華能國(guó)際電力股份有限公司上安電廠 劉文智 王 釗 華能國(guó)際電力股份有限公司河北分公司 劉延達(dá)

在我國(guó)發(fā)電能源構(gòu)成中火力發(fā)電占總發(fā)電量比例達(dá)60%以上，燃料則是火電廠生產(chǎn)成本中最高的部分，根據(jù)不同的火電廠裝機(jī)容量，燃料支出可占發(fā)電成本的較大部分。隨著信息技術(shù)的提高，我國(guó)工業(yè)正在向智能化階段發(fā)展。目前我國(guó)大部分火力發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化程度都達(dá)到較高水平，信息化基礎(chǔ)較好，通過數(shù)據(jù)分析、圖像識(shí)別等方式解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題成為電力智能化的一種解決方案。煤場(chǎng)中輸煤皮帶、堆取料機(jī)等設(shè)備屬于對(duì)人身危險(xiǎn)性較高的設(shè)備，加之儲(chǔ)煤場(chǎng)地的重要性，對(duì)封閉煤場(chǎng)進(jìn)行全方位監(jiān)控具有較強(qiáng)的實(shí)際需求，同時(shí)煤場(chǎng)智能安全管控也是打造數(shù)字化煤場(chǎng)過程中不可或缺的一環(huán)。

1 功能需求分析

1.1 研究現(xiàn)狀

為降低儲(chǔ)煤揚(yáng)塵污染風(fēng)險(xiǎn)，本文研究煤場(chǎng)目前已搭建煤棚實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)煤封閉化存放，目標(biāo)是建立封閉煤場(chǎng)內(nèi)部智能安全管控系統(tǒng)。封閉煤場(chǎng)安全主要分為兩方面：一是物的安全，包括儲(chǔ)煤安全與堆取料設(shè)備、輸煤皮帶等；二是人身安全，人員工作安全在電力生產(chǎn)中屬于最重要的因素，在工作中可能會(huì)遇到多種危險(xiǎn)因素，對(duì)人員現(xiàn)場(chǎng)行為實(shí)現(xiàn)多方位監(jiān)控，是提高現(xiàn)場(chǎng)安全管理效果的一項(xiàng)可行手段。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)關(guān)于煤場(chǎng)智能化方面應(yīng)用正在逐漸開展。浙江某公司將自動(dòng)控制、5G 無(wú)線通訊、高清視頻監(jiān)控等技術(shù)與實(shí)際儲(chǔ)煤庫(kù)行車需求相結(jié)合，就火電廠煤儲(chǔ)庫(kù)內(nèi)的行車智能化自動(dòng)運(yùn)行給出了較完備的方案[1]；張冬練，李偉等人針對(duì)斗輪機(jī)定位精度差、管控程序落后等缺點(diǎn)，基于UWB 技術(shù)精確定位開發(fā)了堆取料指導(dǎo)系統(tǒng)，提升了堆取煤精度[2]。

關(guān)于電廠安全監(jiān)控方面，王鑫結(jié)合某電廠安防現(xiàn)狀提出智慧電廠安防總體實(shí)施規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了智慧電廠包括智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和智能門禁及出入口車輛管理系統(tǒng)的安防前端系統(tǒng)[3]；薛明華，艾春美等人根據(jù)電廠安全現(xiàn)狀，針對(duì)人員不正確佩戴安全帽進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)行為，設(shè)計(jì)了一種基于掩膜區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)人員安全帽佩戴行為的高精度識(shí)別[4]；韓超，馬欣欣等人基于對(duì)安全監(jiān)控的需求分析，根據(jù)結(jié)果提出智慧安全系統(tǒng)整體架構(gòu)和應(yīng)用功能，分析、研究和闡述智慧安全新技術(shù)在火電廠重大危險(xiǎn)源中的應(yīng)用及價(jià)值提升點(diǎn)[5]。

1.2 現(xiàn)狀分析

目前燃料運(yùn)行過程中安全監(jiān)控方面存在一些痛點(diǎn)：輸煤系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)值班人員需監(jiān)視多個(gè)畫面，在對(duì)輸煤系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視中難以完全將注意力集中于監(jiān)控系統(tǒng)。目前監(jiān)控矩陣觀察重點(diǎn)主要在輸煤皮帶上，且本項(xiàng)目原視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示畫面數(shù)目明顯少于攝像頭數(shù)目，可能造成包含重要信息的視頻信息無(wú)法及時(shí)顯示到值班人員面前，漏過一些重要的視頻報(bào)警?，F(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)起到的是傳統(tǒng)硬盤刻錄功能，將一定時(shí)間的視頻錄像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，在事件發(fā)生后進(jìn)行視頻的查找和調(diào)取，可能導(dǎo)致查找錄像耗費(fèi)較多的時(shí)間，降低實(shí)際事件處理效率。

將智能識(shí)別技術(shù)與當(dāng)前業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，使用智能視頻技術(shù)對(duì)監(jiān)控畫面中的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，可建立一套智能安全管控系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全管理所需制定相應(yīng)的規(guī)則，進(jìn)行智能識(shí)別和報(bào)警，將會(huì)為運(yùn)行人員高效監(jiān)測(cè)煤場(chǎng)人、物安全狀況帶來(lái)極大的幫助，從而降低運(yùn)行人員監(jiān)控壓力，提高安全管理效率。

1.3 功能描述

本項(xiàng)目所在煤場(chǎng)面積大，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員、車輛多，安全管控難度大。為解決目前煤場(chǎng)監(jiān)控中的痛點(diǎn)，通過使用高清攝像、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析、智能識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)手段搭建智能化煤場(chǎng)中的智能化安全管控系統(tǒng)軟件應(yīng)具備人員、設(shè)備、燃煤三方面安全監(jiān)控功能。

人員安全管理方面：安全帽佩戴識(shí)別功能。利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別出人員是否正確佩戴安全帽，若不滿足正確佩戴安全帽的要求則生成報(bào)警；吸煙識(shí)別功能。利用煤場(chǎng)高清監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別人員是否有抽煙行為；人員舉手識(shí)別功能。利用煤場(chǎng)高清監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)人員舉手動(dòng)作進(jìn)行識(shí)別報(bào)警功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)問題時(shí)可通過該功能及時(shí)通知集控運(yùn)行人員，增加與運(yùn)行人員的溝通渠道，避免通訊受限等極端情況引發(fā)的后果；區(qū)域入侵識(shí)別功能。利用煤場(chǎng)高清監(jiān)控系統(tǒng)在汽車溝及其他重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)劃定虛擬界線作為防入侵區(qū)域，若有人闖入該識(shí)別區(qū)域則快速識(shí)別并發(fā)出報(bào)警；人員倒地識(shí)別功能。利用煤場(chǎng)高清監(jiān)控系統(tǒng)識(shí)別人跌倒時(shí)的動(dòng)作，當(dāng)持續(xù)一段時(shí)間后自動(dòng)生成報(bào)警，保障人身安全。

煤場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)方面：皮帶跑偏功能。通過在封閉煤場(chǎng)輸煤皮帶頭部與尾部增加攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)皮帶跑偏報(bào)警功能，提高皮帶運(yùn)行安全監(jiān)控效率；燃煤安全監(jiān)控方面：煙火識(shí)別功能。利用煤場(chǎng)高清監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)儲(chǔ)煤區(qū)域出現(xiàn)煙、霧、火等情況時(shí)迅速檢測(cè)火情并準(zhǔn)確生成報(bào)警信號(hào)。

2 煤場(chǎng)安全智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

封閉煤場(chǎng)智能安全管理監(jiān)控系統(tǒng)整體共分為四個(gè)層次：現(xiàn)場(chǎng)層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)模型層、應(yīng)用層。

現(xiàn)場(chǎng)層：主要是由高清攝像機(jī)進(jìn)行視頻信號(hào)的采集，將現(xiàn)場(chǎng)圖像信息傳輸至工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。采用高清攝像機(jī)可以提高圖像分辨率，收集更多的視頻信息，提高視頻監(jiān)控效率。各高清攝像機(jī)的安裝位置主要針對(duì)不同功能進(jìn)行確定，面向人員進(jìn)行監(jiān)控的攝像機(jī)應(yīng)安裝在較低的位置以清晰拍攝工作人員狀態(tài)，考慮人員經(jīng)過較多的步道及煤棚出入口位置。針對(duì)皮帶進(jìn)行拍攝的攝像頭安裝位置應(yīng)位于皮帶上方較近處，以確定輸煤皮帶運(yùn)行是否正常。

網(wǎng)絡(luò)層：高清攝像機(jī)采集視頻信號(hào)后接入對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，靠近的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入總網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，最終將視頻信息以碼流的狀態(tài)輸入智能分析終端，實(shí)現(xiàn)視頻信息數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)至服務(wù)器端的傳輸。

數(shù)據(jù)模型層：其硬件設(shè)備主要由智能分析終端和智能識(shí)別服務(wù)器組成。由智能分析終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行接入和處理，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)瀏覽和存儲(chǔ)、錄像檢索和回放等功能，之后將圖像特征相關(guān)數(shù)據(jù)送入智能識(shí)別服務(wù)器中進(jìn)行煤場(chǎng)安全管控功能算法識(shí)別，從而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別實(shí)時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。

應(yīng)用層：主要為基于B/S 結(jié)構(gòu)建立的人機(jī)交互界面（圖1），分為前臺(tái)界面與后臺(tái)界面兩部分。在前臺(tái)界面運(yùn)行人員可在上位機(jī)瀏覽視頻監(jiān)控畫面，根據(jù)工作所需對(duì)視頻信息進(jìn)行瀏覽、回放、報(bào)警記錄查詢等操作。數(shù)據(jù)模型層輸出的報(bào)警信號(hào)采用聲光報(bào)警與畫面顯示同時(shí)輸出的形式第一時(shí)間對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行通知，以避免重要信息被忽略；在后臺(tái)界面，可對(duì)各視頻畫面對(duì)應(yīng)的識(shí)別規(guī)則及安全管控區(qū)域進(jìn)行修改，以適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況變化及硬件維護(hù)需要。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用層結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用

本系統(tǒng)基于煤場(chǎng)原有監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)，利用部分原有攝像機(jī)與新增高清攝像機(jī)共同構(gòu)成視頻信息采集部分，共新增攝像機(jī)23臺(tái)，型號(hào)為DS-2CD7A2D-AQM/TB(2.8～12mm)。其中輸煤皮帶路基兩側(cè)10臺(tái)，于兩側(cè)道路護(hù)欄Z 型間隔安裝，安裝高度2米；煤場(chǎng)出入口正對(duì)門安裝4臺(tái)；汽車溝出入口正對(duì)門安裝2臺(tái)；汽車溝內(nèi)部安裝3臺(tái)以覆蓋內(nèi)部全部區(qū)域；皮帶東側(cè)正對(duì)皮帶安裝2臺(tái)實(shí)現(xiàn)輸煤皮帶狀態(tài)監(jiān)測(cè)；連廊與煤棚連接處兩側(cè)各安裝1臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤與堆取料機(jī)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。新增攝像機(jī)后工業(yè)電視系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)受監(jiān)測(cè)煤棚全方位24小時(shí)監(jiān)控。

本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)模型層設(shè)計(jì)安裝4臺(tái)智能分析終端滿足接入多路視頻數(shù)據(jù)的需要，安裝1臺(tái)專用智能識(shí)別服務(wù)器以滿足智能識(shí)別算法模型與軟件部署的需求。煤場(chǎng)智能安全管理控制系統(tǒng)軟件部署上線后，由調(diào)試人員針對(duì)安全帽識(shí)別、工裝識(shí)別、吸煙識(shí)別、人員倒地識(shí)別、人員舉手識(shí)別、皮帶跑偏識(shí)別、區(qū)域入侵識(shí)別等不同功能分別進(jìn)行測(cè)試?？砂l(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)對(duì)人員違規(guī)行為識(shí)別、輸煤皮帶跑偏識(shí)別、區(qū)域入侵識(shí)別準(zhǔn)確度均較高，煙火識(shí)別受堆取料機(jī)燈光影響較大，易出現(xiàn)誤報(bào)情況。

系統(tǒng)正式上線后，實(shí)現(xiàn)了封閉煤場(chǎng)全天候、全方位智能監(jiān)控，改變以往完全由運(yùn)行人員對(duì)監(jiān)控畫面進(jìn)行監(jiān)視和分析的模式，依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的算力處理海量視頻數(shù)據(jù)，為用戶提供更高效的信息，輔助運(yùn)行人員決策。

綜上，本文建立的煤場(chǎng)智能安全管控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤場(chǎng)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級(jí)，以智慧化的分析系統(tǒng)輔助運(yùn)行人員決策，加強(qiáng)了煤場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控能能力，提升了企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)防范水平。本系統(tǒng)仍存在一些不足，受限于現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜工況，系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)部分誤報(bào)情況，相信未來(lái)會(huì)有更先進(jìn)的技術(shù)逐漸應(yīng)用于電力生產(chǎn)中，帶來(lái)電力生產(chǎn)安全管理的進(jìn)一步提升。