Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính tự động đọc mực nước hồ thủy điện bằng camera

Thực hiện chỉ đạo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Tổng Công ty Phát điện 2 về việc thực hiện các giải pháp và ứng dụng số nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh, Công ty Thủy điện Sông Bung đã áp dụng thành công Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính tự động đọc mực nước hồ Thủy điện Sông Bung 2 và Sông Bung 4 bằng camera.

Theo thiết kế ban đầu, cả 2 hồ thủy điện Sông Bung 2 và Sông Bung 4 đều sử dụng cảm biến đo mực nước hồ bằng công nghệ áp lực thủy tĩnh. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng cảm biến có những hạn chế như: Giá trị đo lường không chính xác; thường xuyên thay đổi dải đầu ra khi chất lượng nước trong hồ thay đổi theo mùa, tín hiệu truyền về là 4÷20 mA có độ phân giải thấp, phải chỉnh định thường xuyên.

Vì vậy, tín hiệu này không được làm kênh đo lường chính thức để sử dụng ghi nhận cho giá trị mực nước hồ mà phải phụ thuộc vào camera quan sát hoặc quan sát trực tiếp trên thước thủy chí của nhân viên vận hành.

Trước thực tế đó, Phòng Kỹ thuật và An toàn – Công ty Thủy điện Sông Bung đã chủ động tìm hiểu để lựa chọn phương án lắp đặt phù hợp. Theo đó, công nghệ đo mực nước hồ hiện nay chia làm 2 nhóm cơ bản gồm: Nhóm không cần lắp đặt ống bao: Siêu âm, Rada... – Nhóm này có độ chính xác không cao, bị ảnh hưởng bởi thời tiết...); và Nhóm cần lắp đặt ống bao, sử dụng phao: Laser, Encoder... – Nhóm này thì việc thi công ống bao phức tạp và phải đợt mực nước hồ xuống dưới mực nước chết mới lắp đặt hoàn thành.

Bên cạnh đó, cho dù các loại cảm biến trên có độ chính xác cao, ổn định thì việc căn cứ theo thước thủy chí vẫn được ưu tiên, độ chính xác của thước thủy chí chỉ phụ thuộc vào lúc thi công lần đầu. Theo hiện trạng trên, cùng với việc nhằm nâng tính ứng dụng công nghệ mới, chuyển đổi số, theo dõi một cách thuận tiện hơn. Phục vụ cho việc truyền số liệu trực tuyến về các cơ quan chức năng giá trị mực nước hồ Thủy điện Sông Bung 2 và Sông Bung 4, Phòng Kỹ thuật và An toàn đã chủ động đề xuất thực hiện phương án “Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính để tự động đọc mực nước hồ Thủy điện bằng camera”. Cụ thể như sau:

Thước thủy chí tại hồ Thủy điện Sông Bung 4

+ Tận dụng thước thủy chí có sẵn tại 2 hồ Sông Bung 2 và Sông Bung 4; lắp đặt thêm hệ thống camera độc lập cấu hình cao (độ phân giải 8MP, tầm xa hồng ngoại 500IR, điều khiển PTZ) và ứng dụng công nghệ xử lý ảnh, thị giác máy tính (OpenCV), sử dụng các thuật toán trên nền ngôn ngữ lập trình Python để phân tích đối tượng là “mặt nước hồ”, xử lý hình ảnh sau đó tự động xuất ra giá trị mực nước hồ qua giao thức truyền thông để gởi về hệ thống DCS, các cơ quan chức năng… thay vì phải đọc bằng mắt và nhập thủ công.

Hình ảnh, số liệu đọc được sau khi qua phần mềm xử lý tại Thuỷ điện Sông Bung 4

Tủ thiết bị tự động đọc giá trị mực nước hồ Thủy điện Sông Bung 2

Ưu điểm và các tính năng của hệ thống:

- Không cần phải thi công lắp đặt ống như các cách đo mực nước hồ bằng cảm biến áp suất thủy tĩnh, laser, encoder…;

- Không bị ảnh hưởng của yếu tố môi trường, kể cả ban đêm hoặc trời mưa;

- Có tính năng cài đặt tần suất và thời gian lấy mẫu nên sẽ khắc phục được sự dao động của mực nước hồ;

- Sử dụng nguồn điện độc lập bằng ắc quy, pin năng lương mặt trời phù hợp với việc trong mùa mưa bão điện lưới không đảm bảo;

- Truyền thông mở nên có thể truyền giá trị mực nước hồ về phòng Điều khiển trung tâm bằng đường không dây. Thiết bị có sử dụng máy tính công nghiệp kết hợp mạng 4G nên việc kết nối qua mạng Internet tương đối dễ dàng.

Cấu hình truyền thông xuất số liệu

Nhược điểm và các khó khăn trong quá trình áp dụng:

- Đối tượng chính của thuật toán xử lý là “mặt nước hồ”, sử dụng các hàm về độ sáng điểm ảnh để nhận diện, vì vậy trong quá trình xử lý ảnh nếu gặp phải các lớp ghép bê tông có bề mặt sần sùi tạo thành vết dài giống đối tượng “mặt nước hồ” gây nhầm lẫn cho thiết bị;

- Việc tính toán, xử lý hoàn toàn dựa vào chất lượng hình ảnh thước thủy chí thu được từ camera, với trường hợp chất lượng thước thủy chí không được tốt, ví dụ như trường hợp cột mốc số mét bị hư hại, màu sơn các số các vạch bị mờ làm ảnh hưởng quá trình xử lý ảnh của thiết bị.

Để khắc phục tình trạng trên, trong thời gian đến cần cải thiện chất lượng thước thủy chí và thành bê tông xung quanh để nâng cao độ ổn định cho thiết bị.