一种快速的变电站高压警戒区域碰撞检测算法方法

摘要

一种快速的变电站高压警戒区域碰撞检测算法方法：导入三维变电站物理模型，获取高压警戒区域范围；基于摄像机类型、安装位置及观测视角，确定可视区域半径；以各个摄像机为中心，建立表征高压警戒区域多边形的一次组合多项式；利用三维空间的人体垂直投影圆环与该组合多项式的联立解析方程组的多重验证，实现多角度判断人的运动行为是否触碰高压警戒区域的检测。该算法避免了单一摄像机画面可能存在的视觉盲区或角度偏离而导致的检测证据不足问题，提高了碰撞检测的准确度。经过实验证明该算法简洁高效，快速准确，非常适用于无人值守的变电站高压警戒区域的安全维护。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人值守变电站高压警戒区域越界监测的方法，尤其是涉及一种基于 多摄像机视觉交汇区域中运动的人触碰虚拟警戒线的越界监测方法。

背景技术

从“十一五”后期开始，智能变电站已经成为智能电网的重要组成部分，从技术上讲， 需要与之配套的变电站场景设备与环境的监测监控。为保障电网安全运行，避免变电站工 作场景下的人有意或无意的碰撞或闯入高压警戒区域而导致的安全防范问题而研究此课 题。所谓的高压警戒区域碰撞检测是指根据高压警戒区域范围、摄像机类型和视角、当前 运动的目标，通过在摄像机监测范围内，检测运动的目标是否与警戒区域发生交互，若发 生碰撞，应立即告警，从而保证电网设备安全生产。

无人值守变电站现有的视频监控系统中存在的主要问题是：被监测区域的行为判断是 通过人工监视实现的，没有智能视频分析手段，由此可能造成百密一梳的结果，视频监视 系统的实际功效不大。

为保障电网安全运行，解决无人值守变电站的安全防范问题，有必要进行变电站视频 监控的智能分析处理，快速准确、真实地反映出现场环境的情况，以便进行实时的响应， 这样可以减少巡检人员的工作强度，提高变电站的安全警卫工作质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是提出一种快速的变电站高压警戒区域碰撞检测算法方 法，能有效的结合变电站工作场景下的人有意或无意碰撞或闯入高压警戒区域的情况，快 速、高效、准确的感知发生这类事件的时间与位置，及时发出告警信号，避免电网设备安 全生产过程中的意外问题。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种快速的变电站高压警戒区域碰撞检测算法方法，其特征是：包括以下步骤：

S1导入变电站三维物理模型到unity3d中，获取待监测高压警戒区域的平面坐标范围； 确定高压警戒区域周围布点的摄像机类型与物理参数；确定运动目标的位置，推算其运动 速度；

S2计算以各个摄像机为三维坐标系原点、被监测目标为终点的射线段在X‐Y平面的投 影：在三维坐标系中，摄像机用表征被监测目标对象的位置，是所述射线段长 度，α是图2中的射线段在X‐Y平面投影线段与X轴之间的夹角，β是该射线段与Z轴之间 的夹角；这三个参数均可由摄像机确定监测目标对象的位置时给出，可以视为已知参数； 基于该参数组，求出目标对象在二维坐标平面上的位置；

目标射线段在X‐Y平面的投影：

目标对象投影点坐标：

建立碰撞行为检测方程组：

将位置坐标代入该方程组，检查是否满足该方程；若满足其中的一个或多个方 程，则表明碰撞行为发生；否则未发生碰撞；

说明：由于具有运动特性，故用表示被监测目标的时间运动轨迹。 是人体投影圆环的半径，可用经验数值表示；

S3鉴于二维平面多边形警戒区总存在一个范围，即：

若在这个范围之外，则肯定不会发生碰撞；仅当位于这个范围时，才 将坐标带入一次线性方程组，检验是否使之成立，进而做出是否发生碰撞行为的判断；

S4基于单摄像机视觉区域碰撞检测算法公式（3）可能存在三种情况：

0个交点：说明运动的人体并没有触碰高压警戒区域，此时，不能使得任何一 个一次方程式成立；

1个交点：说明运动的人体触碰了高压警戒区域的某条线段中部，此时，可以使 得一次方程组中的某个方程式成立；

2个交点：说明运动的人体触碰了高压警戒区域的某两个相交线段的顶点，此时， 可以使得一次方程组中的某二个一次方程式同时成立。这种情况其实也是一种碰撞 检测复证。

S5对于两台或两台以上的摄像机的应用场景，应基于每台摄像机为中心建立三维空间 监测区域，分别跟踪警戒区域中出现的运动体，结合上述步骤2～4的计算分析，给出是 否触碰高压警戒区域的判断。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明利用三维空间的人体垂直投影圆环与二维平面多边形警戒区组合多项式的联 立解析方程组的多重验证，实现多角度判断人的运动行为是否触碰高压警戒区域的检测。 该算法避免了单一摄像机画面可能存在的视觉盲区或角度偏离而导致的检测证据不足问 题，提高了碰撞检测的准确度。经过实验证明该算法简洁高效，快速准确，非常适用于无 人值守的变电站高压警戒区域的安全维护。

附图说明

图1为碰撞检测二维平面投影示意图；

图2为目标对象坐标计算方法示意图；

图3为算法流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例，结合附图对本发明的各个细节进行详细描述。

本发明的快速的变电站高压警戒区域碰撞检测算法方法实施例，包括以下步骤：

S1导入变电站三维物理模型到unity3d中，获取待监测高压警戒区域的平面坐标范围； 确定高压警戒区域周围布点的摄像机类型与物理参数；确定运动目标的位置，推算其运动 速度；参见图1，其为碰撞检测二维平面投影示意图，是该算法的原理图，在摄像机交叉 区域范围内，变电站的高压警戒区域呈现为虚拟的二维多边形平面区域，可以使用一次直 线方程组表示；对于人的运动，我们用胶囊体包围盒的垂直投影在二维平面上的圆环表示 其实际占有的空间与位置；

S2计算以各个摄像机为三维坐标系原点、被监测目标为终点的射线段在X‐Y平面的投 影：在三维坐标系中，摄像机用表征被监测目标对象的位置，是射线段长度， α是图2中的射线段在X‐Y平面投影线段与X轴之间的夹角，β是该射线段与Z轴之间的夹 角；这三个参数均可由摄像机确定监测目标对象的位置时给出，可以视为已知参数；基于 该参数组，求出目标对象在二维坐标平面上的位置；

目标射线段在X‐Y平面的投影：

目标对象投影点坐标：

碰撞行为检测方程组：

将位置坐标代入该方程组，检查是否满足该方程；若满足其中的一个或多个方 程，则表明碰撞行为发生；否则未发生碰撞；即检测运动的圆环是否与一次方程组相切或 相交，任何一个发生都说明碰撞行为的发生，即可发出报警信号。

说明：由于具有运动特性，故用表示被监测目标的时间运动轨迹。 是人体投影圆环的半径，可用经验数值表示；

S3鉴于二维平面多边形警戒区总存在一个范围，即：

若在这个范围之外，则肯定不会发生碰撞；仅当位于这个范围时，才 将坐标带入一次线性方程组，检验是否使之成立，进而做出是否发生碰撞行为的判断；

S4基于单摄像机视觉区域碰撞检测算法公式（3）可能存在三种情况：

0个交点：说明运动的人体并没有触碰高压警戒区域，此时，不能使得任何一 个一次方程式成立；

1个交点：说明运动的人体触碰了高压警戒区域的某条线段中部，此时，可以使 得一次方程组中的某个方程式成立；

2个交点：说明运动的人体触碰了高压警戒区域的某两个相交线段的顶点，此时， 可以使得一次方程组中的某二个一次方程式同时成立。这种情况其实也是一种碰撞 检测复证。

S5对于两台或两台以上的摄像机的应用场景，应基于每台摄像机为中心建立三维空 间监测区域，分别跟踪警戒区域中出现的运动体，结合上述步骤2～4的计算分析，给出 是否触碰高压警戒区域的判断。