陳勝波,靖 偉,聶萬(wàn)慶

勝利油田電力分公司 山東東營(yíng) 257000

1 研究背景

當(dāng)前,在油田電網(wǎng)中,安全生產(chǎn)管理工作的重點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)向風(fēng)險(xiǎn)管控,即預(yù)防事故的發(fā)生,運(yùn)用科技手段提升安全監(jiān)管的覆蓋面和監(jiān)管質(zhì)量[1-5]。勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控在措施落實(shí)、監(jiān)督檢查和具體執(zhí)行過(guò)程中,存在以下問(wèn)題:安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行不到位,不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn);無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)違章行為進(jìn)行事前告警;現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查工作量大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的全覆蓋。為進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)管理,提高現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵作業(yè)環(huán)節(jié)的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控能力,研究應(yīng)用新型信息化手段,來(lái)實(shí)現(xiàn)勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的視頻安全管控,有效查找和整改現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全薄弱環(huán)節(jié),提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全可控、能控、在控的水平。

2 油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控原理

在勝利油田電網(wǎng)中,變電站視頻監(jiān)控安裝范圍已全面覆蓋,這是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控的基礎(chǔ),可以改變以往通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查的方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)管理的工作模式。當(dāng)然,傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控手段無(wú)法辨別違章行為,于是對(duì)生產(chǎn)管理系統(tǒng)與電網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的功能進(jìn)行集成,實(shí)時(shí)讀取生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的工作票信息,獲取現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的基本情況,并基于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)各種遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)批量加載、多人協(xié)同監(jiān)測(cè)、監(jiān)控畫面自動(dòng)巡檢及截圖等功能,確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)全方位實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)。勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控為油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控提供了新手段、新方法和新視角,在提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控工作效率的同時(shí),取得良好的管控效果。

3 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人臉識(shí)別技術(shù)

在勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái)中,應(yīng)用了人臉識(shí)別技術(shù)[6-8]。一般情況下,滿足人臉識(shí)別的要求即可滿足人員行為、物品識(shí)別、車輛牌照號(hào)、電子邊界等其它內(nèi)容的識(shí)別要求。油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員要求必須持有相應(yīng)的特種操作證,并在相關(guān)職能部門備案。建立持有特種操作證的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員與職能人員數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的照片,實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別。為避免無(wú)關(guān)人員和不具備進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)資格的人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的持有特種操作的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及職能人員進(jìn)行對(duì)比,自動(dòng)確認(rèn)人員身份,并進(jìn)行通報(bào),實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和職能人員的全覆蓋識(shí)別。應(yīng)用同樣的原理,還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞保物品穿戴情況進(jìn)行監(jiān)控和識(shí)別。

對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行多種型號(hào)攝像頭測(cè)試,在不同放大變焦的情況下錄制視頻?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試人員由20 m遠(yuǎn)處步行接近攝像頭,由人臉識(shí)別算法識(shí)別、解析攝像頭視頻中的每一幀圖像,確認(rèn)不同距離時(shí)1 s內(nèi)能通過(guò)人臉識(shí)別算法識(shí)別出視頻中人員身份的最低圖像分辨率,即圖像清晰度的最低要求?；跍y(cè)試得到的最低圖像分辨率,換算得到攝像頭的像素規(guī)格,進(jìn)而得到攝像頭的最低配置要求和推薦配置。

在測(cè)試中,攝像頭高2.5 m,人臉特征向量對(duì)比閾值為0.98,正向人臉識(shí)別率高于75%,正常行走、慢跑、由遠(yuǎn)及近運(yùn)動(dòng)等情況下人臉識(shí)別率高于70%,1/4側(cè)臉或1/4遮擋情況下人臉識(shí)別率高于69%,多人情況下對(duì)測(cè)試結(jié)果不產(chǎn)生影響。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試攝像頭的規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1,攝像頭鏡頭焦距、監(jiān)控角度與監(jiān)控距離之間的關(guān)系見(jiàn)表2,攝像頭的最低配置要求和推薦配置見(jiàn)表3。

表1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試攝像頭規(guī)格參數(shù)

表2 攝像頭鏡頭焦距、監(jiān)控角度與監(jiān)控距離對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 攝像頭最低配置要求與推薦配置

由表2可見(jiàn),在攝像頭位置固定時(shí),鏡頭焦距越長(zhǎng),監(jiān)控距離越遠(yuǎn),但是監(jiān)控角度則越小,因此需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選取攝像頭。

4 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員行為預(yù)測(cè)技術(shù)

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行測(cè)試,確認(rèn)無(wú)論是正常情況還是特殊情況,均可以正常記錄現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的運(yùn)動(dòng)軌跡,并且在多人情況下測(cè)試結(jié)果不受影響。測(cè)試情況見(jiàn)表4。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的越界情況進(jìn)行測(cè)試,確認(rèn)正常情況下,人員正常行走越界,檢測(cè)效果良好。而對(duì)于跳躍、彎腰、爬行和翻滾越界情況,檢測(cè)精度則有所降低。

基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行監(jiān)控,可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的行為預(yù)測(cè)。對(duì)監(jiān)控得到的圖像通過(guò)VGG-19經(jīng)典模型進(jìn)行特征提取,獲得關(guān)節(jié)點(diǎn)熱力圖。從關(guān)節(jié)點(diǎn)熱力圖中提取關(guān)節(jié)的具體位置,應(yīng)用非最大抑制算法來(lái)獲得峰值,作為關(guān)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)位置。在勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái)中,共設(shè)置了18個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn),分別為左右耳、左右眼、鼻、頸、左右肩、左右肘、左右手、左右髖、左右膝、左右腳?；谒@得的關(guān)節(jié)信息,確定關(guān)節(jié)點(diǎn)之間是否相連,并對(duì)每一個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行排序。關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接可以看作是一個(gè)肢體,在不同監(jiān)控圖像中,擁有相同肢體即為同一位現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。

表4 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)試情況

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員行為預(yù)測(cè)時(shí),利用Microsoft Common Objects in Context數(shù)據(jù)集來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練,通過(guò)YOLO算法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行檢測(cè),通過(guò)深度排序算法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的全程軌跡進(jìn)行跟蹤,通過(guò)卡爾曼濾波預(yù)測(cè)[9-10]的方法來(lái)預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的行為。對(duì)檢測(cè)得到的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員前一幀點(diǎn)與通過(guò)卡爾曼濾波預(yù)測(cè)得到的同一名現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員下一幀點(diǎn)進(jìn)行連線,然后判斷連線與工作區(qū)域的每條電子邊界是否有交點(diǎn),有交點(diǎn)則為越界,由此保證越界檢測(cè)的實(shí)時(shí)性。

5 電子邊界生成方法

在勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái)中,電子邊界的生成一般有三種方法:疊加法自動(dòng)生成電子邊界、物體或環(huán)境輪廓檢測(cè)算法生成電子邊界、手工繪制電子邊界。

疊加法自動(dòng)生成電子邊界的原理為:調(diào)用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù),識(shí)別變電站已經(jīng)懸掛接地線并進(jìn)入檢修狀態(tài)的一次設(shè)備;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處于檢修狀態(tài)設(shè)備的數(shù)量、位置,在數(shù)據(jù)庫(kù)中事先設(shè)定每臺(tái)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的安全停電區(qū)域;將處于檢修狀態(tài)設(shè)備的各區(qū)域進(jìn)行疊加,生成現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全工作區(qū)域,在智能攝像頭內(nèi)自動(dòng)得到電子邊界。在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)區(qū)域布置遮欄、布幔等實(shí)體邊界標(biāo)志的情況下,通過(guò)輪廓檢測(cè)算法,即可識(shí)別并轉(zhuǎn)換為電子邊界。

6 視頻安全管控平臺(tái)功能

勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái)功能框圖如圖1所示。

圖1 勝利油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái)功能框圖

7 結(jié)束語(yǔ)

以勝利油田電網(wǎng)為例,筆者對(duì)油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控技術(shù)進(jìn)行了研究,重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員人臉識(shí)別技術(shù)、行為預(yù)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身份識(shí)別,及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)不具備進(jìn)入資格的人員,強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理工作;還可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的勞保物品穿戴情況進(jìn)行監(jiān)控和識(shí)別,確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全措施完備。通過(guò)行為預(yù)測(cè)技術(shù),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的部分違章行為,有效降低遭電擊和從高處墜落的風(fēng)險(xiǎn),提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性。

油田電網(wǎng)的安全工作是重中之重,通過(guò)建立油田電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻安全管控平臺(tái),改變了傳統(tǒng)人為安全監(jiān)督管理的方式,降低了安全管理人員的工作強(qiáng)度,提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控的水平和效果,實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全監(jiān)管的全覆蓋。