农网变电站安防视频检测终端研究与实现

农网变电站大多位于偏远地区且安全管理薄弱，易遭受外来人员非法入侵或无意闯入，从而影响供电安全和人员生命安全。本文提出了以ESP32为核心的公共安全视频检测终端方案，基于帧差法和OpenCV实现入侵检测与合法人员的筛选。实验表明，4米范围内的入侵检测和30˚内的人脸识别精准度都达到了100%。相比传统视频监控系统，本文所提出的方案成本不足百元，且具备合法维保人员自动筛选能力，降低了系统的误报率，为成本受限状况下的农网变电站安全运行提供保障。

随着乡村振兴进程的不断推进，农网变电站在保障能源供应方面扮演着重要的角色[1] [2] [3] [4]。由于农网变电站通常位于偏远地区，且十分受限于建设成本，以至于诸如监控图像传感器等检测装备缺失现象突出，安全管理意识也相对薄弱，诸如小孩攀爬等常无意闯入或非法入侵行为事故频发[5] [6] [7]， 不仅会影响电能传输和运行安全造成经济损失，还会直接关乎人员生命安全。因此，针对农网变电站存在的问题现状，及时发现和防范非法入侵事件，是一个亟待解决的问题。

现阶段，农网变电站通常采用简单围栏实现物理隔离，在电子防护方面投入较少。为此，国内众多学者提出了基于视频技术的入侵检测方案， 通过机器学习算法实现变电站非法入侵行为识别与探测[5] [6] [7]。该类方案大都采用传统的有线视频监控系统，如基于海康大华工业图像传感器，通过高性能的GPU或CPU 实现关键特征提取和多类入侵行为识别，成本十分高昂且需要大宽带传输网络支撑。然而，农网变电站非法入侵通常仅为防范小孩攀爬和动物入侵，且实施十分受限于成本和有限的网络资源，故低成本和无线化视频检测终端必然是农网变电站入侵检测的最优途径[8] [9] [10] [11]。

针对上述问题，本文研究面向农网变电站的低成本变电站，聚焦低成本数字化视频检测终端研究， 基于低成本WiFi SoC ESP32 和OV2640，构建基于帧间差分入侵检测算法和OpenCV (Open Source Computer Vision)的人脸识别算法。此外，为推动检测终端上线数据上云，本文通过国产安路公司设计的FPGA AG1280Q48 实现LTE-Cat.1 等通信接口的拓展，实现入侵行为检测结果上云上线，以及远程与本地语音模块控制。相对于现有方案，该类技术可为现代化乡村电力系统的可靠运行提供有力保障，具有重要的应用价值和推广前景。

2. 系统原理 本文以ESP32 和OV2640 为基础，构建基于帧间差分的运动目标检测算法，在识别移动目标基础上实现人员合法性进一步识别，进而确认是否向指控中心发出预警信息。若一旦发现非法运动目标出现， 该视频检测终端便会立即触发报警功能，通过LTE-Cat.1 模块向云端发送对应的状态信息以期做进一步处理。为说明设计的合理性和有效性，本文将从电路及系统架构、移动目标检测和合法人员识别三方面介绍所设计的视频检测终端。