基于定位视频动态目标三维空间标定的变电站防护方法与流程

1.本发明属于变电站安防技术领域，具体来说，涉及一种基于将定位视频智能分析的动态目标进行三维空间的标定应用于电力变电站周界防护的方法。


背景技术：

2.现有的变电站安防监控通常是以一路或多路普通或含有智能分析功能的视频监控，现有的含有智能分析功能的周界防范视频监控都是单独或组网存在。现有技术并未对视频分析内容进行语义化并存储，无法对视频内容及关键提取信息长期存储以便进行关联分析；也未对视频分析中的动态目标轨迹进行三维空间标定，无法借助于地理信息系统的手段进行直观展示。
3.本发明中所涉的技术方法可以解决视频关键信息的长期存储，视频动态目标的空间标定，同时实现基于地理围栏的周界防护，与定位ivs一起实现对变电站的双重防护机制。


技术实现要素：

4.本发明提出一种基于定位视频动态目标三维空间标定的变电站周界双重防护方法，该技术方法在ivs对变电站周界防护的基础上，将ivs系统获取的动态目标及关键信息实时标定在3dgis中，并对变电站监控视频中的关键目标路径信息、属性信息、特征信息进行语义化，转化为标准的轻量化地理信息数据信息，可使数据得到长期有效的存储，实现对监控视频目标进行快速定位、检索，建立变电站周界的双重防护，同时可以对长期数据信息进行关联分析。
5.本发明具体为基于定位视频动态目标三维空间标定的变电站防护方法，该方法包含以下步骤：
6.(1)ivs设备的安装及定位；
7.(2)建设监测目标信息数据库；
8.(3)ivs监测关键目标信息的语义化并入库调用；
9.(4)视频动态目标信息的gis矢量化并动态标定；
10.(5)动态监测目标的属性查询；
11.(6)监测目标跟踪；
12.(7)双重周界防范。
13.进一步的，所述步骤(1)中：ivs摄像机需与地面保持有一定的高差，将整个变电站周界都置于摄像机视野画面范围内；在ivs安装时，应对设备探头的三维空间位置进行量测定位，获取ivs设备的三维空间坐标位置，并确保定位ivs的空间地理位置与变电站的相对误差不能超过周界防范的误差容忍范围。
14.进一步的，所述步骤(2)中：变电站的周界防范监测目标为行人、动物以及各种移动物体，监测目标数据表字段包括颜色、纹理、形状、速度、事件、时间、描述等。
15.进一步的，所述步骤(3)中：对变电站ivs系统智能分析的关键信息进行语义化，通过提取监控视频中的关键动态目标信息，在视频画面中进行标记和处理，以视频摘要对视频数据进行永久保留，避免周期性删除导致的证据缺失，视频语义摘要信息包括颜色、纹理、形状、速度以及实体、概念、人物、事件等；形成相应事件、告警、数据流，提取出需要的格式化数据信息，并导入监测目标信息数据库，能够通过3dgis平台动态调用。
16.进一步的，所述步骤(4)中：
17.把ivs视频监测到的动态目标位置信息进行投影变换，实现视频动态目标的gis矢量化，视频矢量化通过逐帧提取视频目标的边缘轮廓特征点像素坐标及其空间位置，逐帧叠加，以矢量轨迹取代视频流；同时，将矢量轨迹通过投影变换至地理坐标，并同步标定在3dgis平台中；
18.矢量轨迹变换至地理坐标的投影变换方法选择使用单一平面约束的映射方法来计算，在单一平面约束映射计算中，把监控视频平面和地理空间平面作为两个不同的高斯投影平面，通过测绘四参数转换方法求取坐标映射参数，并使用这些参数进行由视频轨迹坐标到3dgis空间坐标的转换；
19.四参数模型：
[0020][0021]
其中x1，y1为转换前坐标，x2，y2为转换后的坐标，δ
x
，δ
y
为平移参数，m为尺度变换因子，α为旋转角度。当α很小时，有cosα＝1,sinα＝0,则有：
[0022][0023]
误差方程为：
[0024][0025]
进而由间接平差法得出可以计算出四参数的公式：
[0026]
x0＝(b
t
pb)
‑1b
t
pl
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4
‑
4)
[0027]
其中，p为单位阵；
[0028]
利用平均分布的两个或两个以上公共点，采用最小二乘原理，根据(4
‑
3)、(4
‑
4)能够求出转换参数；利用求取的四个转换参数信息：x平移量、y平移量、旋转角度、尺度，即可进行从监控视频平面坐标到3dgis空间平面坐标的转换，监控视频动态目标的高程值以实时抽取3dgis中的dem值求取，从而得到监控视频动态目标的三维空间坐标x、y、z所有值，实现路径动态标绘。
[0029]
进一步的，所述步骤(5)中：根据步骤(2)和步骤(3)，通过在3dgis系统中对关键目标信息数据库的动态调用，并与3dgis系统中的标定目标关键要素信息进行关联，从而实现对动态监测目标的属性查询。
[0030]
进一步的，所述步骤(6)中：通过在3dgis系统中对多个视频监控前端动态目标的查询、关联，从而实现对视频动态目标的跟踪。
[0031]
进一步的，所述步骤(7)中：在ivs周界防范功能的基础上，在3dgis系统中划定矢量周界地理围栏，实现对动态目标靠近、进入、穿越地理围栏行为的告警。
[0032]
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
[0033]
本发明通过把ivs关键信息语义化，来实现对视频关键信息的长期存储及3dgis呈现，并通过对ivs关键动态目标的gis矢量化，来实现视频动态目标在三维空间的实时标定及双重周界防范。
附图说明
[0034]
图1为本发明的流程图；
[0035]
图2为ivs监控设备安装示意图；
[0036]
图3为两个高斯平面的公共点示意图。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
[0038]
(1)ivs设备的安装及定位
[0039]
ivs摄像机需尽量与地面保持有一定的高差，应将整个变电站周界都置于摄像机视野画面范围内，如图2所示。
[0040]
在ivs安装时，应对设备探头的三维空间位置进行量测定位，获取ivs设备的三维空间坐标位置，并确保定位ivs的空间地理位置与变电站的相对误差不能超过周界防范的误差容忍范围。
[0041]
(2)建设监测目标信息数据库
[0042]
变电站的周界防范监测目标主要为行人、动物以及各种移动物体等，监测目标数据表字段应包括颜色、纹理、形状、速度、事件、时间、描述等。
[0043]
(3)ivs监测关键目标信息的语义化并入库调用
[0044]
对变电站ivs系统智能分析的关键信息进行语义化，通过提取监控视频中的关键动态目标信息，在视频画面中进行标记和处理，以视频摘要对视频数据进行永久保留，避免周期性删除导致的证据缺失，视频语义摘要信息包括颜色、纹理、形状、速度以及实体、概念、人物、事件等；形成相应事件、告警、数据流，提取出我们需要的格式化数据信息，并导入监测目标信息数据库，可以通过3dgis平台动态调用。
[0045]
(4)视频动态目标信息的gis矢量化并动态标定
[0046]
把ivs视频监测到的动态目标位置信息进行投影变换，实现视频动态目标的gis矢量化，视频矢量化是通过逐帧提取视频目标的边缘轮廓特征点像素坐标及其空间位置，逐帧叠加，以矢量轨迹取代视频流；同时，将矢量轨迹通过投影变换至地理坐标，并同步标定在3dgis平台中。
[0047]
进一步，矢量轨迹变换至地理坐标的投影变换方法选择使用单一平面约束的映射
方法来计算，在单一平面约束映射计算中，我们把监控视频平面和地理空间平面作为两个不同的高斯投影平面，通过测绘四参数转换方法求取坐标映射参数，并使用这些参数进行由视频轨迹坐标到3dgis空间坐标的转换。
[0048]
四参数模型：
[0049][0050]
其中x1，y1为转换前坐标，x2，y2为转换后的坐标，δ
x
，δ
y
为平移参数，m为尺度变换因子，α为旋转角度。当α很小时，有cosα＝1,sinα＝0,则有：
[0051][0052]
误差方程为：
[0053][0054]
进而由间接平差法得出可以计算出四参数的公式：
[0055]
x0＝(b
t
pb)
‑1b
t
pl
ꢀꢀꢀ
(4
‑
4)
[0056]
其中，p为单位阵。
[0057]
利用平均分布的两个或两个以上公共点，如图3所示，采用最小二乘原理，根据(4
‑
3)、(4
‑
4)可求出转换参数。利用求取的四个转换参数信息：x平移量、y平移量、旋转角度、尺度，即可进行从监控视频平面坐标到3dgis空间平面坐标的转换，监控视频动态目标的高程值以实时抽取3dgis中的dem值求取，从而得到监控视频动态目标的三维空间坐标x、y、z所有值，实现路径动态标绘。
[0058]
通常，固定位置的摄像机监控场景比较小，将场景抽象为一个高斯平面，使用测量学四参数模型进行平面约束解算，精度上以可以满足基本的应用需求为准。
[0059]
(5)动态监测目标的属性查询
[0060]
根据以上(2)、(3)步，通过在3dgis系统中对关键目标信息数据库的动态调用，并与3dgis系统中的标定目标关键要素信息进行关联，从而实现对动态监测目标的属性查询。
[0061]
(6)监测目标跟踪
[0062]
通过在3dgis系统中对多个视频监控前端动态目标的查询、关联，从而实现对视频动态目标的跟踪。
[0063]
(7)双重周界防范
[0064]
在ivs周界防范功能的基础上，在3dgis系统中划定矢量周界地理围栏，实现对动态目标靠近、进入、穿越地理围栏行为的告警。
[0065]
下面列举一个实施例子。
[0066]
本文以配电网智能规划系统作为变电站周界双重防护的示例，流程图如图1所示。
变电站周界双重防护考虑对地区内160座110千伏变电站基于定位视频动态目标的三维空间标定。一是将整个变电站周界都置于ivs摄像机视野画面范围内，同时对设备探头的三维空间位置进行量测定位，获取ivs设备的三维空间坐标位置，并确保定位ivs的空间地理位置与变电站的相对误差不能超过周界防范的误差容忍范围。二是建设监测目标信息数据库，变电站的周界防范监测目标主要为行人、动物以及各种移动物体等，监测目标数据表字段应包括颜色、纹理、形状、速度、事件、时间、描述等。三是对变电站ivs系统智能分析的关键信息进行语义化，通过提取监控视频中的关键动态目标信息，在视频画面中进行标记和处理，以视频摘要对视频数据进行永久保留，避免周期性删除导致的证据缺失，视频语义摘要信息包括颜色、纹理、形状、速度以及实体、概念、人物、事件等；形成相应事件、告警、数据流，提取出我们需要的格式化数据信息，并导入监测目标信息数据库，可以通过3dgis平台动态调用。四是根据视频动态目标信息的gis矢量化并动态标定，把ivs视频监测到的动态目标位置信息进行投影变换，实现视频动态目标的gis矢量化。五是进行动态监测目标的属性查询，根据以上(2)、(3)步，通过在3dgis系统中对关键目标信息数据库的动态调用，并与3dgis系统中的标定目标关键要素信息进行关联，从而实现对动态监测目标的属性查询。六是开展监测目标跟踪，通过在3dgis系统中对多个视频监控前端动态目标的查询、关联，从而实现对视频动态目标的跟踪。七是双重周界防范，在ivs周界防范功能的基础上，在3dgis系统中划定矢量周界地理围栏，实现对动态目标靠近、进入、穿越地理围栏行为的告警。
[0067]
分析以上示例，明显看出本发明所提出的方法具备较好的经济价值：相比现有的变电站安防监控，本文提出的方法解决了一路或多路普通或含有智能分析功能的视频监控存在的问题，弥补了现有的含有智能分析功能的周界防范视频监控单独或组网存在的缺陷。说明了通过把ivs关键信息语义化，来实现对视频关键信息的长期存储及3dgis呈现，并通过对ivs关键动态目标的gis矢量化，来实现视频动态目标在三维空间的实时标定及双重周界防范。
[0068]
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。