基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其技术方案是：在变电站需监控的区域间隔设置有监控相机，相邻所述监控相机交叉拍摄作业人员和维护设备的位置和状态，采用扩展卡尔曼滤波利用泰勒级数展开对非线性系统进行线性化，在忽略高阶误差的情况下，将原有系统模型转变为以误差形式表示的状态方程和观测方程；采用二阶动力学模型在变电站三维坐标系下构建运动目标的运动方程，在目标初次监测到后，利用多个监控相机初始定位并作为EKF跟踪的初值，之后利用对应像空间目标的检测值转化三维坐标的位置误差，并代入状态方程中迭代，对于目标暂时移出视场或视场切换时，由滤波器估计出目标位置，能获得较高的跟踪精度。

【技术实现步骤摘要】
基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法
：本专利技术涉及一种变电站现场作业目标跟踪方法，特别是涉及一种基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法。
技术介绍
：目前变电站现场安全管控采用人工观察的方式，在变电站进行工作时会有安全监督员，实时观察工作现场情况，观察现场工作人员是否与带电设备保持足够的安全距离，利用在变电站工作区域布设安全围栏的方法对作业区域进行管控。但是在变电站实际作业现场，电站内进出通道过长，基本无法进行完整封闭，工作人员可能会通过不正常路径到达工作区域，增加了人员误入带电间隔而触电的风险；当变电站内作业面积过大、作业点较多时，现场安全监护人员不足，难以对作业区域进行实时监督，增加了安全风险。在变电站工作环境中，各种设备林立，设备以及工作人员之间可能存在相互遮挡问题，这将为准确识别每一个目标增加难度。同时，由于目标的运动，会带来目标在不同相机视场切换的问题，这为目标的识别和连续跟踪带来较大困难。即使采用GPS定位或其他区域定位技术，其精度或成本不能满足要求，也无法解决净空计算问题。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：在变电站需监控的区域间隔设置有监控相机，相邻所述监控相机交叉拍摄作业人员和维护设备的位置和状态，采用扩展卡尔曼滤波的方法实现目标三维位置跟踪，拍摄的图像传输到中央处理器，经过处理和提取，以监测作业人员的目标，然后进行动态目标的跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：在变电站需监控的区域间隔设置有监控相机，相邻所述监控相机交叉拍摄作业人员和维护设备的位置和状态，采用扩展卡尔曼滤波的方法实现目标三维位置跟踪，拍摄的图像传输到中央处理器，经过处理和提取，以监测作业人员的目标，然后进行动态目标的跟踪。2.根据权利要求1所述的基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：所述扩展卡尔曼滤波利用泰勒级数展开对非线性系统进行线性化，在忽略高阶误差的情况下，将原有系统模型转变为以误差形式表示的状态方程和观测方程；采用二阶动力学模型在变电站三维坐标系下构建运动目标的运动方程，在目标初次监测到后，利用多个监控相机初始定位并作为EKF跟踪的初值，之后利用对应像空间目标的检测值转化三维坐标的位置误差，并代入状态方程中迭代，对于目标暂时移出视场或视场切换时，由滤波器估计出目标位置。3.根据权利要求2所述的基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：所述滤波器是一个对动态系统的状态序列进行线性最小方差误差估计的算法，通过动态的状态方程和观测方程来描述系统，它以任意一点作为起点开始观测，采用递归滤波的方法计算；设线性系统的状态方程和观测方程分别为：状态方程：xk＝Axk-1+wk-1(1-1)观测方程：zk＝Hxk+vk(1-2)其中，xk是k时刻n×1维系统状态向量；zk是k时刻m×1维观测向量；A是n×n维系统状态转移矩阵；Hk是m×m维系统观测矩阵；wk是k时刻过程的n×1维随机干扰噪声向量；vk是k时刻m×1维的系统观测噪声向量；此处，wk，vk通常假设为互相独立的零均值高斯白噪声向量，令Qk和Rk分别为它们协方差矩阵：Qk＝E{wkwkT}(1-3)Rk＝E{vkvkT}(1-4)由于系统已确定，则A和Hk已知，且wk-1和vk满足一定假设，且为已知；设Pk是xk的协方差矩阵，Pk'是xk和的误差协方差矩阵。4.根据权利要求3所述的基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：所述滤波器把每个时刻点k的系统状态的后验估计值的误差协方差减到最小，它由预测和修正两部分完成，Kalman滤波器方程如下：(1)预测部分状态预测方程：误差协方差预测方程：(2)修正部分Kalman增益系数方程：状态修正方程：协方差修正方程：Pk＝[I-KkHk]Pk,k-1(1-9)Kalman滤波器利用反馈控制系统估计运动状态，可以估计出某一时间的状态，并获得该状态的预测值；Kalman滤波公式分两部分：预测和修正。其中，预测部分负责利用当前的状态和误差协方差估计下一时刻的状态，得到先验估计；修正部分负责反馈，将新的实际观测值与先验估计值一起考虑，从而获得后验估计；在每次完成预测和修正以后，由后验估计值预测下一时刻的先验估计，重复以上步骤。5.根据权利要求4所述的基于三维数字模型的变电站复杂环境跨视场目标跟踪方法，其特征是：假设在变电站的工作人员的运动状态参数为某一时刻目标的位置和速度，在跟踪目标过程中，由于相邻两帧...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟政，贾学东，林慧，李智敏，宋伟，燕跃豪，马春燕，董明，陈国军，马佳琳，何婷，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司郑州供电公司，中国人民解放军信息工程大学，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南,41