1、 ，开发应用微型电脑应用 年第 卷第期作者简介：张华（），男，硕士，高级工程师，研究方向为设备运维管理；汤蕾（），女，硕士，工程师，研究方向为带电检测、状态评价工；顾力（），男，本科，高级工程师，研究方向为继电保护；孙博（），男，博士，高级工程师，研究方向为电力电缆运维管理；党志涛（），男，本科，研究方向为电力设备智能感知及状态评估；鲁学昆（），男，本科，研究方向为数字孪生变电站、智慧保电、智慧配电网。文章编号：（）基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法张华，汤蕾，顾力，孙博，党志涛，鲁学昆（国网上海市电力公司浦东供电公司，上海 ；上海友颐信息技术有限公司，上海 ；云智慧（北京）科技有限公司
2、，北京 ）摘要：长期以来，变电站运检违章作业屡禁不止，给电网安全造成了极大的隐患。为了解决变电站运检违章作业监管难的问题，文章提出了一种基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法。基于数字孪生技术，对变电站进行三维建模，实现变电站内设备的三维在线监测。通过变电站的摄像头拍摄视频判断是否有作业人员，针对有作业人员的视频，对作业人员进行全程跟踪，并采用方向梯度直方图判断其行为特征，建立违章行为的作业特征库。在此基础上，判断其行为是否符合违章的特征，若符合违章的特征则通过变电站扬声器进行语音提示。将文中所提方法应用于某区域变电站，其结果验证了文中所提方法的有效性。关键词：变电站；数字孪生；方向梯度；违
3、章作业中图分类号：文献标志码：，（，；，；（），）：，：；引言随着人工智能和图像识别技术的迅猛发展，越来越多的视频巡检产品应用于变电站视频巡检中。长期以来，受变电站运检人员的不良作业传统影响，不正确使用安全工器具、接地线不可靠等习惯性违章屡禁不止，给电网的生产造成了极大的安全隐患。同时，电网公司的安全监督人员仅通过人防和技防手段对变电站运维检修人员现场作业进行监督，缺少有效的现场作业监督手段。国内外许多学者对变电站运维人员违章作业告警进行了大量研究。文献 提出了一种基于视频识别技术的作业现场违章告警方法，通过对现场人员、物品和车辆进行实时监测，判断是否存在违章行为和安全风险。文献 提出了一种基
4、于电力违章影响因素的分析方法，通过对电力违章进行层次分解并制定控制对策，从而提高现场作业告警的准确率。文献 提出了一种基于积分机制的违章监测方法，通过实时监测现场作业数据，提高作业违章告警准确率。文献 提出了一种基于物联网技术的电力现场作业安全管理 ，开发应用微型电脑应用 年第 卷第期方法，通过电力传感器实现对电力现场作业任务违章行为的实时监测，有效降低现场作业安全风险系数。文献 提出了一种基于云管边端架构的电力运维人员违章告警方法，通过视频分析实现电力运维人员的违章实时告警。由此可见，变电站运维人员违章作业告警方法多样。但由于变电站内设备众多，现有的视频分析作业仅局限于某一点，若变电站运维人
5、员在盲区外进行违章作业，则不能及时发现。针对变电站运检违章作业监管难的问题，文中提出了一种基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法。首先采用数字孪生技术，对变电站进行三维建模，消除违章作业监测盲区。其次，通过摄像头拍摄视频判断是否有作业人员，若出现作业人员则进行全程视频跟踪，并采用方向梯度直方图判断其行为特征，建立违章行为的作业特征库。在此基础上，判断其行为是否符合违章的特征，若符合违章的特征，则通过变电站扬声器进行语音提示，实现对违章作业的提前预防。运维人员违章作业告警框架基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法框架主要包括变电站三维建模、变电站作业人员检查、变电站作业人员行为分析、变电站作
6、业人员违章检测和变电站作业人员违章告警五部分内容，如图所示。图变电站运维人员违章作业告警框架图由图可见，在变电站三维建模环节中，通过数字孪生技术，对变电站的站房土建、设备等进行三维建模，消除变电站违章作业监测死角。在变电站作业人员检查环节，首先判断变电站大门或其他位置是否有现场运维作业人员进入，若监测界面中出现了现场运维作业人员，则控制多个摄像头进行现场作业人员在变电站的全程跟踪；在变电站作业人员行为分析环节，通过方向梯度直方图判断变电站运维人员的违章行为特征并建立违章行为的作业特征库。在变电站作业人员违章检测环节，结合违章行为作业特征库，判断视频中的变电站现场运维作业人员是否存在违章隐患。在
7、变电站作业人员违章告警环节，则通过变电站扬声器对于存在违章隐患的变电站现场运维作业人员进行语音告警。运维人员违章作业告警建模 变电站三维建模数字孪生是一项综合性的信息技术，利用设备的物理模型、量测传感器的实时监测等数据，在虚拟的空间内完成实体设备的空间映射，可完整地反映实体设备的全寿命周期过程。数字孪生可有效对变电站运维人员的作业全过程进行监督，对可能存在的违章风险进行提示。在变电站数字孪生中，将变电站的站房土建、设备、进入变电站作 业 人 员 等 实 体 信 息 映 射 到 虚 拟 场 景 中，如 图 所示。图变电站数字孪生架构图由图可见，首先对变电站的实体信息进行数字化检测，形成量测融合检
8、验模型；对运行信息进行监测，形成数据模型。然后，对数据关联特征进行提取，并对相关的业务场景进行定义，最后通过仿真形成变电站数字孪生体，以消除变电站违章作业监测死角。基于变电站的数字孪生体，建立变电站的三维数字模型，首先通过层次细节模型（）对变电站实体进行区块网格化。然后采用渲染规则从顶向下进行三维模型建立。设为变电站实体的物理信息，为变电站三维模型渲染的细粒度，为变电站三维模型的截距，变电站三维模型为（）然后进行变电站三维模型的颜色校准，设颜色校准前为 ，激励颜色矩阵为，校准后的变电站三维模型为：（）变电站作业人员检查变电站作业人员检查是判断变电站内是否进入了运维人员。首先通过摄像头判断变电站
9、的大门或者其他角度是否有进入的现场运维作业人员。文中，通过方向梯度协方差进行人员检测，设被检测的人员特征值为（）和（），其随机变量为和，图像检测的协方差为为（）（）（）若变电站的摄像头发现了进入的作业人员，则控制多个摄像头对现场作业人员进行全程跟踪。变电站作业人员行为分析方向梯度直方图（）可以较好地描述变电站运维人员作业的行为，因此文中选用 方法判断变电站运维人员作业人员是否存在违章行为。设输入图像的中像素点的变电站运维作业人员水平梯度点为（，），垂直梯度点为（，），变电站运维作业人员的方向梯度（，）为（，）（，）（，（）（）通过方向梯度直方图，可判断变电站运维人员的违章行为特征，在此基础上建
10、立违章行为的作业特征库。变电站作业人员违章检测结合违章行为作业特征库，判断视频中的变电站现场运 ，开发应用微型电脑应用 年第 卷第期维作业人员是否存在违章隐患。文中采用 方法判断变电站现场运维作业人员的违章作业行为隐患。设变电站运维作业人员水平梯度点为（，），垂直梯度点为（，），变 电 站 运 维 作 业 人 员 的 方 向 梯 度 幅 值为（，）（，）（）若方向提取赋值超过阈值，则判定变电站运维作业人员具有违章作业隐患。变电站作业人员违章告警对于存在违章隐患的变电站运维作业人员，文中所提方法则控制变电站的扬声器或广播对该类违章风险人员进行语音告警，避免变电站运维检修违章作业发生，提高违章作业
11、风险防范能力。运维人员违章作业告警仿真流程基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法仿真流程如图所示。图变电站运检违章作业告警方法仿真流程图步骤：通过数字孪生技术对变电站进行三维建模；步骤：判断变电站是否有现场作业人员，若有则进行视频全程跟踪。步骤：对变电站现场作业人员的行为进行检测判断，将存在的违章作业特征建立运维作业人员特征库。步骤：检测变电站运维现场作业人员是否存在违章作业行为风险。步骤：对于存在违章作业行为风险的人员进行语音告警。算例分析为验证文中所提的基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法的有效性，在某区域变电站进行实例验证，采用的操作系统为 ，处理器因特尔 核 ，内存。（）违章作业
12、告警模型运行耗时违章作业告警模型运行耗时是反映模型运行速度的关键指标。模 型 运 行 耗 时 越 短，对 于 违 章 作 业 告 警 提 醒 也越好。选取违章作业视频样本数量为、个，进行违章作业模型运行，对比文中所提基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法与局部色位检测法的耗时，对比结果如表所示。表违章作业告警模型运行耗时对比表违章视频数量个模型运行耗时 数字孪生局部色位检测 由表可见，文中所提基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法在多组违章视频的检测中，耗时均短于局部色位检测方法。（）违章作业告警模型判断准确度变电站运检违章作业告警判断准确度是作业告警的核心指标，将告警正确的违章作业与违章
13、作业总数进行比较，其比值即为变电站运维人员违章作业告警准确率。选择变电站运维人员作业视频的样本数量为 、个，进行违章作业告警准确率比对，比对结果如图所示。图违章作业告警模型告警准确率对比图由图可见，文中所提基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法在多组判断中，其告警准确率高于局部色位检测方法。总结为解决变电站运检违章作业监管难的问题，文中提出了一种基于数字孪生的变电站运检违章作业告警方法。在采用数字孪生对变电站进行三维建模的基础上，通过摄像头判断变电站是否有作业人员，并进行全程跟踪和违章作业风险辨识，若出现违章作业风险，即通过扬声器进行语音告警。最后，将文中所提方法应用于某区域变电站，其结果验
14、证了文中所提方法的有效性。，开发应用微型电脑应用 年第 卷第期下一步，将结合 技术，对输电线路的违章作业行为告警做进一步研究。参考文献唐冬来，郝建维，刘荣刚，等 基于动态规划的配电台区三相负荷不平衡治理方法电力系统保护与控制，（）：刘长春探究低压维修电工习惯性违章诱因及应对措施大科技，（）：韩明地维修电工习惯性违章的心理因素分析中外交流，（）：沈硕尧，逯沙鸥，王博电力企业的习惯性违章与治理策略产业创新研究，（）：周秀丽，王涛，王保涛习惯性违章的监督管理现代职业安全，（）：张繁，朱金垦，蔡丽芳供电企业防习惯性违章的管理措施电力安全技术，（）：刘玉林视频识别技术在作业现场违章行为预测方面的 应 用
15、 安 全、健 康 和 环 境，（）：王孟邻，陈艳电力作业违章影响因素的解释结构模型和控制对策大众用电，（）：袁太平，何雯电力工程施工人员违章扣分机制的应用与实践企业改革与管理，（）：唐冬来，倪平波，李玉，等基于互信共识标识的县域屋顶光伏消纳交易策略电力系统自动化，（）：姚锦松，周伟绩，印欣，等基于泛在电力物联网理念的电力工作现场安全远程稽查系统建设与应用四川电力技术，（）：易扬，冯锦丹，刘金山，等复杂产品数字孪生装配模型表达与精度预测计算机集成制造系统，（）：吴军，刘祺昌，黄明益城市视频实景地图构建初探中国图象图形学报，（）：（收稿日期：）（上接第 页）图种不同算法的总体多样性对比图种不同算法
16、的个体多样性对比由图可得，引入了项目疲劳函数的 算法能有效提高推荐结果的多样性，虽然准确性略低于传统 算法，但由于 算法同时考虑了用户的评分信息和包含所有项目的主题模型，所以其准确性高于仅考虑用户评分信息的 算法。由图和图可得，由于 算法引入了项目疲劳函数，所以低热度项目的推荐权重获得了提高，综合各项性能指标 算法具有最好的推荐效果。总结本文提出了一种基于项目疲劳与偏好多样性的 推荐算法，采用均值聚类算法计算用户的多样倾向度，整合了矩阵分解与项目疲劳函数，结合多样倾向度对项目疲劳函数的权重进行调整，使低热度项目获得推荐的几率大幅提高。实验结果表明，算法具有较高的准确性，同时也使系统向用户提供的推荐列表更具多样性，能够基本满足用户对于推荐结果的多样性需求。参考文献田维安，陈红梅，周丽华基于相似用户好奇心的多样性推荐方法 计算机工程与应用，：（）：朱实强智能算法推荐技术的逻辑理路与规制分析科技经济导刊，（）：沈斌，王潇，谭言针对信息异化的智能推荐技术应对策略青年记者，（）：李康辉 算法推荐背景下主流意识形态网络引领力困境公关世界，（）：张玉洁，董政，孟祥武个性化广告推荐系统及其应用研究计算
