隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展以及人工智能化技術(shù)的日益精進，智能掃描監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國家安全、交通處理、公共安全以及大部分民用企業(yè)。

直流換流站在電力系統(tǒng)中主要承擔(dān)交直流電能的相互轉(zhuǎn)換，其穩(wěn)定運行對于電網(wǎng)安全至關(guān)重要。直流換流站內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)以及各類故障情況多變，這就需要工作人員根據(jù)換流站監(jiān)控中心顯示屏，實時監(jiān)控。

然而，由于信息傳輸途徑有限，依靠工作人員的管理無法保證各類故障及時發(fā)現(xiàn)并處理，長時間的監(jiān)控浪費了大量的人力、財力。因此，研發(fā)一種針對換流站的智能掃描系統(tǒng)是解決此類問題的重要途徑，現(xiàn)階段掃描系統(tǒng)的研究包括三維激光掃描技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全掃描系統(tǒng)、二維碼掃描系統(tǒng)等。

有學(xué)者提出了一種基于機器視覺的激光條紋掃描系統(tǒng)，對采集到的圖像進行一系列處理并提取出其中匹配點信息，然后計算得到三維點的信息。有學(xué)者提出了一種基于插件的安全漏洞掃描系統(tǒng)設(shè)計方法，將服務(wù)器一側(cè)的掃描代碼用單獨的插件模型運行，實現(xiàn)對安全插件的快速添加或刪除，保證了系統(tǒng)的有效性及安全性。有學(xué)者對二維碼的解碼進行了細致分析，開發(fā)出了一套基于Android系統(tǒng)的掃描系統(tǒng)，通過測試結(jié)論證明了其系統(tǒng)的可行性。

為了保證換流站內(nèi)報警信息能夠被及時發(fā)現(xiàn)并處理，基于圖像處理技術(shù)，研發(fā)了直流換流站智能掃描系統(tǒng)，將換流站現(xiàn)場顯示屏的實時照片經(jīng)過一系列的圖像處理程序得到檢測結(jié)果，并顯示在手機及電腦客戶端，為換流站人工智能監(jiān)控提供了新型思路，在減少人工成本的同時，保證了監(jiān)測的準(zhǔn)確性，有利于換流站安全穩(wěn)定運行，實驗測試證明了所提系統(tǒng)的有效性。

1 換流站智能掃描系統(tǒng)構(gòu)建思路

1.1 預(yù)期功能

換流站監(jiān)控中心顯示屏圖像中不同故障等級的顏色不同，橙色代表較為嚴(yán)重的報警故障，需要及時處理；綠色代表輕微故障，需要多加關(guān)注，本文設(shè)計的一種基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)需要根據(jù)顏色識別不同的故障等級，并且提供故障相關(guān)信息，換流站中心顯示屏如圖1所示。

圖1 換流站中心顯示屏

掃描系統(tǒng)識別出故障后會在電腦端呈現(xiàn)，包括文字和現(xiàn)場圖片等。在工作人員監(jiān)測到該故障后，要求能在掃描系統(tǒng)的主界面添加該故障的處理措施；隨后處理完該故障，可以使該故障在界面顯示為“已處理”或者消除故障。

1.2 掃描系統(tǒng)的思路構(gòu)建圖

基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)主要分為三部分，掃描部分根據(jù)Logitech4k超高清攝像頭拍攝換流站中心顯示屏，圖像處理部分主要負責(zé)對拍攝后的圖片進行分析處理，當(dāng)圖像中含有輕微或者嚴(yán)重故障時，報警部分就會自動將這些故障統(tǒng)一整理并顯示在掃描系統(tǒng)報警主界面。

2 圖像處理技術(shù)主要步驟（略）

換流站中心顯示屏圖像上傳至智能掃描系統(tǒng)后，系統(tǒng)會對監(jiān)控圖像進行預(yù)處理、矯正、去噪、提取邊緣信息。

圖2 掃描系統(tǒng)思路構(gòu)建圖

2.1 圖像矯正

圖像矯正是指采用逆向映射法進行矯正，其步驟為：通過目標(biāo)圖像的坐標(biāo)推算得到對應(yīng)原始圖像的坐標(biāo)，對非整數(shù)的坐標(biāo)點采用線性插值法進行灰度判定，以此來實現(xiàn)對失真圖像的非線性矯正。

2.2 圖像去噪

圖像在傳輸過程中，很容易被各類噪聲影響，需要采取措施對圖像進行去噪，現(xiàn)階段圖像去噪方法包括：均值去噪、中值去噪、空域低通濾波去噪和小波去噪。本文選擇均值濾波法對圖像去噪。

2.3 提取圖像邊緣信息

圖像的邊緣信息對于人類視覺來說是一種重要的信息，圖像邊緣信息的準(zhǔn)確性關(guān)系到提取圖像的機器對客觀世界的理解，從而影響掃描系統(tǒng)的可靠性?，F(xiàn)階段提取圖像邊緣信息的方法一般采用梯度算子，本文采用Sobel算子實現(xiàn)圖像邊緣信息的提取，針對噪聲Sobel算子能夠起到緩沖作用，相比其他算子Sobel算子能提供較準(zhǔn)確的方向性。

2.4 字符分割技術(shù)

由于換流站中心顯示屏上的主要信息刨除邊框后，主要由英文字母、數(shù)字、漢字組成，且每個字符長寬高都有相應(yīng)的規(guī)格，本文根據(jù)這一特征采用垂直投影法對換流站中心顯示屏圖像字符實現(xiàn)字符分割。

假設(shè)對換流站中心顯示屏圖像進行分割后出現(xiàn)n個區(qū)域，根據(jù)所采取的垂直投影法從左向右依次檢測n個區(qū)域的投影數(shù)值，在檢測過程中，當(dāng)出現(xiàn)第i個投影數(shù)值不為零時，則該像素點設(shè)定為第i個區(qū)域的左邊界，當(dāng)出現(xiàn)第i個投影數(shù)值為零時，則該像素點設(shè)定為第i個區(qū)域的右邊界，具體流程如圖3所示。

2.5 字符識別技術(shù)

字符被分割后顯示為不同小塊，此時需要對不同類型的字符模塊進行識別及分類，本文對漢字模塊采取外圍輪廓識別方法，該方法具有識別時間短，識別效率高的優(yōu)勢。

針對圖像中的字母與數(shù)字，采取模板匹配法進行識別，模板匹配法的核心思想就在于比較模板與圖像的各個區(qū)域，尋找相似度最大的區(qū)域，該方法思路清晰，是字符識別里常用的一種方法。

3 換流站智能掃描系統(tǒng)實施流程

3.1 整體框架

換流站智能掃描系統(tǒng)能實現(xiàn)對換流站內(nèi)出現(xiàn)的故障進行實時監(jiān)控及報警，其具體處理流程為：通過Logitech4k超高清攝像頭拍攝換流站監(jiān)控中心顯示屏得到監(jiān)控圖像，然后將圖像上傳至云端進行圖像預(yù)處理、圖像矯正、圖像去噪以及提取邊緣信息等步驟，接著對監(jiān)控圖像進行字符分割及識別，最后獲得檢測結(jié)果，處理流程如圖4所示。

圖3 字符分割技術(shù)流程圖

圖4 換流站智能掃描系統(tǒng)實施流程圖

3.2 報警功能的實現(xiàn)

針對智能報警功能，關(guān)鍵在于報警系統(tǒng)能否對原始報警事件進行故障分析。當(dāng)換流站智能掃描系統(tǒng)識別到故障信息時，會將故障信息第一時間反饋在手機及電腦客戶端，智能掃描系統(tǒng)的主界面都能直接看到近期的報警信息。

每條報警信息都會附帶報警等級以及發(fā)現(xiàn)時間，當(dāng)工作人員看到報警信息并查看對應(yīng)圖片后會處理相關(guān)故障事件，處理完畢后可將處理狀態(tài)改為已經(jīng)處理，報警信息修改界面如圖5所示，同時管理人員也可以在該頁面添加備注，對該故障進行解釋說明或者添加解決辦法，編輯頁面如圖6所示，報警功能頁面如圖7所示。

圖5 報警信息修改界面圖

圖6 報警信息編輯界面圖

圖7 報警功能頁面顯示圖

4 案例分析

以現(xiàn)場實際運行為基礎(chǔ)，對換流站智能掃描系統(tǒng)進行測試。通過高清攝像頭對換流站中心顯示屏實時拍攝，拍攝圖像如圖8所示，圖像經(jīng)過掃描系統(tǒng)后進入圖像處理階段，最后在報警界面顯示，系統(tǒng)識別后的數(shù)據(jù)信息如圖9所示。由圖中信息可知，識別出了多條故障，故障時間、類型、地點及等級等信息均被顯示在主界面。

圖8 換流站中心顯示屏拍攝圖

圖9 換流站智能掃描系統(tǒng)實施流程圖

此時，當(dāng)換流站管理人員發(fā)現(xiàn)故障后，對故障添加編輯備注，方便工作人員處理故障，另外工作人員也可以參考知識庫解決故障，知識庫內(nèi)包括了不同類型故障的解決辦法，還可以對知識庫進行添加及刪除。

圖10 換流站智能掃描系統(tǒng)知識庫界面圖

5 結(jié)論

本文介紹了一種基于圖像處理的換流站智能掃描系統(tǒng)，介紹了相應(yīng)的智能掃描、圖像智能識別、系統(tǒng)報警等技術(shù)。以換流站實際現(xiàn)場運行狀況為基礎(chǔ)，拍攝換流站中心顯示屏圖片并用該系統(tǒng)進行識別，識別效果證明了本系統(tǒng)的實用性。

本系統(tǒng)可以保證在不影響換流站現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)工作的前提下實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化輸出，同時本系統(tǒng)不僅適用于換流站的監(jiān)控報警，還可用于除換流站以外的許多電力系統(tǒng)場景。