红外热成像技术及其在智能视频监控中的应用
时间：2022-08-11 02:55:27
摘 要：红外热成像技术是根据自然界一切温度高于绝对零度（-273 ℃）物体能够每时每刻反射载有物体特征信息的红外线的特性而研发的一种被动红外夜视成像技术，被广泛运用于智能视频监测领域。我国变电站的红外线测温工作基本上采用传统的红外测温仪配合巡检人进行，这种传统变电站监控方式方式效率低、工作量大，不符合当前变电站的发展要求。随着社会经济发展和科学技术进步，变电站逐渐发展为无人值守的智能化集成化监控，文章以云南电网公司文山供电局开发智能红外热成像无人监控系统为例，阐述红外热成像智能视频监控系统开发的技术要点。
关键词：红外热成像技术;智能视频监控;变电站
中图分类号：X924.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）02-0048-01
电力系统作为国民经济运行中至关重要的组成部分，其性能的好坏决定了市场经济发展以及人们生产生活的顺利进行。随着改革开放的不断深入，我国的市场经济发展迅速，因此对电力系统的安全可靠性要求越来越严格。而变电站电力设备监控在确保电力系统运行安全方面具有重要作用。现阶段电力设备监控基本上采用人员定期巡检的方式，缺乏智能化监控手段，在预防电力设备故障方面不够严谨。目前文山供电局变电站普遍采用了热红外成像智能视频监控管理技术，本文将探讨该智能视频监控系统的具体开发与运行。
1 智能红外热像无人监控系统开发背景与可行性研究
1.1 系统开发背景及意义
20世纪90年代末，美国大部分变电站广泛运用了智能红外线热成像视频监控技术，该技术根据自然界一切温度高于绝对零度（-273 ℃）物体能够每时每刻反射载有物体特征信息的红外线的特性，从而设计出一种能够判别被侧目标温度高低和热分布场的技术，而利用光电红外探测器将物体的发热部位发射出的热辐射功率信号转换成电信号后，再通过成像装置将物体表面的空间温度分布精确的模拟出来，最终形成影像。我国对于热红外城乡技术研究和运用起步较晚，主要以制冷式红外成像设备为主，但是由于该设备使用环境和自身条件的限制，制冷式红外成像技术应用面较窄。近年来，随着社会经济发展和科学技术进步，我国变电站逐渐发展为无人值守的智能化集成化监控。而智能红外热成像无人监控系统开发与实施有利于弥补当前采用容值测量和局部放电难以全面排查缺陷设备的技术空缺，能够减少现场事故，提高电网运行的安全性。
1.2 系统开发可行性与必要性
红外热成像智能视频监控系统的可行性主要表现在以下两个方面：一是项目负责人均为电力系统自动化专业，拥有从事该压试验和一次设备技术监督和管理工作经验，理论知识扎实，实践经验丰富。二是实验条件。文山供电局均配置有红外测温仪，并积累了丰富的历史数据，在建设红外热成像智能监控系统时，可以与之前人工测温所得数据进行比较分析，从而改进设计路线和构思，优化系统构建方案，完善电气设备温度数据库。
2 智能红外热像无人监控系统开发系统结构及创新点
2.1 系统结构
项目研究成果主要由现场单仓云台与红外热像仪监控设备、变电站智能红外热像无人监控系统、终端电脑三部分组成。
2.2 研究创新点
具备国内首创的一线通特点，可以通过光纤通讯接口实时传输包含全部温度数据的红外视频信号，真正做到温度图像的实时性;同时还可以对云台和传感器焦距进行远程实时控制，真正做到了接线更少，安装更简便。研究成果在输出容量、输出频率以及选择频率自动测试的领域比同类装置有明显创新，由于其他同类设备没有针对电容器测试的技术配套参数，且测试频率不可调整，测试时间长达数小时。本项目提出的创新技术路线，采用频率可调整的方法，对于电容器而言一般只需要1～30 k范围的快速测试，几分钟即可完成。同时如果需要对绝缘材料的老化进行深入研究，该装置也可选择超低频段，或者全覆盖频率的测试。
3 红外热成像智能视频监控技术要点分析
3.1 在线红外监测方式及拓扑结构
该系统的在线红外监测方式采用三组红外云台监控前端设备，分别安装与位置优越的建筑物楼顶，通过光纤进入网络主控室，实现对设备的控制机红外图像采集。
3.2 红外图像实时分析与处理
系统通过广电红外探测器将物体发热部位的辐射功率信号转换成电信号后，成像装置便能够一一对应地模拟被测物体表面温度的空间分布，最后经过LX60TM系统软件平台进行处理后，采用测控与分析一体化模式，即同时承担硬件控制，形成热图像视频信号，传送至显示屏幕上，经过数据读取分析与可视化处理后，得出与物体表面热分布相对应的热成像图。红外热像仪可控制热像仪的聚焦、放大缩小、色板、温度范围、目标参数等设置。分析功能实时监测设备的温度变化：点、线、区域测温设置，自动追踪某一区域内的温度最高点，设定等温线显示高温区域;定时、定位自动对红外热图像存储、分析，发现异常情况，自动报警，分析故障设备温度变化的历史曲线。
3.3 监控系统接入内网安全性
本次研究的智能红外线视频监控系统应用了网络层监控技术、应用层监控技术、外设监控技术以及系统监控技术。网络层监控技术规范了系统IP地址访问权限和端口访问权限，对异常故障有实时报警功能。报警条件有高于、低于、区间之内、区间之外4种方式供选择，可通过电网公司短信平台对故障设备进行短信报警。
3.4 云台控制技术
云台控制技术支持远程聚焦、变倍、光圈调整，能够对八个方向进行智能控制。同时云台控制装置能够设置80个以上的预置位，并且对预置位有添加、修改、删除、清空等操作功能。每一组云台对多个点位也就是预置位进行循环监控，并根据每一个预置位的巡航设置信息与报警设置信息进行数据实时处理。
3.5 图像智能识别技术
该系统中利用计算机对显示图像具有分析和解析的功能，将物体中以热辐射为信号的图像进行智能分析和处理，抓住物体图像的特点，支持温标、等温线红外图像分析功能等温线即在某个设定的温度范围内的所有温度点都以同一种颜色进行显示，从而突出被关注的区域。
4 系统试运行与验收测试
通过本项目的实施，改变了我局没有智能红外热像无人监控的局面，2012年11月我们在220 kV文山变电站进行了测试，测试前由南京蓝芯电力技术有限公司技术人员进行了试验培训，红外热成像双视在线监控预警系统硬件（监控主机、交换机、光纤转换器、云台、摄像头、温湿度传感器、交流电压变送器等）、软件设备功能（自动巡检控制功能、报警功能、设备温湿度显示准确率、温度报警显示正确率等）试运行检查结果正常，整个系统运行、使用情况良好。
5 结 语
变电站红外热成像智能视频监控技术实现了变电站内关键设备温度在线实时监测，提前发现安全隐患，为电力系统安全正常运行提供科学参考数据。此外该技术攻克了变电站电气设备运行维护难度大的难题，节省了大量的成本投入，其经济效益显著。变电站采用红外热成像实现在线智能视频监控，有效提高了用电管理水平，降低服务成本，提高了供电质量，帮助电力企业树立安全可靠、值得信赖的企业形象。
参考文献：
[1] 郑裕林.红外视频监控技术在城市监控报警联网系统的应用[J].警察技术，2010，（7）.
[2] 吕立波.红外热成像技术及其在安防领域中的应用[J].中国公共安全（综合版），2008，（7）.
