姚錦松1，周偉績1，印 欣，劉博文

(1.石河子大學機電學院，新疆 石河子 832003；2.國網新疆電力有限公司，新疆 烏魯木齊 830011)

0 引 言

目前，電力施工現場安全督查[1]主要采取“人盯人”及固定視頻等方式，依靠人工監(jiān)察來發(fā)現違章及稽查。雖然部分變電站內設置有工作記錄儀[2]監(jiān)察方式，但使用時需通過工作站進行手動導入上傳，錄像文件與工作任務需手動關聯，使用過程中數據傳輸實時性差，操作繁瑣，系統(tǒng)功能不穩(wěn)定。隨著電網建設的快速發(fā)展，生產作業(yè)現場持續(xù)增加，特別是小型分散作業(yè)現場越來越多，生產作業(yè)現場環(huán)境越來越復雜，使得作業(yè)現場安全生產管控任務越來越艱巨，給安全監(jiān)督人員帶來了很多問題，傳統(tǒng)的現場監(jiān)察模式已不能適用和滿足現在的稽查要求。

針對現有的現場作業(yè)監(jiān)察困難和安全督查繁瑣等問題，國內外研究學者開展了一系列研究，提出了一些方法。文獻[3-4]基于“互聯網+”的現場作業(yè)安全管控技術，對現場工作關鍵環(huán)節(jié)實現遠程實時監(jiān)督；文獻[5-7]探討了不同場景所采集到的靜態(tài)和動態(tài)物體信息并實時跟蹤檢測和分析，并將視頻信息實時上傳到遠程監(jiān)控上；文獻[8-9]提出了基于云計算在視頻監(jiān)控和數據分析中的應用。然而，基于電力物聯網，采用物聯式監(jiān)控系統(tǒng)實現生產作業(yè)管控新模式，應用數云融合技術對生產作業(yè)可視化系統(tǒng)建設的研究較少。

隨著通信技術的發(fā)展，其在電力行業(yè)的應用也不斷深入，對電力系統(tǒng)發(fā)展的影響也越來越大。2019年，國家電網有限公司首次提出了要大力推進泛在電力物聯網的建設，并以此推動電力系統(tǒng)向更高層次和技術水平發(fā)展。下面結合電力施工現場安全監(jiān)督，采用4G便攜式移動終端，搭建安全遠程稽查[10]平臺，建立新型監(jiān)控稽查分析系統(tǒng)，將“云-管-邊-場-端”的模式在電力施工現場安全監(jiān)察上進行了深度應用和實踐。設計并搭建一種生產作業(yè)可視化監(jiān)控系統(tǒng)，即基于電力物聯網的電力工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)，能夠提升生產作業(yè)現場安全風險管控能力，對安全策略決策起到導向輔助作用，提高現場安全管控效率及質量。

1 電力工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)建設

1.1 系統(tǒng)構架

電力工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)是應用電力泛在物聯網的理念，以現場作業(yè)人員安全為目標，依托現代通信技術，通過遠程稽查手段，實現人員的違章警告和管控。構建了以工作記錄儀(警務通和布控球)移動終端設備的感知層，以無線專網和互聯網構建了傳輸網絡層，以大量現場作業(yè)視頻數據構建的存儲數據庫和分析系統(tǒng)為平臺，實現現場作業(yè)違章行為的分析與實時警示和告知，系統(tǒng)構架如圖1所示。

圖1 遠程稽查系統(tǒng)構架

通過移動終端的物聯卡的信息大數據分析，挖掘移動終端設備的位置信息、運行狀態(tài)信息、視頻流量信息，從而智能分析使用狀況和使用效率。通過數據附加信息的關聯分析，實現對一次、二次設備現場數據的挖掘、檢修輔助決策、現場安全輔助關聯等應用。

建立違章行為的人工智能分析檢測樣本庫，通過大量的專家研判智能分析，實現歷史數據的人工智能行為決策。分析框圖如圖2所示。

圖2 遠程稽查系統(tǒng)人工智能分析框架

基于信息安全內外網隔離管控管理要求，建設了內外網與專網的信息交互，通過安全接入平臺[11]實現。現場終端采用了基于4G物聯網卡的現場工作記錄儀(警務通、布控球)，通過無線和有線網絡，采用類VPN技術[12]和數據隔離技術[13]的網絡安全防護技術，實現現場視頻數據信息的安全接入。在專網視頻監(jiān)察系統(tǒng)查看實時現場工作視頻，同時將歷史錄像數據在前置服務器加密后通過安全接入平臺傳輸至信息內網，實現錄像數據與PMS任務數據的相互關聯，遠程稽查系統(tǒng)拓撲結構如圖3所示。

1.2 工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)與現有生產作業(yè)管理系統(tǒng)的互聯互通模式

為了便于安全稽查人員的決策判斷，將施工作業(yè)現場視頻信息與現場工作任務一一對應，實現標記管控。將生產作業(yè)管理系統(tǒng)(PMS2.0)中的工作作業(yè)任務鏡像到工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)中，定時同步的任務數據發(fā)起，由工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)通過安全接入平臺，將任務逐一對應下發(fā)到移動終端工作記錄儀(警務通和布控球)上，實現任務的派發(fā)對應。

圖3 遠程稽查系統(tǒng)拓撲結構

現場移動終端工作記錄儀在工作時，自動啟用任務單，實現視頻信息與工作任務單的逐一對應，在現場工作記錄儀(警務通和布控球)上進行視頻的實時查詢和查看。工作任務完成后，工作記錄儀會通過虛擬無線專網，自動將視頻信息反饋給安全遠程稽查系統(tǒng)，再次一一對應。通過訪問安全遠程稽查系統(tǒng)平臺，進行視頻信息稽查，發(fā)現并解決存在的問題。此互聯互通模式能夠徹底擺脫使用過程中視頻與工作任務手動關聯和數據傳輸對應性差、無法標記對應審查等問題，節(jié)約大量人力和物力。任務數據交互如圖4所示。

圖4 任務數據交互

1.3 不同移動終端、不同網絡運營商、不同處理系統(tǒng)的工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)互聯互通模式

由于現場移動終端工作記錄儀(警務通和布控球)存在大量生產廠家，其管控平臺和通訊協(xié)議不同。此外，目前移動、電信、聯通三大運營商的物聯網信息管控模式有所區(qū)別。為適應不同移動終端廠家和三大運營商信息傳輸模式，安全遠程稽查系統(tǒng)監(jiān)控平臺采用兩級分布式部署模式，通過虛擬無線專網接入工作記錄儀和安全接入平臺進行數據交互，形成“云-管-邊-場-端” 架構。同時，基于云網融合技術和標準化接口，實現終端的多樣性接入和平臺的能力共享，以達系統(tǒng)數據的互聯互通。遠程稽查系統(tǒng)數據交互如圖5所示。

2 電力工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)應用

2.1 數據智能分析

采用計算機視覺和人工智能[14]相關技術，對劃定的作業(yè)安全區(qū)域，實現區(qū)間定位和工作人員的越限告警；通過特征提取和目標檢測[15]等方式，對運維人員的安全防護措施進行檢測和監(jiān)督，并對設備進行安全檢測。

通過智能化安全管控，輔助安全監(jiān)督人員開展變電站作業(yè)監(jiān)督，有效解決稽查人力不足和無法覆蓋全部作業(yè)面的問題。人工智能化分析框圖如圖2所示。

針對視頻數據，研究用計算機視覺和深度學習模型，來進行變電站違章預警和風險管控；基于人臉識別和深度特征提取方法，完成對工作人員的安全管控，并分析作業(yè)人員的行為是否符合規(guī)范。再經過后臺軟件整合各類數據分析后，將違規(guī)操作的相關信息進行發(fā)布。為安全督查人員實時監(jiān)督點多面廣的作業(yè)現場提供支撐，擴大了現場安全管控范圍，提升了現場安全管控效率及質量。安全帽的特征向量提取圖以及其他稽查違規(guī)操作示意圖如圖6、圖7所示。

2.2 數云融合的物聯數據輔助分析

物聯網卡具有大量可利用數據[16]，包括設備上線時間、時長、工作地點、工作任務和工作內容以及關聯工作人員。當移動設備終端開機后，物聯網卡會將設備上線時間、地理位置和使用人等信息上傳至后臺。后臺服務器利用特征提取、數據挖掘等大數據技術，對物聯網卡產生的基礎數據進行統(tǒng)計與分析，判斷作業(yè)人員是否按時到位、是否在指定的工作范圍內工作等內容，同時還可以對數據再次分析，發(fā)掘安全生產工作的潛在影響和風險。數云融合的物聯數據輔助分析，有效提升生產作業(yè)現場感知能力及源頭治理能力，擺脫了安全生產管控僅依靠人力的傳統(tǒng)方式，實現安全生產工作智能化統(tǒng)計及輔助決策。

圖5 遠程稽查系統(tǒng)數據交互

圖6 對安全帽的特征向量提取

圖7 人工智能稽查違章操作

2.3 輔助功能拓展應用

現場安全培訓是給有經驗或無經驗的受訓者傳授其完成某種行為所需的思維認知、基本知識和技能的過程。通過培養(yǎng)加訓練使受訓者掌握某種技能的方式，達到統(tǒng)一的科學技術規(guī)范、標準化作業(yè)；并通過目標規(guī)劃設定、知識和信息傳遞、技能熟練演練、作業(yè)達成評測、結果交流公告等現代信息化的流程，讓受訓者通過一定的教育訓練技術手段，提升個人能力和工作效率。

該系統(tǒng)通過大量的視頻信息的人工智能輔助決策分析，對身邊人、身邊事的違章行為進行講解分析，從而達到對人員的培訓和教育，另外也達到現場作業(yè)標準化、規(guī)范化教育培訓的目的。

3 結 語

基于泛在電力物聯網理念的電力工作現場安全遠程稽查系統(tǒng)建設，采用“云-管-邊-場-端”的模式，應用4G專網物聯網卡的便攜式移動終端搭建安全稽查遠程平臺，建立了新型監(jiān)控分析系統(tǒng)與現有系統(tǒng)的互聯互通，擺脫了使用過程中視頻與工作任務需手動關聯、數據傳輸實時性差、操作繁瑣等問題。同時，通過大數據智能分析和數云融合的物聯網輔助分析，實現實時違章稽查監(jiān)管和自動違章判別及到崗到位履職監(jiān)察，有效提升了生產作業(yè)現場感知能力、監(jiān)控能力及源頭安全管控治理能力，實現了安全生產工作智能化統(tǒng)計及輔助決策。

所建系統(tǒng)面向安全監(jiān)督及生產現場人員，操作簡便、適用性強，實現了對于生產作業(yè)現場透明化的在線實時安全監(jiān)控，極大提升了生產作業(yè)現場安全風險管控能力，對現場安全風險降低作用明顯，能夠有力助推安全生產目標實現。