刘甜甜，彭放，张婉，王小龙

（1.国家电网有限公司大数据中心，北京 100000；2.福建亿榕信息技术有限公司，福建 福州 350003）

图像识别技术的主要功能在于可以利用计算机设备实现对采集、传输、处理、分析等，以学习算法实现功能运算。变电站视频信息分布较广，形式分散，需要对其进行聚合化处理。视频监控系统设计重点应考虑系统信息匹配程度以及信息识别准确程度，采取连续性的节点控制方法，实现对变电站设备运行情况、故障情况等相关内容的动态监控。

1 监控系统硬件结构设计

1.1 系统结构选择

监控系统硬件结构设计基础内容为体系架构的选择，考虑到不同体系架构之间的功能性与稳定性之间的差异，结合实际的技术环境以及变电站运行环境。选择应用C/S框架作为基础系统框架。该硬件框架系统中主要包括三个主机系统、一个信息交换机以及一个视频数据资源存储设备，共同完成整体体系结构的构建。

主机系统在结构框架中的主要作用是执行指令，在执行模式下运行，可以将输入数据信息以及输出数据信息进行稳定化处理，使其在数量级上保持稳定性。交换机的主要作用是支撑具体的信息传输功能，交换机位于整个结构体系的核心区域，负责承载主机输出的图像信息，并具备信息处理功能，将主机传输的信息进行整合，反馈到最终的数据终端系统中，也就是图1中的Servear主机。该结构是整个系统的数据主机，其主要作为系统中的数据结合体，承担着数据库的数据储存以及数据输出功能，与储存装置和交换机装置相连接，根据变电站系统的实际需求实现对数据的转化以及处理，从而赋予系统基础功能。

1.2 控件安装设计

控件安装设计赋予系统框架扩展功能，用户可登录系统或者浏览器等进行相关操作，支持不同系统之间的兼容性运行，使得监控效果更加良好。本系统设计应用ActiveX控件实现功能扩展，使得整体运行效果更加优化。控件安装之后可以降低变电站监控系统运行过程中的压力指标，提高系统的数据负载力，按照图像的类别、属性等指标进行分类，实现对系统的分类分析。

本文设计控件装置执行命令等级较高，可以满足大多数的命令执行需求，控件会随着系统运行时间以及运行环境的变化，命令执行节点也会有所增加，并具备一定的可插入信息属性，数据之间的联系性更加紧密。ActiveX控件与C/S系统之间相互连接，监控系统在运行期间始终保持着联动的状态，各节点之间的信息也会基于浏览器的控件插件等实现对节点信息的重新排列以及重新整合，以定点连接的方式维系主机与监控装置之间的密切联系。以该控件作为主要的硬件结构，可以维系原本系统中图像数量级的稳定性，具备一定的应用优势，具体设计控件结构包括C/S结构、浏览器、主机、获取图像、储存、属性分析、需求执行、查询等级、执行节点信息九大模块，实现对图像信息的采集、传输、储存、分析、处理，完成动态系统监测的功能需求。

1.3 监控主机设计

主机系统设计是变电站监控功能实现的最基础装置，本设计应用周界监控主机设计理念，将其作为最底层的执行结构，将其与控件进行连接，构建具有独立属性的监控区域，实现对图像、视频信息的实时监控。在整体结构以及控件结构明确情况下，设置具备可更改功能的主控点，实现对不同区域的模块划分。

设计系统中的协调等级比较多，系统支持大流量的图像数据输出，相关元件可以调动监控系统内储存的图像数据，实现对数据图像格式的处理以及转化，使其以预设的传输形式支持具体的功能。本文监控系统设计考虑到变电站实时监测需求，采用动态化的设计理念，同时设计5种图像处理结构，其中包括ZRRVV节点、RPU节点、SONET节点等。每个节点的功能存在差异，所处的区域不同，共同协调负责系统内储存数据的提取以及识别，发送相应的指令。具体节点设计位置以及能力优化结果如表1所示。

表1 监控主机系统节点设计分类表

2 监控系统软件结构设计

2.1 图像分类设计

基于硬件系统结构的设计对监控系统的软件结构进行相应设计。系统具备自动监控以及自动信息处理等功能，图像的分类是系统设计的基础功能体现，也是软件系统应用的必要内容。软件根据图像的参数量对应用区域进行匹配，根据应用的图像识别技术，进行相应的图像抠除处理，使得软件系统的处理权值满足实际的应用需求，使得监控视频所采集的图像像素点具有一定的透明度，且处于平均水平，进而实现图像分类处理的目的。

处理后所显示的视频以及图像等数据具备一定的数据表达功能，可以直观显示该区域内的组织传输概率，节点组织的权值计算也比较科学。监控主机系统在承担相应功能时权值的最终计算结果与图像的节点内容比较接近，使得系统运行过程中的节点控制具备相应的连续性功能。在计算过程中设计系数最小值，计算公式中的变电站视频输入值，分别用小写的m、n所表示，系数最大值分别用大写的M、N所表示。计算好以上两个物理量之后，利用图像识别技术对分类结果进行明确，期间所应用公式如下：

式中，f表示系统运行期间所应用的监控指标，e表示系统运行连续性监测节点的位置以及相关西撒胡指标，j表示监控系统运行过程中的识别权值。

2.2 图像处理设计

灰度化处理是变电站应用监控系统的主要内容，也是对图像进行实际处理的关键环节。变电站视频监控图像中的实际处理速度需要满足监测需求，可以通过图像数据及时反馈相应的内容。该过程主要基于对待识别图像的科学处理，设计选取一定程度的灰度化节点数据，根据设计标准对其进行分类处理，监控器捕捉以及采集的图像数据多为彩色，系统处理需要将其进行灰度化处理，使其以黑白的形式展现出来。监控视频以及监控图像中的数据大都以三原色进行相应配比，使其色彩配比条件满足实际监测的客观需求。但其在传输过程中可能会受到变电站运行过程中电子总量的影响，电子总量以逐渐提升化的方式呈现，异色节点可能会由于传输过程中电子总量变化，导致其原本的位置产生相应的变化，甚至可能完全脱离。设计考虑到此问题，避免出现色彩趋近的情况出现，基于图像识别技术的应用转化原本的色彩配置关系，将其以黑白色彩的图像形式展现出来，并结合图像的权值数值优化方式，使得最终呈现出的图像内容更加清晰，状态更加良好。设计应用以下公式实现对图像的灰度化处理：

式中，f表示图像以彩色方式呈现的节点系数；k表示在灰度化状态下的节点系数，在计算过程中联合2.1中的公式内容，实现对视频图像的灰度化处理。公式中的ξ代表图像识别系数，g表示系统灰度化处理期间的数据单位传输均值。

2.3 存储数据库设计

基于图像识别技术的监控系统设计需要设计人员赋予其一定的数据储存功能以及数据分析功能，需要设计与之相匹配的数据库表，实现对各项参数信息以及图像数据的综合管理，使得监控系统整体运行更加协调。存储数据库设计使得其具备数据记录以及图像参量记录功能，通过一级主机储存方式，将原本已经进行灰度化处理的图像信息转化为彩色的图像，使得系统在运行过程中可以持续输出相关图像。

本文监控系统设计考虑到监控需求的连续性，并尽可能保障储存数据库系统的完整性，使其以嵌套式的方式实现对数据库各个节点之间的有序连接。具体而言，系统之中的储存主机与底层之间的储存主机相互连接在一起，系统在对图像进行转化储存处理过程中，传输机始终占据着信道进行传输，并始终保持着常规水平。设计将防火墙系统与执行设备之间进行有序的连接，使得软件与硬件之间有效的连接到一起，共同组成了监控系统的运行环境。图像识别技术是视频监控系统设计以及应用的关键内容，也是基础内容。

3 系统应用性能测试

3.1 试验设计

在对软件系统以及硬件系统进行相关设计之后，将其组合成一个统一的整体，使其可以具备监控功能以及图像处理功能。为了验证本文设计系统的可行性以及应用效率，对其进行相应的性能测试，并应用对比实验的方式对性能进行检测。试验选择运行状态比较好的变电站作为研究对象，安设一定数量的视频监控装置，设计实验组以及对照组，将两组进行同时开启以及同时关闭的相应操作。实验组系统所应用的是本文设计的视频监控系统，对照组则应用主机搭载的分布方式进行监控系统安设，试验期间观察两组系统之间的指标是否相同，是否存在一定程度变化，从而了解本文设计系统的性能。

3.2 指标设计

指标主要选择应用UDR指标进行性能评价，其主要作用是反馈监控系统在运行过程中是否可以实现对图像的连续性识别，最终的识别结果是否存在一定的科学性。指标的大小直接反馈了系统图像识别性能的优劣，指标数值越大，则监控系统应用所取得的最终识别结果越好，图像识别准确度越高，指标数值越小，则图像识别技术的应用效果越差。具体实验指标结果内容如表2所示。

表2 实验设计UDR指标对比表

由表2可知，实验设计对照组与实验组之间的UDR指标数据差距比较大，且实验组的指标数据呈持续性增长的状态，最终将超过常规指标结果。对照组的指标结果逐渐减小。在不同的时间节点下，监控系统运行所取得的指标数据存在明显的差异，但如果系统处于理想的状态下，指标应在不同的时间节点保持稳定。虽然实验组前期的指标结果较小，但按照上升幅度后期将远远超过常规指标。

综合上述实验结果对本文设计系统以及常规系统的对比，基于图像识别技术应用的变电站视频监控系统具有明显的应用优势。指标数值呈现出持续上涨的趋势，其对监控图像识别以及处理的结果逐渐加大，本文设计系统可以大幅度提高图像识别处理的连续性，识别结果的准确程度也比较良好。

3.3 耗时对比

考虑到监控在执行图像处理指令期间所需要耗费的时间，通过时间节点试验可以了解不同系统运行期间对图像处理的连续性性能，判断系统是否具备对变电站的各节点之间的连续监控。按照常规指标进行分析，时间参数与系统的连续性之间成反比例关系，时间越短，说明系统运行图像处理的连续性越强，反之则越弱。具体实验结果如表3所示。

表3 监控指令系统执行时间对比表（min）

由表3中的耗时对比结果对系统图像识别以及图像处理的连续性性能进行分析，在标准的执行状态下执行命令所需要耗费的时间处于波动变化，但变化范围比较小，且时间数值适宜。

本文设计监控系统执行命令所耗费的时间大方向上有所降低，在前期所耗费的时间变化较小，随着图像数据量的不断提升，执行命令所需要耗费的时间也有所降低。对照组执行监控命令所需要耗费的时间不断增加，且在时间数值上比较实验组以及标准值较大。由此可知，本文基于对图像识别技术应用所设计的实验组连续性比较强。

3.4 性能测试结果

经过耗时对比以及指标对比之后分析本文设计监控系统的性能，图像识别技术在监控系统之中的应用具有一定科学性，可以支持变电站系统视频检测的连续性，各节点测试最终所耗费时间也比较短，监控效率比较高。

4 结语

综上所述，变电站视频监控系统设计可以融合ActiveX控件实现对软件监测功能的优化，在完善的硬件设备支持下可以实现对图像的科学处理。应用本文设计系统可以实现对变电站多个控制节点的连续性检测，精准度可以得到保障，指令传输时延效果低，资源消耗量也有所下降，是比较科学、有效的监控系统，可以对其进行推广应用。