基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其包括以下步骤：步骤S1：将变电站的待监控区域表示为二维栅格化平面示意图；步骤S2：计算所要采用的监控摄像头的视场角；步骤S3：对二维栅格化平面示意图中的监控覆盖区域进行可视性分析；步骤S4：基于可视性分析结果得到多个监控摄像头的监控重合区域的信息二值表；步骤S5：将变电站多个监控摄像头的布局设计问题表示为序贯决策优化问题而构造优化模型；步骤S6：以最大化多个监控摄像头的监控重合区域为优化目标，采用动态规划法对优化模型进行求解，得到变电站监控系统的设计方案。本发明专利技术能够最大化多个摄像头监控覆盖重合区域的面积，提高整监控系统的和精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法


[0001]本专利技术涉及电气设备及电气工程
，具体涉及一种基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法。

技术介绍

[0002]摄像头终端优化布局在变电站安全监控系统设计中发挥着重要作用，并成为人工智能在变电站安全监控应用中的物理基础。变电站安全监控系统可通过现有的电力通信网对所属的变电站实现远程设备巡检、作业安全监控、现场故障和意外情况的告警提示以及环境监测等。摄像头终端优化布局决定了视频监控系统对变电站人员和设备安全监控的覆盖率，尽可能实现变电站无死角监控，有利于实现智能视频监控系统对变电站运行检修操作人员的人身安全监控和设备运行状态的安全监控，从而大大降低变电站巡检人员的工作量以及发生事故的风险，逐步实现变电站无人值班的安全可靠运行。
[0003]为了满足日益增长的安全需求，当前的视频监控系统大多是基于多视角设计的。采用多视角监控能够提高目标跟踪、人脸识别、位置估计和资源调度等视觉任务的可靠性。此外，为了克服摄像机视角的盲区或暂时阻挡，还需要监控摄像头有一定的布点冗余。此外，随着摄像机终端技术的发展和监控系统可靠性的提高，计算机视觉研究人员越来越关注摄像机布局优化问题所面临的挑战，研究基于多视角的摄像机终端布局方法，确保视频监视系统以优良的性能执行更复杂的视觉任务。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提高一种能够合理布局监控摄像头，从而最大化多个监控摄像头的监控覆盖重合区域的面积，提高整个监控系统精度和可靠性的基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其包括以下步骤：
[0007]步骤S1：将变电站的待监控区域表示为二维栅格化平面示意图，所述二维栅格化平面示意图中包含摄像头可安装位置、空场地、建筑物、电气设备；
[0008]步骤S2：计算所要采用的监控摄像头的视场角；
[0009]步骤S3：采用Bresenham算法生成直线像素，并对所述二维栅格化平面示意图中的监控覆盖区域进行可视性分析，用二进制表示可视性分析结果；
[0010]步骤S4：基于所述可视性分析结果得到多个所述监控摄像头的监控重合区域的信息二值表；
[0011]步骤S5：将变电站多个所述监控摄像头的布局设计问题表示为序贯决策优化问题而构造优化模型，所述优化模型中包含的监控状态量取决于所述摄像头可安装位置和所述监控摄像头的型号参数，构成二维解向量空间；
[0012]步骤S6：以最大化多个所述监控摄像头的监控重合区域为优化目标，采用动态规
划法对所述优化模型进行求解，得到变电站监控系统的设计方案。
[0013]所述步骤S2中，所述监控摄像头为监控范围平面为扇形环状的摄像头，根据所述监控摄像头的型号参数计算其视场角。
[0014]所述监控摄像头的视场角F的水平角α的计算公式为：式中：w
I
为所述监控摄像头内图像传感器的宽度，f为所述监控摄像头的焦距，则所述监控摄像头的视场角F为：式中，r为所述监控摄像头的有效监控范围。
[0015]所述监控摄像头的有效监控范围r的计算公式为：式中：h
I
为所述监控摄像头内图像传感器的高度h
I
、h
O
为被摄物体在所述监控摄像头的监控范围内的估计高度，p为被摄物体高度最小可接受百分比，则
[0016]所述步骤S3中，将所述监控摄像头为起始点射出的直线上的点记为“可见”，若所述直线与障碍物相交，则记为“不可见”，从而获得所述可视性分析结果。
[0017]所述步骤S4中，利用“与”逻辑门算子得到多个所述监控摄像头的监控重合区域的信息二值表。
[0018]所述步骤S5中，对于每个所述监控摄像头，所述监控状态量其中，l为所述摄像头可安装位置，k为所述监控摄像头的类别参数，o为所述监控摄像头的方位角参数，K、O、N、M分别为所述监控摄像头的型号集合的元素个数、所述监控摄像头的方位角集合的元素个数、所述监控摄像头的的监控范围内的点的横坐标集合的元素个数、所述监控摄像头的的监控范围内的点的纵坐标集合的元素个数，c
i,j,o,k
为监控覆盖变量，当以方位角o安装在l位置上的k型号所述监控摄像头能够监测覆盖到二维平面上的点(i,j)时，c
i,j,o,k
＝1，否则c
i,j,o,k
＝0。
[0019]所述步骤S6中，所述优化目标为其中T为监控覆盖度函数，对于多个所述监控摄像头，所述监控状态量其中，c
i
′
,j,o,k
为修正后的监控覆盖变量，C
G
为所述监控摄像头在前一个所述摄像头可安装位置上的监控覆盖重合域增量，d为自定义的监控区域重合程度。
[0020]d的取值为2～4。
[0021]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术对于构建多视角智能变电站视频监控系统极为重要，能够在提高监控覆盖范围、减少盲区的基础上，最大化多个摄像头监控覆盖重合区域的面积，从而提高整个安全监控系统在执行目标跟踪、人脸识别、位置估计和资源调度等视觉任务过程中的可靠性，尤其在对运动物体的捕捉
和定位方面，较传统监控系统有较大的精度提升。
附图说明
[0022]附图1为本专利技术的基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法的流程图。
[0023]附图2为本专利技术中利用“与”逻辑门算子求监控重合区域二值表的示意图。
[0024]附图3为本专利技术的实施案例中监控摄像头优化布局方案示意图。
具体实施方式
[0025]下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。
[0026]实施例一：如附图1所示，一种基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其包括以下步骤：
[0027]步骤S1：将变电站的待监控区域表示为二维栅格化平面示意图，二维栅格化平面示意图中包含摄像头可安装位置、空场地(包括绿地、走廊等)、建筑物、电气设备等，其中建筑物和电气设备属于障碍物(包括变电区、电气柜等)。二维栅格化平面示意图中离散为M*N个像素点。摄像头可安装位置记为L,L＝1,2,
…
,l，在二维栅格化平面示意图中标记出来。
[0028]步骤S2：计算所要采用的监控摄像头的视场角。
[0029]该步骤中，监控摄像头为监控范围平面为扇形环状的摄像头，根据监控摄像头的型号参数计算其视场角。
[0030]监控摄像头的视场角F的水平角α的计算公式为：
[0031][0032]式中：w
I
为监控摄像头内图像传感器的宽度，f为监控摄像头的焦距，则监控摄像头的视场角F为：
[0033][0034]式中，r为监控摄像头的有效监控范围，其大小可由监控摄像头内图像传感器的高度h...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1：将变电站的待监控区域表示为二维栅格化平面示意图，所述二维栅格化平面示意图中包含摄像头可安装位置、空场地、建筑物、电气设备；步骤S2：计算所要采用的监控摄像头的视场角；步骤S3：采用Bresenham算法生成直线像素，并对所述二维栅格化平面示意图中的监控覆盖区域进行可视性分析，用二进制表示可视性分析结果；步骤S4：基于所述可视性分析结果得到多个所述监控摄像头的监控重合区域的信息二值表；步骤S5：将变电站多个所述监控摄像头的布局设计问题表示为序贯决策优化问题而构造优化模型，所述优化模型中包含的监控状态量取决于所述摄像头可安装位置和所述监控摄像头的型号参数，构成二维解向量空间；步骤S6：以最大化多个所述监控摄像头的监控重合区域为优化目标，采用动态规划法对所述优化模型进行求解，得到变电站监控系统的设计方案。2.根据权利要求1所述的基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述监控摄像头为监控范围平面为扇形环状的摄像头，根据所述监控摄像头的型号参数计算其视场角。3.根据权利要求2所述的基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其特征在于：所述监控摄像头的视场角F的水平角α的计算公式为：式中：w
I
为所述监控摄像头内图像传感器的宽度，f为所述监控摄像头的焦距，则所述监控摄像头的视场角F为：式中，r为所述监控摄像头的有效监控范围。4.根据权利要求3所述的基于多视角图像建模的变电站监控系统设计方法，其特征在于：所述监控摄像头的有效监控范围r的计算公式为：式中：h
I
为所述监控摄像头内图像传感器的高度h
I
、h
O
为被摄物体在所述监控摄像头的监控范围内的估计高度，p为被摄物体高度最小可接...

【专利技术属性】
技术研发人员：周林康，王勇，王慧，庄汝学，姚浩威，赵凌骏，黄欣，耿莲，夏梦，刘娜，周震海，陈孔阳，孙杰，崔鲁，杨阳，顾少平，
申请(专利权)人：苏州电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：