石彥鵬，潘作為

(1．內(nèi)蒙古京寧熱電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2.北京京能電力股份有限公司，北京100025)

0 引 言

電力是國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，其生產(chǎn)是一個流程化和持續(xù)化的過程，電廠作為電力系統(tǒng)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其安全生產(chǎn)對于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有非常重要的作用。但是，由于電廠的生產(chǎn)設(shè)備之間關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，在安全生產(chǎn)過程中存在工作人員少、作業(yè)任務(wù)重、危險點多、監(jiān)管困難和技術(shù)防范措施受限等客觀因素，給電廠安全生產(chǎn)帶來了隱患。

在電廠生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)現(xiàn)場的管控上，其主要面臨的問題有：1)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、危險源點多面廣，依靠傳統(tǒng)的人力監(jiān)管效率低下，管理手段單一[1]，工業(yè)電視的興起雖然很大程度上解決了傳統(tǒng)人力監(jiān)管工作難度大的問題，但是過多的視頻冗余依然給監(jiān)護人員帶來監(jiān)控和辨識的難度[2]；2)作業(yè)現(xiàn)場人員多，專業(yè)技能和安全意識參差不齊，作業(yè)違章現(xiàn)象時有發(fā)生；3)在作業(yè)現(xiàn)場較多、較大的情況下，無法對人員的位置、行為進行實時監(jiān)管[3]。

為適應(yīng)電力行業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)電廠正在逐步向數(shù)字化智慧電廠演變[4]，越來越多的信息技術(shù)應(yīng)用到電廠的運行控制中，大幅提高了電廠運行維護的信息化、智能化和自動化水平[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，安全生產(chǎn)管理水平和技術(shù)防范手段有了很大的改進與提升，安全生產(chǎn)的管理已經(jīng)由傳統(tǒng)的人防、物防向技防等多維度多手段的科學(xué)防范快速躍進。當(dāng)今時代，是科技水平迅猛發(fā)展的時代，人工智能、智能穿戴、智慧物聯(lián)網(wǎng)理念等高科技產(chǎn)物層出不窮，并且正在快速融入社會，走入各個領(lǐng)域，在各行各業(yè)嶄露頭角。在安全生產(chǎn)方面，采用視頻監(jiān)控手段，以人工智能+高精度定位為首的技術(shù)，將先進的科學(xué)技術(shù)融入實際生產(chǎn)中，獲取目標的類型、方位、運動等特征數(shù)據(jù)[5]，以其特有的智能程度高、準確性能強等特性，針對現(xiàn)場傳統(tǒng)安全防范的痛點、難點提出有效的解決方案，為生產(chǎn)安全提供了有效的技術(shù)保障。

該文設(shè)計了一套基于人工智能和超寬帶(ultra wide band,UWB)定位的反違章綜合安全管控平臺，實現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)的多樣化采集，達到對作業(yè)人員行為進行智能識別和風(fēng)險預(yù)判，對違規(guī)操作、異常行為等進行實時預(yù)警的目的。結(jié)合實際場景，最大限度的開發(fā)與探索人工智能的先進性和優(yōu)越性，實現(xiàn)對廠內(nèi)重點區(qū)域的智慧化管控。

1 整體架構(gòu)

綜合安全管控平臺充分考慮到平臺后期的擴展和集成，采用高內(nèi)聚、低耦合的軟件架構(gòu)進行系統(tǒng)集成與開發(fā)，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性。平臺的整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 綜合管控平臺的整體架構(gòu)圖

綜合管控平臺采用分布式模塊化開發(fā)，分別將告警管理、在線考試、專家知識庫作為管理系統(tǒng)以微服務(wù)的方式在應(yīng)用管理服務(wù)器上運行，將AI智能、人員精確定位以及語音播報系統(tǒng)作為實時在線管控系統(tǒng)運行在不同的服務(wù)器上，各個子系統(tǒng)間獨立運行和維護，相互之間不干擾。系統(tǒng)之間均以Web服務(wù)、Socket交互、消息隊列方式進行數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一采用Json數(shù)據(jù)格式。以此保障整個平臺的高內(nèi)聚、低耦合的特性，同時方便后期單獨子系統(tǒng)的運維和升級。綜合管控平臺在應(yīng)用服務(wù)器上建立綜合管理服務(wù)，用以調(diào)配各個子系統(tǒng)之間的資源，建立子系統(tǒng)之間的傳輸通道，其網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2所示。

圖2 綜合管控平臺的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 綜合安全管控平臺構(gòu)成

綜合安全管控平臺整體包含專家知識庫子系統(tǒng)、在線考試子系統(tǒng)、告警管理子系統(tǒng)、智能語音播報子系統(tǒng)、AI智能監(jiān)控子系統(tǒng)、人員精準定位子系統(tǒng)等6個子系統(tǒng)以及人機交互模塊、數(shù)據(jù)對接模塊、網(wǎng)絡(luò)安全模塊3大模塊。

2.1 專家知識庫子系統(tǒng)

通過綜合安全管控一體化系統(tǒng)平臺，將大數(shù)據(jù)、人工智能、知識圖譜專家系統(tǒng)應(yīng)用功能深度融合于電廠安全管理的各環(huán)節(jié)中，利用信息化手段監(jiān)督各級人員安全生產(chǎn)責(zé)任制的落實情況、組織本企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)督涉及設(shè)備、人員、設(shè)施安全的技術(shù)狀況及人身安全的防護狀況，智能化的監(jiān)管、監(jiān)控、監(jiān)測、預(yù)警、應(yīng)急一體化智慧安監(jiān)管理體系。專家知識庫子系統(tǒng)主要包括：

1)隱患排查。系統(tǒng)建立隱患例行檢查要素和標準庫，根據(jù)隱患計劃，建立隱患排查檢查表，發(fā)送給相關(guān)崗位人員，接收人通過移動終端依據(jù)檢查表逐項排查。

2)反違章管理。系統(tǒng)建立違章標準，通過監(jiān)控智能判斷和人員稽查確定違章，完成違章登記、違章核準的處理，建立違章整改計劃、違章跟蹤、違章驗收及違章積分檔案。

3)風(fēng)險預(yù)控。建立風(fēng)險預(yù)控指標體系，包含：建立預(yù)警指標選擇、預(yù)警標準設(shè)定、預(yù)警指標監(jiān)控和預(yù)警指標更新完善等功能。

2.2 在線考試子系統(tǒng)

建立三級安全管理電子資料庫，主要包含國家法律法規(guī)、行業(yè)標準、規(guī)章制度、典型事故案例、安全知識等，實現(xiàn)對電子資料分類管理，根據(jù)索引、電子資料名稱、內(nèi)容等進行查詢、調(diào)閱，并可自動隨機生成試題庫。

在線考試子系統(tǒng)具備培訓(xùn)管理、考試管理、學(xué)習(xí)管理、培訓(xùn)資源、統(tǒng)計分析、考試過程中人臉識別認證、人臉不定期檢測功能。通過三級安全培訓(xùn)考試并經(jīng)審核通過后，實現(xiàn)現(xiàn)場工作人員的準入權(quán)限。

2.3 告警管理子系統(tǒng)

告警子系統(tǒng)具有：告警檢測、告警處理、告警查詢、告警規(guī)則、告警風(fēng)暴抑制、告警通知、告警統(tǒng)計等功能。

1)告警檢測：基于人工智能技術(shù)，通過前端移動設(shè)備采集的視頻，對施工人員的行為進行智能分析，一旦檢測到施工人員有相關(guān)的違章行為，可自動上報至系統(tǒng)。

2)告警處理：值班人員在系統(tǒng)大屏對報警數(shù)據(jù)進行處理，常規(guī)報警進行處理操作，對誤報的報警信息進行消除。

3)告警查詢：可根據(jù)時間、報警類型等對告警信息進行查詢。

4)告警規(guī)則：支持告警激活規(guī)則設(shè)置，過濾無用告警；支持設(shè)置告警級別、告警源和聯(lián)動動作，只有設(shè)定了告警規(guī)則的告警才能被激活；支持告警激活時間設(shè)置，在設(shè)定的時間范圍內(nèi)告警上報，在時間范圍外的告警不再上報，支持批量設(shè)置。

5)告警風(fēng)暴抑制：支持告警風(fēng)暴抑制，在設(shè)定的告警風(fēng)暴時間內(nèi)，相同的告警不再重復(fù)上報。

6)告警通知：支持告警接收人設(shè)置，支持向移動APP推送告警信息。

7)告警統(tǒng)計：支持告警日統(tǒng)計和月統(tǒng)計，可按告警處理狀態(tài)、告警類型、告警級別統(tǒng)計數(shù)量和占比。

2.4 智能語音播報子系統(tǒng)

根據(jù)攝像頭識別、現(xiàn)場高風(fēng)險作業(yè)過程管控及智能識別系統(tǒng)分析結(jié)果，調(diào)用數(shù)據(jù)接口聯(lián)動前端聲光報警器，通知提示現(xiàn)場工作人員。

通過手機APP接收告警通知，由前端聲光報警器進行聲音提示，后臺系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)功能、設(shè)定語音策略、語音播報歷史留痕以及根據(jù)告警規(guī)則綁定聲光報警器。

2.5 AI智能監(jiān)控子系統(tǒng)

基于先進的人工智能計算機視覺技術(shù)，以人工智能為基礎(chǔ)的圖像識別技術(shù)中，獲取信息的最主要方式就是圖像采集和智能分析[6]，通過對生產(chǎn)現(xiàn)場重要場所部署專業(yè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機，準確地智能分析實時視頻的關(guān)鍵信息。高清網(wǎng)絡(luò)攝像機負責(zé)采集廠區(qū)的視頻，內(nèi)容識別服務(wù)器負責(zé)對高清網(wǎng)絡(luò)攝像機設(shè)定區(qū)域進行視頻分析，同時將報警記錄、快照存入到數(shù)據(jù)庫，便于隨時查詢和資料的調(diào)取。人工智能圖像分析對視頻圖像進行語義化解析[7]，最大限度地降低視頻冗余，將有用的信息推送給用戶。

AI分析的落地應(yīng)用需要2個關(guān)鍵要素，分別為算法和模型，具備的特點是占用資源低、成本消耗少、能量發(fā)揮大[8]。因此，在本方案設(shè)計中，單獨拆分出1臺算法服務(wù)器用于實現(xiàn)AI算法的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練功能，其主要目的是搭建平臺自有的AI生態(tài)，實現(xiàn)模型、場景、算法的融合以及更多AI業(yè)務(wù)的落地與應(yīng)用。

AI智能監(jiān)控子系統(tǒng)中的人臉識別、電子圍欄防入侵、安全帽佩戴檢測、煙火檢測、人員行為檢測(越線、絆線、聚集、徘徊)和油區(qū)油罐車輛識別等可采用已有的常規(guī)視頻分析算法。

AI智能監(jiān)控子系統(tǒng)需要設(shè)計的視頻分析算法主要有：高空作業(yè)安全帶檢測、違章動火行為檢測、非標準化作業(yè)檢測、違章操作起重設(shè)備檢測、配電間人員走錯間隔及違章操作檢測。

2.5.1 高空作業(yè)安全帶檢測

結(jié)合工作票、視頻圖像中的人員以及安全帶目標，利用人工智能圖像分析算法實現(xiàn)對人員高空作業(yè)不系安全帶的行為進行檢測。檢測內(nèi)容包括：

1)根據(jù)工作票信息獲取作業(yè)人員是否有高空作業(yè)行為。

2)根據(jù)現(xiàn)場布控的攝像機判斷人員是否在高空作業(yè)。

3)根據(jù)人員的人形姿態(tài)分析判斷人員是否離開地面。

4)在安全帶上增加醒目標識，用于圖像分析算法對安全帶的識別。

2.5.2 違章動火行為檢測

對油區(qū)、氨區(qū)、酸堿間和制粉區(qū)等重點區(qū)域的動火作業(yè)進行檢測，檢測流程如下：

1)根據(jù)工作票獲取有動火作業(yè)內(nèi)容。

2)利用目標檢測檢測現(xiàn)場是否有火點。

3)利用目標檢測檢測現(xiàn)場是否有滅火器材。

4)根據(jù)UWB定位判斷現(xiàn)場是否有動火作業(yè)的相關(guān)人員。

5)利用人臉識別檢測動火作業(yè)的人員是否有動火作業(yè)資質(zhì)。

6)根據(jù)動火作業(yè)票、火點、人員、滅火器材判斷動火作業(yè)是否違章。

2.5.3 非標準化作業(yè)檢測

此功能需要聯(lián)合油區(qū)外、油區(qū)門口、輸油管處多個攝像頭以及UWB定位綜合判斷。檢測流程如下：

1)油車停在油區(qū)外面，在外面布控攝像機，利用目標檢測對油車車輛進行識別。

2)為接地線增加醒目標識，利用行為識別對接地線是否與油車進行接觸進行識別。

3)在門口以及其他靜電釋放球附近布控攝像頭，在輸油管附近布控攝像頭。利用行為分析的辦法對人員觸碰接地球的行為進行識別判斷。結(jié)合人臉識別分析算法對圖像下的人員進行識別認證。

4)根據(jù)上述綜合判斷分別對輸油管未接地行為和人員未觸碰靜電釋放球行為進行判斷和預(yù)警。

2.5.4 違章操作起重設(shè)備檢測

在制粉區(qū)域下方布控攝像機，違章操作起重設(shè)備檢測算法首先對采集的視頻圖像利用行為分析方法識別是否有人操作起重設(shè)備的終端；然后綜合UWB定位和人臉識別，對操作起重設(shè)備終端的人員進行身份認證，最后判斷該人員是否具備操作起重設(shè)備的資質(zhì)。

2.5.5 配電間人員走錯間隔及違章操作檢測

主要對6 kV配電間的作業(yè)進行違章檢測，檢測流程如下：

1)根據(jù)工作票、操作票獲取作業(yè)間隔和作業(yè)人員。

2)利用UWB定位和人臉識別方式判斷人員是否為作業(yè)人員，且人員是否在作業(yè)間隔內(nèi)。

3)如果人員在其他間隔內(nèi)且進入間隔黃線區(qū)域超過設(shè)定時間，則觸發(fā)走錯間隔預(yù)警。

4)如果人員在其他間隔內(nèi)且進入間隔黃線區(qū)域超過設(shè)定時間，并且人員有觸碰間隔設(shè)備的行為則觸發(fā)違規(guī)操作預(yù)警

2.6 人員精準定位子系統(tǒng)

本系統(tǒng)通過基礎(chǔ)配置維護區(qū)域、標簽和人員的關(guān)系，通過集成定位數(shù)據(jù)和關(guān)系模型，實現(xiàn)人員定位、人員軌跡回放、電子圍欄等應(yīng)用功能。定位基站對需要進行人員定位的區(qū)域進行信號覆蓋，通過定位標簽實時反饋位置信息，可以滿足生產(chǎn)安全管理上對人員、設(shè)備等的定位需求，可查詢生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)員工、外委單位人員的實時位置信息，可查詢?nèi)藛T的歷史軌跡。

該部分利用UWB定位手段實現(xiàn)對電廠內(nèi)鍋爐零米、鍋爐運轉(zhuǎn)平臺、汽機13.6 m運轉(zhuǎn)平臺、汽機零米、汽機9.6 m、尿素水解間、油區(qū)、380 kV配電間、酸堿間等重點場所進行零維、一維、二維定位，可視化方式為二維電子地圖顯示。

2.7 人機交互模塊

人機交互模塊包括移動APP交互、前段大屏展示和系統(tǒng)后臺管理。

移動APP支持IOS/Android操作系統(tǒng)，兼容微信推送功能，可將廣播、單播消息推送給所有用戶或單獨用戶，用戶收到消息后，可以通過微信平臺對消息進行查看、審閱以及反饋。用戶通過手機APP注冊用戶和登錄系統(tǒng)，新注冊的用戶由管理員分配其權(quán)限，具備不同權(quán)限的用戶在APP上可使用不同的功能。

前段大屏展示結(jié)合AI智能監(jiān)控系統(tǒng)以及人員精準定位系統(tǒng)，對平臺中的報警數(shù)據(jù)，以推窗的形式實時展示平臺報警信息。能夠第一時間通知值班人員，通過智能語音報警系統(tǒng)，告知現(xiàn)場工作人員。

系統(tǒng)后臺管理包括：1)人員管理維護，主要用于審核移動端注冊用戶信息及相關(guān)資質(zhì)；2)管理維護平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及相關(guān)配置；3)歷史數(shù)據(jù)追溯；4)操作日志查看。

2.8 數(shù)據(jù)對接模塊

數(shù)據(jù)對接模塊需要和電廠原有的ERP系統(tǒng)和高風(fēng)險作業(yè)系統(tǒng)交互，獲得工作票相應(yīng)信息。

平臺需要讀取的信息包括：工作內(nèi)容、工作起止時間、工作相關(guān)人員、作業(yè)位置及區(qū)域(位置指具體的房間，區(qū)域指具體間隔)、安全工器具信息、安全措施和工作票關(guān)聯(lián)的其他信息(諸如動火票、高空作業(yè)票)。

目前，電廠的工作票信息儲存在ERP系統(tǒng)中，因此需要ERP系統(tǒng)開放工作票檢索接口，由本對接模塊根據(jù)時間、日期檢索工作票信息。根據(jù)工作票信息確認時間節(jié)點信息、工作負責(zé)人、工作班成員、作業(yè)設(shè)備、作業(yè)區(qū)域(大區(qū)域)等信息。

此外，工作票中包含動火作業(yè)等高風(fēng)險作業(yè)信息的作業(yè)時，需高風(fēng)險作業(yè)系統(tǒng)開放查詢接口，當(dāng)有新的作業(yè)信息錄入時，安全管控平臺能夠?qū)崟r查詢到最新的高風(fēng)險作業(yè)信息，判斷高風(fēng)險作業(yè)人員是否通過培訓(xùn)考試。同時需要獲取高風(fēng)險作業(yè)系統(tǒng)的任務(wù)信息和對應(yīng)的視頻流，對視頻流進行智能分析，對作業(yè)現(xiàn)場未佩戴安全帽、違章動火、違章操作起重設(shè)備等行為進行及時預(yù)警。

2.9 網(wǎng)絡(luò)安全模塊

網(wǎng)絡(luò)安全模塊包括以下功能：

2.9.1 應(yīng)用安全隧道

1)安全隧道具備白名單過濾功能，只有被系統(tǒng)認可的地址才能通過安全隧道進入內(nèi)網(wǎng)，進行訪問。

2)支持多種數(shù)據(jù)加密算法。

3)加密、解密密鑰不進行存儲，沒有人知道密鑰內(nèi)容，從而防止人為泄密。

2.9.2 入侵防御系統(tǒng)

實時、主動攔截黑客攻擊、蠕蟲、網(wǎng)絡(luò)病毒、后門木馬、D.O.S等惡意流量，保護企業(yè)信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)免受侵害，防止操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序損壞或宕機。

基于互聯(lián)網(wǎng)Web站點的掛馬檢測結(jié)果，結(jié)合URL信譽評價技術(shù)，保護用戶在訪問被植入木馬等惡意代碼的網(wǎng)站時不受侵害，及時、有效地第一時間攔截Web威脅。

2.9.3 日志審計

通過集中采集信息系統(tǒng)中的系統(tǒng)安全事件、用戶訪問記錄、系統(tǒng)運行日志、系統(tǒng)運行狀態(tài)等各類信息，經(jīng)過規(guī)范化、過濾、歸并和告警分析等處理后，以統(tǒng)一格式的日志形式進行集中存儲和管理，結(jié)合豐富的日志統(tǒng)計匯總及關(guān)聯(lián)分析功能，實現(xiàn)對信息系統(tǒng)日志的全面審計。

3 系統(tǒng)實施結(jié)果

綜合管控平臺通過API接口使用平臺提供的各種微服務(wù)，將具體的業(yè)務(wù)展現(xiàn)給最終的用戶?？稍贚CD/LED屏、PC機、手機以及Pad進行展示。同時，平臺滿足多部門對視頻數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)的共享需求，在授權(quán)的情況下，各部門可實現(xiàn)視頻、信息資源及信息數(shù)據(jù)的共享。

綜合管控平臺結(jié)合AI智能監(jiān)控系統(tǒng)以及人員精準定位系統(tǒng)，對平臺中的報警數(shù)據(jù)，以推窗的形式實時展示平臺報警信息，能夠第一時間通知值班人員，通過智能語音報警系統(tǒng)，告知現(xiàn)場工作人員。

4 結(jié) 語

該文通過搭建基于AI視頻分析及人員精確定位的反違章監(jiān)控綜合安全管控平臺，通過人工智能圖像分析和高精度定位手段實現(xiàn)對現(xiàn)場人員的位置、身份、行為進行采集，對現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)進行多樣化采集，充分利用廠內(nèi)ERP系統(tǒng)和高風(fēng)險作業(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)現(xiàn)場安全管控的多重保障，結(jié)合PC端、移動端、現(xiàn)場聲光報警器等多種形式實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)和違章管控的閉環(huán)，大幅度提升人員、設(shè)備、環(huán)境、制度的全要素安全保障力度和安全管理效率，有效把控節(jié)奏，實現(xiàn)巡檢、施工作業(yè)安全管理和監(jiān)督的可視、可測、可追蹤。平臺以防控為核心，形成了資源優(yōu)化配置、專業(yè)管理和安全監(jiān)督統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的作業(yè)安全管理及監(jiān)督的可視化平臺，提升巡檢與檢維修作業(yè)安全風(fēng)險管控的信息化、智能化水平，實現(xiàn)節(jié)奏控制可量化、作業(yè)過程可觀測、潛在問題可預(yù)判、危險行為可報警、管控信息可查詢、責(zé)任到位可追溯，確保作業(yè)現(xiàn)場可控、在控。