较低的警报级别，仅启动现场报警装置进行报 警，当报警级别达到预设的级别后，对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息 发送到远程监控端。
或者，在所述的步骤(5)中，一旦发现有被监控的入侵外力，即向远程监控端发出 预警，同时将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。本发明的有益效果在于对电力输电线路预订的警戒区域中的外力入侵进行视频 监控和预警，及时发现隐患并自动预警，从而避免不必要的事故发生。同时，将外力入侵产 生的实时视频发送到监控终端，便于相关人员迅速做出反应，提高处置和抢险速度。
图1为入侵外力视频监控及预警方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。如图1所示，一种入侵外力视频监控及预警的方法，包括以下步骤(1)对警戒区域进行背景建模；(2)对可能入侵的外力进行建模；(3)对进入警戒区域的入侵外力进行实时视频采集，并进行前景检测，从警戒区域 背景中提取出前景信息；(4)对比所提取的前景信息与建模中的特征信息，以判断是否有应受监控的入侵 外力；(5)如果是应受监控的入侵外力，则对该入侵外力进行目标定位和/或运动状态 足艮S宗；(6)当对入侵外力目标定位和/或运动状态跟踪的和结果达到报警级别后，启动 现场报警装置进行报警，和/或对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息发 送到远程监控端。警戒区域是包含被监测的输电线路的预订区域。可能的入侵外力可能是大型机械设备，违章建筑，自然灾害引起的树木，房屋倒塌寸。与现有技术中的(例如CN200810236014等)监控技术相比可知，现有技术侧重于 在进入带电作业区域/监控区域的运动/移动设备上，监控距离带电输电线路的安全距离， 是从运动/移动设备的角度/视角来接进行监控；而本技术方案是站在电力/带电输电线 路的的位置/视野，来监控进入其附近或监控区域/空间的物体距离带电输电线路的位置 /距离，两种监控技术所站的角度和解决问题的思路不一样。由于本技术方案中的工业视频监控、图像的建模等均为现有技术，故其具体方法、 视频/静止图像的建模、所涉及到的监控装置或系统构成等在此不再叙述，本领域的技术 人员，在领会了本申请技术方案的发明构思和处理问题的思路后，无需经过创造性的劳动， 即可实现本技术方案所要达到的技术效果。实施例本实施例中，以大型起重机进行说明(a)对警戒区域进行背景建模。背景建模可采用经典的MOG(Mixture of Gaussians)或CodeBook方法。当然，在本专利的具体实施方案中，也可采用其他背景建模方法。当背景成功建模后，任何进入警戒 区域的活动物体都可以通过当前帧与背景模型的对比被检测出来。(b)对起重机进行建模。起重机建模包括对于起重机本身的静态建模和对于起重机运动状态的动态建模。起重机静态建模包括使用预先收集的训练集中起重机的RGB分量特征构建一个 高斯混合模型(GMM)。由于实际应用的场景十分复杂，不同的气候(晴天与雨天)与不同时 间的光照(清晨与正午)都会使起重机颜色发生一些改变。这里将上述的GMM建模看成一 种聚类的过程，可将多次在不同气候与时间情况下采集的数据放在一起训练，从而得到多 个高斯模型混合而成的GMM。在这里，可使用经典的EM算法来估计模型参数。进入警戒区域的起重机通常是动态的，本实施例中，对于起重机的动态建模包括 起重机吊臂建模。起重机吊臂建模包括使用训练集计算得出吊臂相关特征值。在本实施例中，计算 如下特征1)面积；2)偏心率；3)紧密度。偏心率为区域最长的弦和与之相垂直的弦的长 度之比。起重机较一般车辆更细长，加上有吊臂的存在，因此具有很高的偏心率。偏心率可以通过中心矩来计算。起重机是复杂的人造物体，具有较低的紧密度。(c)对进入警戒区域的起重机进行实时视频采集，并进行前景检测，从警戒区域背 景中提取出前景信息。警戒区域中安装有视频采集设备，对进入警戒区域的起重机进行实时视频采集。 对采集到的视频信息进行前景检测，从中背景中提取出前景信息，即起重机的相关特征。(d)对比前景检测所提取的前景信息与建模中的特征信息，以判断是否有应受监 控的入侵外力。将从实时视频信息中所提取的前景信息与起重机GMM模型进行对比，如果某个前 景信息与起重机模型之间的差距小于设定值，则认为入侵外力为起重机，属于被监控的入 侵外力。判断方法包括对前景信息中每个单独链接区域进行特征识别，如果其特征满足起 重机特征，则输出候选起重机以供后续监控。(e)如果是应受监控的入侵外力，则对该入侵外力进行目标定位和运动状态跟踪。对该起重机进行目标定位和运动状态跟踪，并将监控的实时视频发送到对起重机进行目标定位包括起重机进入警戒区域的位置，在警戒区域停留的时 间。在较佳实施例中，可选用卡尔曼滤波。当目标起重机被检测出后，可使用卡尔曼滤 波的预测值来限制在后续帧中的搜索范围从而减少运算量。运动状态的跟踪包括运动角度跟踪，运动高度跟踪，运动速度跟踪。本实施例中， 对起重机进行运动状态跟踪为对起重机吊臂伸展的角度进行跟踪检测。吊臂伸展角度检测 可使用PCA或Hough变换等线状物体检测装置检测出吊臂的方向信息，从而估算出吊臂与 地面的伸展角度。(f)当入起重机的停留时间或起重机吊臂抬起的角度达到警报级别后，启动现场报警装置进行报警，和/或对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的起重机视频信息 发送到远程监控端。本实施例中，报警事件包括起重机长时间停留报警与起重车吊臂伸展报警。起重 机长时间停留报警包括四级1) 一级报警，起重车进入监控警戒区域，停车，并停留超过30 秒；2) 二级报警，起重车停留超过90秒；3)三级报警，起重车停留超过150秒；4)四级警 报，起重车停留超过210秒。起重车吊臂伸展报警同样包括四级1) 一级报警，起重车吊臂抬起角度大于15 度；2) 二级报警，起重车吊臂抬起角度大于30度；3)三级报警，起重车吊臂抬起角度大于 45度；4)四级警报，起重车吊臂抬起角度大于60度。现场报警装置为声光报警装置，用警铃和警灯进行声光报警提示。在本实施例中， 对应不同的级别，警铃的声音逐级增大，警灯的强度逐级增强。如果在一级警报状态内，现场报警装置进行最低级别的声光报警，提示起重机操 作人员注意操作安全。如果在后续的时间内，被跟踪的起重机不仅没有解除警报，并且进一 步采取危险动作，报警级别会逐步提高，现场报警装置发出相应级别的声音和光亮进行报 警。到一定级别后，比如预先设定为三级报警时，将发送预警信号到远程监控端，同时将实 时采集到的起重机视频信息发送到远程监控端，以提醒监控人员密切观察起重机的动态， 并及时做出相应地应对措施。在另一实施例中，启动现场报警装置进行报警时，即对远程监控端发出预警，同时 将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。在另一实施例中，一旦发现有被监控的入侵外力，即向远程监控端发出预警，同时 将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。应当可以理解，在不偏离其精神和中心特征的情况下本发明可以其它形式实现。 因此这里的实施例和具体的实施方式是示意性并不是限制性，并且本发明并不限定在这里 给出的详细描述中。
权利要求
1.一种入侵外力视频监控及预警的方法，包括对电力输电线路预定警戒区域的视频监 控，其特征在于所述的监控及预警方法至少包括以下步骤(1)对警戒区域进行背景建模；(2)对可能入侵的外力进行建模；(3)对进入警戒区域的入侵外力进行实时视频采集，并进行前景检测，从警戒区域背景 中提取出前景信息；(4)对比所提取的前景信息与建模中的特征信息，以判断是否有应受监控的入侵外力；(5)如果是应受监控的入侵外力，则对该入侵外力进行目标定位和/或运动状态跟踪；(6)当对入侵外力目标定位和/或运动状态跟踪的和结果达到报警级别后，启动现场 报警装置进行报警，和/或对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息发送到 远程监控端。
2.如权利要求1所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (2)中，对可能入侵外力的建模包括对入侵外力本身的静态建模和对入侵外力运动状态的 动态建模。
3.如权利要求2所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤(4)中，如果前景信息与某个入侵外力模型之间的差距小于设定值，则认为该入侵外力属于 被监控的入侵外力。
4.如权利要求3所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤(5)中，所述对入侵外力的目标定位包括入侵外力进入警戒区域的位置和/或在警戒区域 停留的时间；所述对入侵外力运动状态的运动状态跟踪包括运动角度跟踪、运动高度跟踪 和/或运动速度跟踪。
5.如权利要求4所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤(6)中，根据不同的危险程度，报警级别分为多级。
6.如权利要求5所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (6)中，所述报警装置为声光报警装置，所述的声光报警装置用警铃和警灯进行声光报警。
7.如权利要求6所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (6)中，对应不同的报警级别，所述声光报警装置的警铃的声音逐级增大，警灯的强度逐级 增强。
8.如权利要求7所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (6)中，启动现场报警装置进行报警时，即对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视 频信息发送到远程监控端。
9.如权利要求7所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (6)中，对于较低的警报级别，仅启动现场报警装置进行报警，当报警级别达到预设的级别 后，对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。
10.如权利要求7所述的入侵外力视频监控及预警的方法，其特征在于，在所述的步骤 (5)中，一旦发现有被监控的入侵外力，即向远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视 频信息发送到远程监控端。
全文摘要
本发明提供了一种入侵外力视频监控及预警的方法，所述方法包括对警戒区域进行背景建模；对可能入侵的外力进行建模；对进入警戒区域的入侵外力进行实时视频采集，并进行前景检测，从警戒区域背景中提取出前景信息；对比所提取的前景信息与建模中的特征信息，以判断是否有应受监控的入侵外力；如果是应受监控的入侵外力，则对该入侵外力进行目标定位和/或运动状态跟踪；当对入侵外力目标定位和/或运动状态跟踪的和结果达到报警级别后，启动现场报警装置进行报警，和/或对远程监控端发出预警，同时将实时采集到的视频信息发送到远程监控端。本发明可以对输电线路的警戒区域的入侵外力进行视频监控和预警，从而减少或消除外力破坏线路的情况发生。
文档编号G08B13/196GK102096977SQ20101056102
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者何冰, 刘振海, 刘新平, 方焌, 李耀伟, 谢小松, 陆丽 申请人:上海市电力公司超高压输变电公司, 上海电力带电作业技术开发有限公司