(深圳供电局有限公司 广东深圳 518000)
摘要：本文通过研究将固定视频终端、移动视频智能终端、精准定位及三维建模等物联网技术应用于变电站现场安全管控场景，深度融合多种物联网及智能分析技术，全方位地实现区域内作业人员定位及行为监督、倒闸操作辅助监视、事故及故障辅助分析、大型吊车防触电、临时接地线防误管理、辅助安防等功能，为变电站安全管控提供灵活统一的综合应用支持。
关键词：物联网技术；安全管控；UWB；智能分析；
变电站在电网中作为电力的核心，具有建设数量多、地域分布广的特点，担负着所在区域的供电任务，变电站的安全稳定运行直接影响区域用电安全，对社会的生产生活至关重要。变电站带电设备众多、电网接线复杂、作业地点危险性较高，人员在工作中的安全问题是其亟待解决的难题，变电站传统的安全管控技术手段难以全方位进行实时、高效、智能管控，迫切需要一种新的管控技术手段来提升安全管理效率，保障安全生产。本文主要是基于物联网技术的变电站安全管控技术进行具体的研究。
1、基于物联网技术的变电站安全管控技术构成
1.1固定式视频智能终端
在变电站内开关场地、主变、高压室、主控室、电容器室、蓄电池室等布置节点固定的视频智能终端，实现各区域全覆盖，包括周界及出入口、室外设备场地、室内设备室等区域。视频智能终端视现场需要使用球机或枪机摄像头，球机摄像头云台可实现水平360度旋转、垂直180度旋转。根据布控区域设备、环境特点，合理设置摄像头点位和预置位，使其满足零死角的布控要求。视频智能终端通与安保、消防、门禁等系统互联，并与变电站生产系统和调度自动化系统联动，实现对现场工作人员定位及行为监督、倒闸操作辅助监视、事故及故障辅助分析、辅助安防等功能。
1.2移动式视频智能终端
移动式视频智能终端是指可临时安装于现场的便携式视频智能终端。移动式视频智能终端自带升降杆和360°旋转高清摄像头，主要是作为覆盖近低区域的布控，杜绝盲区。移动视频智能终端使用灵活，执行任务时可将设备临时安装在需要监控的位置上，能够跟随作业人员在自现场进行安全巡防，实现全天候布控的要求，并将拍摄画面通过自带的无线信号传输系统传输至变电站生产管理系统，供工作人员远程查看和指挥工作。移动视频智能终端内置智能识别算法，事件监测功能，对布防区域内的车辆、人员实现识别捕获，对违章行为实现实时告警。
1.3基于三维激光扫描技术的变电站三维建模
三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，作为20世纪90年代中期开始出现的一项高新技术，是测绘领域继GPS技术之后的又一次技术革命，通过高速激光扫描测量的方法，大面积、高分辨率地快速获取物体表面各个点的(x.y.z)坐标、反射率、(R.G.B)颜色等信息，由这些大量、密集的点信息可快速复建出1:1的真彩色三维点云模型，为后续的业务处理、数据分析等工作提供准确依据。具有快速性，效益高、不接触性、穿透性、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化、实时性强等特点，很好的解决了目前空间信息技术发展实时性与准确性的颈瓶。它突破了传统的单点测量方法，具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据，因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型，主要通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据，大量的空间点位信息。是快速建立物体的三维影像模型的一种全新的技术手段。
1.4精准定位技术
UWB定位技术是精准定位技术的一种，它具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。目前，应用于变电站中的测距方案主要是 采用基于TDOA的测距方法。该方法通信方式简单，理论定位精度高。系统的工作流程如下：首先，标签进入搜索阶段，寻找可供测距的基站，标签每隔固定时延采用广 播式发送消息 ，信号先到达的基站回复标签，消息包中携带该基站的ID，直到定时结束 。然后，标签开始进入测距阶段，发出信号给该基站，基站接收到信息后返回附加时间戳的另一消息包。 标签记录每个消息到达时间和发送时间，并将时间戳附在消息帧的数据域中并发送回基站，由基站提取最终数据帧中的时间戳，计算无线信号在空中飞行的时间。已知信号的传播速率为电磁波速率，可计算出基站与标签之间的距离。各基站将距离数据传送给服务器，服务器每个固定时间段根据定位算法测算出标签当前的坐标。
2、基于物联网技术的变电站安全管控技术的应用场景
2.1现场工作人员定位及行为监督
融合UWB定位与视频识别技术实现人员定位及行为分析。
通过UWB定位方法对佩戴有定位标签的人员进行定位，构建三维可视化人员定位系统，实现精准显示各作业区域内作业人员的定位信息、活动轨迹，对区域内作业人员进行定位跟踪，随时随地观察每个区域的现场情况。根据定位结果联动对应的摄像头获取该人员的视频图像，并通过视频识别算法实时判断该人员是否进入预设危险区域，使用视频图像识别技术检测出人员肢体的位置并预测其动作意图，对该人员进行行为分析和预警。通过在三维地图设定静态或动态电子围栏，实现区域的进入权限管理，确保有权限人员才能进入相关区域，无权限人员进入则电子围栏告警。通过围栏管理，限制进出，实现安全生产。
2.2智慧安监
通过在作业现场临时安装视频智能终端，补充固定式视频智能终端对近低区域的覆盖盲区，实现全天候对作业人员的安全巡检，并将拍摄画面通过自带的无线信号传输系统传输至变电站生产系统，供工作人员远程查看和指挥工作。移动智能视频智能终端与变电站生产系统对接，智能终端实时获取对应的工作票信息，根据工作票信息判断现场工作人员是否与工作票相符，并将告警信息实时传送至生产管理系统。移动视频智能终端内置智能识别算法，事件监测功能，对布防区域内的车辆、人员实现识别捕获，对违章行为实现实时告警。
2.3倒闸操作辅助监视
视频终端通过电力行业标准协议与生产系统对接后，在变电站运行过程中，当遥控操作时，视频智能终端将收到监控后台发送的遥控、遥信信号，联动相关监控点的摄像机预置点，能够实现联动视频复核和可视化运行管理，减少操作过程发生设备故障带来人身伤害的风险。
2.4事故及故障辅助分析
视频终端通过电力行业标准协议与生产系统对接后，在变电站运行过程中，当发生故障跳闸时，视频智能终端将收到监控后台发送的跳闸信号，联动相关监控点的摄像机预置点，实现联动视频复核和可视化运行管理，同时为事故处理、反事故演习、应急指挥等提供应用支持，降低事故现场可能产生的爆炸、有毒气体等对人身的伤害风险。
2.5基于UWB定位的大型吊车防触电。
在大型吊车的吊臂上安装UWB定位标签，利用UWB定位技术定位吊车吊臂的位置，通过电网拓扑结构，计算出吊车吊臂附近的带电设备及电压等级，利用三维地图坐标计算出吊臂与邻近带电设备距离，当距离小于对应电压等级的安全距离时发出报警提示。
2.6基于UWB定位的防带临时接地线送电。
在变电站临时接地线安装UWB定位标签，利用UWB定位技术定位临时接地线坐标位置，通过三维地图计算出临时接地线所挂接的设备，将临时接地线所在的设备信息传送至防误闭锁系统，防误闭锁系统在五防校验时检查临时接地线位置，判断是否存在带临时接地线合刀闸送电的情况，对存在带临时接地线合刀闸送电的操作进行错误提示。
2.7变电站辅助安防
对于进出变电站的人员，通过人员通道进行管理，配合人脸比对系统，外部来访人员需先通过访客登记系统进行身份比对核实。通过安装于变电站大门口的视频智能终端，对进出变电站的车辆及车牌信息识别，本单位车辆车牌核对无误后自动开启变电站伸缩门；对于外单位车辆，需授权后才能开启变电站伸缩门。变电站大门部署可视对讲门禁，刷卡后可控制伸缩门的开关，忘带卡的可通过呼叫中心进行远程视频身份核实，确定身份后由中心实现开关门；
3、基于物联网技术的变电站安全管控技术的特点
传统变电站安全监控系统受传统理念和技术影响，各个子系统都是相互孤立的，难以做到多个系统深度融合和集中控制，无疑中减低了系统的集成度和可用性。本文提出的基于物联网技术的各个子系统针对变电站的应用场景进行了深度进行融合，各子系统集中管理和集成联动，应用于现场作业人员定位及行为分析、智慧安监、倒闸操作辅助监控、事故及故障辅助分析、变电站辅助安防、大型吊车防触电及防带临时接地线送电等变电站重点的安全管控情景，为变电站安全管控提供了灵活统一的综合应用支持，实现高效、实时、动态、智能的安全管控要求。以计算机视觉与模式识别为基础的视频分析技术，能够自动地从纷繁的视频图像中分辩、识别和提取出关键目标的有用信息，不间断地自动分析视频数据，向监控人员及时提供有用信息，极大地发挥与拓展视频终端的作用与能力，实现真正意义上智能化安全管控。
4.结语：
本文针对变电站传统安全管控技术存在的局限，探索一种基于物联网技术的变电站安全管控技术，分析了固定式视频智能终端、移动式智能终端、基于激光扫描的三维建模、基于UWB的精准定位技术，提出了实现变电站现场作业人员定位及行为分析、智慧安监、倒闸操作辅助监视、事故及故障辅助分析、大型吊车防触电、防带临时接地线送电、变电站辅助安防等典型场景的应用方案，解决了变电站安全管控无法实时、高效、动态、智能的问题。随着人工智能技术的发展，安全管控将朝着更加智能化的方向发展，下一步还需要结合人工智能技术不断完善变电站安全管控技术措施。