王德建，朱文軍，魏振強(qiáng)

（1.中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，北京 102206；2.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，天津 300272；3.中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧 大連 116031)

通過前期多家企業(yè)走訪調(diào)研發(fā)現(xiàn)，中石油煉化企業(yè)大都面臨現(xiàn)場檢維修作業(yè)量大、作業(yè)面廣和風(fēng)險(xiǎn)管控難等突出問題，如中石油某煉化企業(yè)（煉油處理能力2000 萬噸/年），企業(yè)平均每天檢維修作業(yè)計(jì)劃150 項(xiàng)左右，非計(jì)劃停工同比有所增加，存在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等危險(xiǎn)因素，增加了風(fēng)險(xiǎn)管控難度，還存在固定視頻監(jiān)控系統(tǒng)存在死角、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管人員不足和現(xiàn)場監(jiān)控流于形式等各種問題。

檢維修作業(yè)涉及危險(xiǎn)化學(xué)品的加工、存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，存在泄漏中毒、火災(zāi)爆炸等事故風(fēng)險(xiǎn)。檢維修作業(yè)屬于石油化工裝置高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，作業(yè)人員眾多，還牽涉承包商等外部單位，而且作業(yè)現(xiàn)場往往存在動(dòng)火、臨時(shí)用電、高處作業(yè)等特種作業(yè)以及眾多交叉作業(yè)。 十三五 以來，施工檢維修作業(yè)事故成為煉化企業(yè)多發(fā)地帶，大連西太、烏石化 等多起事故暴露出檢維修作業(yè)過程中風(fēng)險(xiǎn)管控不足不全面等問題，導(dǎo)致災(zāi)害性后果，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、財(cái)產(chǎn)和生命安全、社會(huì)環(huán)境造成巨大損失。

1 檢維修風(fēng)險(xiǎn)管控現(xiàn)狀分析

針對(duì)檢維修休作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，從專業(yè)公司和煉化企業(yè)的角度在管理方面和技術(shù)方面兩個(gè)層次進(jìn)行調(diào)研分析。

在管理方面，采用制度約束和現(xiàn)場監(jiān)督相結(jié)合的方式。在專業(yè)公司層面，煉油與化工分公司在檢維修作業(yè)方面做了大量的管理規(guī)定，例如中國石油煉油與化工分公司規(guī)章制度（2016）、油煉化[2011]11 號(hào)文件、作業(yè)許可制度、安全隱患治理系統(tǒng)等。其中，中國石油煉油與化工分公司規(guī)章制度（2016）對(duì)動(dòng)火作業(yè)、受限空間作業(yè)、高處作業(yè)、腳手架作業(yè)、臨時(shí)用電作業(yè)、吊裝作業(yè)、挖掘作業(yè)和管線設(shè)備打開作業(yè)在審批流程、作業(yè)類型、風(fēng)險(xiǎn)危害、作業(yè)監(jiān)護(hù)和會(huì)簽等方面做了明確的規(guī)定，避免或降低檢維修作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生；在煉化企業(yè)層面，各企業(yè)安全環(huán)保管理制度清晰，檢維修作利用作業(yè)審批系統(tǒng)先審批后作業(yè)，在現(xiàn)場監(jiān)管方面由安全處和第三方監(jiān)管機(jī)構(gòu)共同管理，安全員和監(jiān)督員根據(jù)作業(yè)許可證的要求對(duì)檢維修作業(yè)進(jìn)行不間斷監(jiān)督，巡檢員抽檢現(xiàn)場監(jiān)督情況并做評(píng)價(jià)。

在技術(shù)方面，各企業(yè)檢維修風(fēng)險(xiǎn)管控手段略有差異，不同程度的應(yīng)用了前端監(jiān)控設(shè)備作為風(fēng)險(xiǎn)管控輔助手段，達(dá)到可視化程度。監(jiān)控設(shè)施主要包括兩類，一類是高清固定視頻監(jiān)控系統(tǒng)，一類是移動(dòng)視頻監(jiān)控設(shè)備。這兩類監(jiān)控設(shè)備一定程度的緩解了現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)控的壓力，但仍不能滿足現(xiàn)場施工作業(yè)的需求，同時(shí)也存在一定的問題：人員長期面對(duì)視頻容易產(chǎn)生疲勞，容易忽略關(guān)鍵的監(jiān)控信息；監(jiān)控畫面無關(guān)鍵信息提示或報(bào)警；固定和移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備分別屬于不同的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有監(jiān)控資源缺乏有效整合；移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，但視頻記錄在現(xiàn)場設(shè)備的記錄卡中，不能通過移動(dòng)終端（手機(jī)等）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的存儲(chǔ)、錄像和回放功能；移動(dòng)式監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控范圍由放置位置決定，不具有自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)、升降及扭轉(zhuǎn)等功能，只能通過現(xiàn)場人員的手動(dòng)調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的監(jiān)控效率；作業(yè)現(xiàn)場信號(hào)覆蓋率不夠，部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差。

2 檢維修風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集團(tuán)公司要求大力推行可視化管控，施工現(xiàn)場、作業(yè)現(xiàn)場可視化，讓現(xiàn)場作業(yè)人員、管理人員始終感覺到背后有一只眼睛盯著，實(shí)現(xiàn)所有的違規(guī)問題全程記錄、可回放。

根據(jù)集團(tuán)公司科技管理部對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的研究要求，結(jié)合煉化企業(yè)現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)管控措施，針對(duì)上述諸如監(jiān)控死角、監(jiān)控量大、監(jiān)管人員不足和違章不可追溯等問題，利用信息化、可視化和智能化的技術(shù)來突破施工風(fēng)險(xiǎn)管控。研發(fā)一種基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的檢維修作用風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)、可視、交互指導(dǎo)和監(jiān)控作業(yè)過程，能夠?qū)⑹┕ぷ鳂I(yè)的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)提示給現(xiàn)場監(jiān)督人員，能夠?qū)F(xiàn)場操作界面實(shí)時(shí)傳送至智能終端，專家能夠和現(xiàn)場人員進(jìn)行交流和監(jiān)督等，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)過程全紀(jì)錄和可追溯，此系統(tǒng)由中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院研發(fā)，實(shí)踐應(yīng)用處于實(shí)驗(yàn)階段。

基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的檢維修作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)，是利用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建 智能眼鏡+移動(dòng)終端+固定終端 三位一體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。用戶佩戴智能眼鏡，針對(duì)檢維修作業(yè)中的作業(yè)對(duì)象（煉化設(shè)備），開啟煉化設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別與跟蹤功能，自動(dòng)識(shí)別成功后，將監(jiān)控內(nèi)容實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，將現(xiàn)場的裝置、數(shù)字化信息（規(guī)范化操作信息、風(fēng)險(xiǎn)管控信息、設(shè)備信息和歷史記錄等）在同一視景下，通過可穿戴式設(shè)備或智能終端呈現(xiàn)給不同的用戶，對(duì)檢維修作業(yè)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、指導(dǎo)、風(fēng)險(xiǎn)提示和預(yù)警。

識(shí)別技術(shù)是此系統(tǒng)最重要是技術(shù)，包括文字識(shí)別、數(shù)字圖像處理與識(shí)別、物體識(shí)別。文字識(shí)別般是識(shí)別字母、數(shù)字和符號(hào)，可識(shí)別印刷文字和手寫文字；數(shù)字圖像處理和識(shí)別具有存儲(chǔ)和傳輸方式便捷、傳輸過程中不易失真、處理難度小等優(yōu)勢；物體的識(shí)別是對(duì)三維世界的客體及環(huán)境的感知和認(rèn)識(shí)，屬于高級(jí)的計(jì)算機(jī)視覺范疇，它是以數(shù)字圖像處理與識(shí)別為基礎(chǔ)的結(jié)合人工智能和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的技術(shù)。識(shí)別技術(shù)以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，主要包括設(shè)備圖像分類技術(shù)、目標(biāo)檢測技術(shù)和目標(biāo)跟蹤技術(shù)，智能眼鏡開啟設(shè)備自動(dòng)識(shí)別與追蹤功能，實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器，對(duì)場景視頻中的特定設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別與跟蹤。

識(shí)別技術(shù)由信息獲取、預(yù)處理、特征選擇、分類器設(shè)計(jì)、分類決策等步驟組成，識(shí)別過程如圖1 所示。

圖1 圖像識(shí)別過程

3 檢維修風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的檢維修作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)，選擇 機(jī)泵故障檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 作為本系統(tǒng)檢維修作業(yè)環(huán)境，該系統(tǒng)主要包括硬件部分和軟件部分，硬件部分由計(jì)算平臺(tái)、服務(wù)器、固定終端、移動(dòng)終端、智能眼鏡和工業(yè)攝像頭等組成，軟件部分包括移動(dòng)客戶端軟件系統(tǒng)、服務(wù)器端軟件系統(tǒng)、手機(jī)端軟件系統(tǒng)和臺(tái)式機(jī)固定端軟件系統(tǒng)。利用工業(yè)攝像頭、智能眼鏡和移動(dòng)終端掃描現(xiàn)場，通過服務(wù)器和計(jì)算平臺(tái)的運(yùn)算，最終在固定終端、移動(dòng)終端和智能眼鏡上可進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)警示和實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.1 布置圖

基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的檢維修作用風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)搭建在安全技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，安全技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室是中國石油HSE 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的組成部分，其中，動(dòng)設(shè)備故障診斷實(shí)驗(yàn)室（圖2 左側(cè)）搭建本系統(tǒng)作業(yè)環(huán)境，在過程安全實(shí)驗(yàn)室（圖2 右側(cè)）搭建本系統(tǒng)主要部件，灰色框內(nèi)為本系統(tǒng)具體布置圖，如圖2 所示。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)布置圖

3.2 主要硬件

（1）智能眼鏡。智能眼鏡滿足移動(dòng)需求，支持移動(dòng)、聯(lián)通、電信4G3G2G 網(wǎng)絡(luò)，可以跨國使用，適配特種行業(yè)專網(wǎng)通訊，支持WiFi/BT/GPS、北斗。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，智能眼鏡采用Android8 以上分體式雙目智能眼鏡設(shè)計(jì)，防爆等級(jí)滿足煉化企業(yè)要求。重量不超過80g，長時(shí)間佩戴舒適，具有“S”鼻托設(shè)計(jì)及鏤空型貼合性鏡腿設(shè)計(jì)，可有效平衡佩戴受力，支持佩戴近視眼鏡用戶使用。IP66 的防護(hù)等級(jí)，完全隔絕粉塵侵入，可承受強(qiáng)烈雨水沖刷，輕松應(yīng)對(duì)各種極端環(huán)境；配備工業(yè)級(jí)大感光芯片攝像頭；雙目1280×720 高清分辨率，

9 e 超大畫面，光學(xué)顯示通透性高，無畸變；入眼亮度可達(dá)500nit，在室外強(qiáng)光下畫面依然清晰可見，強(qiáng)光下清晰畫質(zhì)；融合語音、物理觸控等多種自然人機(jī)交互方式。

（2）計(jì)算平臺(tái)。計(jì)算平臺(tái)支持單路IntelXeonE5-2600v4 系 列 處 理 器， 板 載IntelX99 芯 片 組，8 個(gè)DDR42400MHzECCREGDIMM， 最 大 支 持128GB 內(nèi) 存。7 個(gè)3.5"SATA3 硬 盤 位，支 持RAID0、1、5、10。7 個(gè)（h ）PCI-E3.0 全高業(yè)務(wù)插槽，最大支持4 塊雙槽位主動(dòng)散熱GPU。板載Inteli210-AT 千兆網(wǎng)卡，板載RealtekALC1150聲卡，2000W 白金單電源。

機(jī)箱采用超靜音塔式機(jī)箱577mm×243mm×585mm（高h(yuǎn)寬h 深），CPU 為IntelXeon8 核心2.1GE5-2620v4，內(nèi)存為16GBDDR42666MHzECCREG，系統(tǒng)盤為480GBSATASSD 企業(yè)級(jí)固態(tài)硬盤，數(shù)據(jù)盤為4TB128MB7200 轉(zhuǎn)SATA 企業(yè)級(jí)硬盤，

GPU 為NVIDIA TITAN RTX24G，CUDA 環(huán)境包括CUDA 驅(qū)動(dòng)、CUDA 工具包、CUDASamples 等。

計(jì)算平臺(tái)主板擴(kuò)展性強(qiáng)、插槽多，預(yù)留了足夠的內(nèi)部空間以便日后進(jìn)行硬盤和電源的冗余擴(kuò)展，集速度應(yīng)用、存儲(chǔ)應(yīng)用和計(jì)算應(yīng)用等多種常見的服務(wù)應(yīng)用于一身。

此外，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)還需要服務(wù)器、工業(yè)攝像頭、固定終端、防爆移動(dòng)終端和配件等重要硬件。

3.3 主要軟件

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要軟件包括服務(wù)器端軟件系統(tǒng)、移動(dòng)防爆端軟件系統(tǒng)、固定終端軟件系統(tǒng)和智能眼鏡端軟件系統(tǒng)，共四部分軟件子系統(tǒng)。

（1）服務(wù)器端軟件系統(tǒng)。在服務(wù)器端開發(fā)一套軟件系統(tǒng)，包括對(duì)客戶端傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收/傳輸，對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼，管理視頻數(shù)據(jù)，評(píng)估視頻質(zhì)量，任務(wù)處理，用戶身份管理等功能，是整套系統(tǒng)的核心系統(tǒng)。各模塊功能如下：①數(shù)據(jù)接收/傳輸模塊：包含數(shù)據(jù)的傳輸和接受兩個(gè)子模塊，分析和解釋已構(gòu)建的傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，接收客戶端傳來的數(shù)據(jù)，傳輸視頻數(shù)據(jù)和指令參數(shù)數(shù)據(jù)至客戶端。②視頻解碼模塊：分析接收到的流數(shù)據(jù)，按照安全協(xié)議和視頻編碼協(xié)議進(jìn)行解碼，獲得視頻數(shù)據(jù)。③視頻管理模塊：根據(jù)視頻數(shù)據(jù)內(nèi)在參數(shù)，設(shè)計(jì)視頻管理規(guī)則，對(duì)視頻進(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供增加、刪除、修改、查詢等功能。④視頻質(zhì)量評(píng)估模塊：對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，構(gòu)建視頻質(zhì)量調(diào)整模型，以獲得高質(zhì)量的顯示效果。⑤任務(wù)處理模塊：設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫，對(duì)任務(wù)進(jìn)行構(gòu)建、指派、提醒、收集、分析。提供增加、刪除、查詢、存檔等管理功能管理。⑥用戶身份管理模塊：對(duì)用戶進(jìn)行身份管理，提供注冊(cè)、修改、查找、刪除功能。⑦服務(wù)器端軟件GUI：監(jiān)控客戶端，以可視化方式顯示上述功能模塊。

在智能眼鏡端和移動(dòng)防爆端各開發(fā)一套軟件系統(tǒng)，用于視頻數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集、顯示、臨時(shí)存儲(chǔ)、協(xié)議設(shè)計(jì)、傳輸、接收服務(wù)器端的視頻質(zhì)量分析數(shù)據(jù)、接受服務(wù)器端的任務(wù)等。

（2）移動(dòng)防爆端軟件系統(tǒng)。在手機(jī)端開發(fā)一套軟件系統(tǒng)，用于查看服務(wù)器端傳回的任務(wù)，訪問服務(wù)器端的視頻并進(jìn)行本地的管理，核心模塊功能如下：①用戶登錄模塊：設(shè)計(jì)密碼協(xié)議，以密碼登錄軟件管理系統(tǒng)。②任務(wù)接受/執(zhí)行/回饋模塊：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，接受服務(wù)器傳來的任務(wù)信息，進(jìn)行執(zhí)行信息記錄，整理傳輸執(zhí)行信息狀況。③視頻管理模塊：采用和眼鏡端類似的方式進(jìn)行視頻采集、傳輸、接收、管理，提供功能類似。④客戶端軟件GUI：設(shè)計(jì)鍵盤和輸入方式，以可視化方式管理和顯示上述功能模塊。

（3）固定終端軟件系統(tǒng)。在固定終端開發(fā)一套軟件系統(tǒng)，用于查看服務(wù)器端傳回的任務(wù)，訪問服務(wù)器端的視頻并進(jìn)行本地的管理，核心模塊功能如下：①用戶登錄模塊：設(shè)計(jì)密碼協(xié)議，以密碼登錄軟件管理系統(tǒng)。②任務(wù)制定/接受/執(zhí)行/回饋模塊：根據(jù)用戶身份信息，制定任務(wù)，并和服務(wù)器同步。還可以接受服務(wù)器傳來的任務(wù)信息，進(jìn)行執(zhí)行信息記錄(如監(jiān)控)，整理傳輸執(zhí)行信息狀況。③視頻管理模塊：對(duì)服務(wù)器端傳來的視頻進(jìn)行接收、瀏覽、暫停、定位等，和手機(jī)端軟件系統(tǒng)提供功能類似，但不提供采集功能。④客戶端軟件GUI：設(shè)計(jì)鍵盤和輸入方式，以可視化方式管理和顯示上述功能模塊。

此外，智能眼鏡端軟件系統(tǒng)用于視頻數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)采集、顯示、臨時(shí)存儲(chǔ)、協(xié)議設(shè)計(jì)、傳輸、接收服務(wù)器端的視頻質(zhì)量分析數(shù)據(jù)、接受服務(wù)器端的任務(wù)等。

4 應(yīng)用示范

以離心泵設(shè)備巡檢和離心泵檢維修作用為例，在實(shí)驗(yàn)室作業(yè)環(huán)境下，簡單說說明系統(tǒng)使用流程，如圖3 所示。

離心泵設(shè)備巡檢→智能眼鏡自動(dòng)識(shí)別設(shè)備→巡檢內(nèi)容自動(dòng)匹配→在智能眼鏡上進(jìn)行智能提示→人員根據(jù)提示進(jìn)行巡檢→設(shè)備及提示的虛擬信息畫面實(shí)時(shí)傳輸至固定終端→過程全紀(jì)錄、可追溯。

離心泵檢維修→智能眼鏡自動(dòng)識(shí)別設(shè)備→作業(yè)許可證自動(dòng)匹配→智能眼鏡上作用類型提示→智能眼鏡上風(fēng)險(xiǎn)提示→設(shè)備及提示的虛擬信息畫面實(shí)時(shí)傳輸至固定終端→過程全紀(jì)錄、可追溯。

圖3 離心泵設(shè)備巡檢

5 結(jié)語

當(dāng)今，混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在醫(yī)學(xué)、核電站、電力、建筑、航天、船舶、制造業(yè)、家裝、娛樂和科普等諸多領(lǐng)域開展探索研究和應(yīng)用工作。但在石油石化行業(yè)，使用混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)來輔助企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控工作，還鮮有報(bào)道。開展基于混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的檢維修作用風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)研究是企業(yè)安全技術(shù)發(fā)展的需要，是企業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)研究和戰(zhàn)略儲(chǔ)備研究課題的重要研究內(nèi)容。

風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別檢維修作業(yè)裝置和自動(dòng)匹配作業(yè)許可證，能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)以報(bào)警的方式提示安全員，共享技術(shù)專家能夠?qū)ΜF(xiàn)場人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程全紀(jì)錄和可追溯，在煉化企業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。