蘭洪奎

中國石油大慶油田有限責任公司 第七采油廠（黑龍江 大慶163455）

0 引言

隨著油氣田開發(fā)難度不斷增加，大量增產(chǎn)增注措施及常規(guī)維護性措施工作量逐漸增大，且油田現(xiàn)在正處于結構性缺員的艱難時期，原有的人員上井進行措施現(xiàn)場監(jiān)督的油氣田管理方式，已經(jīng)不能適應新形式的要求，需要新的方案解決油氣田的施工監(jiān)管、質量評價和施工人員管理問題。隨著信息技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等技術的飛速發(fā)展，數(shù)字化、智能化油田建設已經(jīng)成為油田企業(yè)實現(xiàn)精準管控、提高生產(chǎn)效率效益的有效載體和有力抓手，自1999年Smart Field在《Oil&Gasjournal》提出，再到2003年，英國石油公司（BP）開始實施“未來油田項目”，再到大慶油田提出的“智能+”建設油田的概念，智能化這一概念已在油田上得到了較成熟的應用[1-3]。

目前國內外油田已大范圍使用現(xiàn)場施工可視化監(jiān)督，但主要是在施工隊伍中配備或現(xiàn)場架設數(shù)字高清攝像設備，通過手持通信設備進行管理調度，施工管理人員仍需手動監(jiān)控，且該監(jiān)控由于擺放角度固定，不能全方位監(jiān)控現(xiàn)場施工。同時此套系統(tǒng)僅能為事后責任劃分提供事實依據(jù)，其缺少智能化分析、自動化監(jiān)控、人員信息收集以及實時動態(tài)提示等功能，無法解決結構性缺員嚴重和監(jiān)督受人為因素干擾嚴重等問題。因此介紹了一種智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置，重點講解了其特征、發(fā)展趨勢、解決問題方案和研發(fā)理念，以促進現(xiàn)場監(jiān)督智能化的建設[4-6]。

1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置介紹

油田現(xiàn)場監(jiān)督智能化裝置（以下簡稱智能監(jiān)督裝置）主要是在施工隊伍現(xiàn)場架設數(shù)字高清攝像設備或者是高端的全景高點智能監(jiān)控系統(tǒng)，同時在該設備下集成入場施工隊伍資質、人員資質、設備資質等信息，在人員設備入場時進行識別，將非本次施工的人員和設備排除在場外，并在監(jiān)控畫面中將施工場地進行工作周界虛擬標定為警戒區(qū)域。將采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)由網(wǎng)絡傳送到管理者終端設備，通過油田現(xiàn)場施工環(huán)境特制的智能視頻分析軟件管理調度，施工管理人員對整個施工區(qū)周邊場所進行全方位自動/手動監(jiān)控，以立體空間監(jiān)督施工現(xiàn)場周圍及內部，即便現(xiàn)場施工不能同時顯示在監(jiān)控主畫面上，但是標定的虛擬周界發(fā)生異常情況，智能視頻分析系統(tǒng)總是在主畫面主動彈出警告畫面，用紅色畫框標注違規(guī)操作的人形目標。這種智能視頻分析系統(tǒng)使管理人員及時掌握現(xiàn)場施工警戒區(qū)域的動態(tài)，防止異常事件發(fā)生，并為迅速處理安全事件提供科學依據(jù)。

2 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置關鍵技術及適用條件

2.1 BIM技術

BIM（Building Information Modeling）技術自產(chǎn)生以來得到業(yè)界的廣泛關注，為施工項目的規(guī)劃、設計、施工與后期管理提供了有效的支持。同時，相關技術在施工質量安全管理中已得到一定應用，如將3D模型以及VP（Virtual Prototyping）技術用于識別危險因素并提出質量安全管理建議；將4D模型用于質量安全防護措施配置、質量安全防護措施的可靠性分析及在建結構的穩(wěn)定性分析；將VP等可視化技術用于工人安全培訓等[7]。這些研究從質量安全管理方面提出了相應的解決方案，特別是施工前的潛在隱患識別及安全防護措施規(guī)劃、施工中的設計不安全狀態(tài)檢測及安全培訓等，為施工現(xiàn)場質量安全管理提供了參考。

2.2 超高頻RFID技術

射頻識別技術即超高頻RFID作為先進的自動識別技術，通過把物品與互聯(lián)網(wǎng)、物品與物品相連接，實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)控、管理。其可以在工程項目的施工場地內實現(xiàn)實時動態(tài)的通信，并以較高的頻率向設備終端進行數(shù)據(jù)的上傳。只要員工佩戴了射頻識別技術的相關設備，并且該設備出現(xiàn)在信息識別讀取器識別的有效范圍，就可以在控制終端實時動態(tài)地呈現(xiàn)施工人員此刻的定位，有效解決了大型施工現(xiàn)場對于人員管理控制難度大的問題，特別是為施工現(xiàn)場的安全管理工作打下了良好的基礎，工程項目的監(jiān)督管理人員可以隨時通過設備終端查看某一區(qū)域內的施工工作人員的數(shù)量以及他們的行動軌跡，還可以查看此刻一個或多個人員的實際位置，記錄有關人員到達和離開某一地點的情況。這不僅可以確保一線施工人員按流程按標準進行施工建設，還可以及時發(fā)現(xiàn)異常情況，確保工程項目施工人員的人身安全[10]。

2.3 人形與人臉識別技術

人臉識別與人形識別是人類視覺系統(tǒng)的基本功能，也是人類互相辨識的最直接手段，因此它是生物特征識別中的重要研究內容。人臉識別和人形技術作為一種新興的生物特征識別技術，它是一種依據(jù)人體面部特征和人體行為的自動鑒別技術。人臉識別和人形識別綜合運用了數(shù)字圖像/視頻處理、模式識別、計算機視覺等多種技術。在智能視頻監(jiān)控中，采用計算機視覺的方法，在不需人為干預的情況下由機器實時、自動地分析視頻圖像源，從中識別并提取有用的關鍵信息，對動態(tài)場景中的目標進行定位、識別和跟蹤，并對目標的人臉和行為進行識別和理解，做到實時監(jiān)控、即時反映在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。如何進行人形識別、人臉識別，有效的人體行為識別算法是該系統(tǒng)魯棒性和實用性的核心[8]?；谌诵闻c人臉識別技術的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)代表著監(jiān)控行業(yè)未來的發(fā)展方向，因其實時性、高精確度、快響應性而具有廣闊的應用前景。

2.4 各技術適用條件

以上4項技術為此智能監(jiān)督裝置應用的主要技術，實現(xiàn)了現(xiàn)場與數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)及智能化技術的融合，各項技術適用條件及評價見表1。

因此該智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置集成了各技術適應現(xiàn)場的優(yōu)勢，采取了外置設備和終端設備兩部

表1 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)及智能化技術情況統(tǒng)計表

分。前期利用BIM系統(tǒng)評估模擬現(xiàn)場自主識別工序風險及相應操作的安全隱患，根據(jù)評估參數(shù)和數(shù)據(jù)形成人形識別具體算法，并模擬現(xiàn)場對操作過程進行捕捉。同時利用RFID技術在外置設備下集成入場施工隊伍資質、人員資質、設備資質資料等信息，在人員設備入場時進行識別，將采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)由網(wǎng)絡傳送到終端管理平臺，通過油田現(xiàn)場施工環(huán)境特制的智能視頻分析軟件管理調度，施工管理人員對整個施工區(qū)周邊場所進行全方位自動監(jiān)控，通過智能視頻分析管理系統(tǒng)使管理人員及時掌握現(xiàn)場施的動態(tài)，防止異常及安全事件發(fā)生[9-10]。

3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置設計方案

3.1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置組成

智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置包括高清攝像頭、WiFi系統(tǒng)、麥克風、視頻服務器和配套設備的內置超高頻RFID芯片。其配套的終端設備有BIM系統(tǒng)終端、人形與人臉識別系統(tǒng)終端和RFID后臺信息存儲端。應用該裝置實現(xiàn)對工程施工的流程化、智能化、全方位、全過程的安全管控，并在此基礎上實現(xiàn)對工程信息的綜合查詢與統(tǒng)計分析。通過采用一體化管理對施工企業(yè)的安全管理做到嚴把入門關、加強工程精細管理關、完善現(xiàn)場管理關、加大培訓考核關，實現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”與施工工地、安全管理的融合，提高施工安全管理水平，如圖1所示。

圖1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置工作示意圖

3.2 智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系建立

采用智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置建立全周期智能化監(jiān)督體系，實現(xiàn)及時掌握施工負責人、現(xiàn)場安全員、施工人員等關鍵崗位人員的現(xiàn)場執(zhí)行情況，為防止異常及安全事件發(fā)生，施工標準執(zhí)行和外協(xié)隊伍人員考核提供真實的客觀依據(jù)。整體流程和相關項目應用技術如圖2所示。

圖2 實時監(jiān)督體系設計思路

3.3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置架構

整體系統(tǒng)由移動式現(xiàn)場排查設備及后端平臺兩部分組成，其中移動式現(xiàn)場排查設備負責作業(yè)現(xiàn)場視頻圖像信息、人像、人形等信息的采集，整體設備的3種形態(tài)分別為：智能安全帽、便攜式智能視頻記錄儀及移動式布控設備。中心平臺為基于服務器、存儲、網(wǎng)絡等設備構建視頻圖像資源整合平臺，提供視頻、人員、車輛等信息進行匯集、解析、比對及存儲服務，如圖3所示。

3.4 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置的特點

圖3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置架構示意圖

智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置，包括智能安全帽，便攜式智能視頻記錄儀及移動式布控設備。便攜式智能視頻記錄儀及移動式布控設備通過便攜式斜挎（手提）套包進行集中收納，智能安全帽入場必須佩戴。裝置具備如下特性：

1）采用專業(yè)便攜套包形式，架設簡單，輕便易攜帶。

2）布控前端采用專用吸頂云臺架構，小巧、精致。

3）布控前端內置13 600 mA大容量鋰電池組，8～10 h超長時間續(xù)航。

1.2.1 干預方法 兩組患者均維持常規(guī)抗精神藥物治療和常規(guī)生活護理、健康宣教和康復指導。干預組在常規(guī)護理基礎上給予團體社交技能訓練。

4）視頻碼率幀率隨4G/WiFi帶寬自適應調節(jié)，確保畫面最高質量流暢播放。

5）支持4G圖傳1 080 P高清視頻，能夠通過監(jiān)控平臺實時瀏覽，錄像回放、語音對講、位置和軌跡查詢等查看操作。

6）布控前端采用國產(chǎn)芯片，支持智能人臉、人形識別，既可結合后端智能平臺進行布控比對、告警，也可本地預先錄入布控數(shù)據(jù)，進行離線布控比對告警。

7）支持通過平板WiFi連接布控前端進行本地實時瀏覽、錄像回放、PTZ控制、手動抓拍，智能人臉、人形圖片查看等。

8）支持通過平板Vclient軟件導入布控人員、布控車輛數(shù)據(jù)（最大支持離線人臉1 000個，離線車牌500個），并將導入的布控人員、車輛數(shù)據(jù)同步到布控前端。

9）布控前端智能抓拍的人臉人形，自動提取特征并與布控數(shù)據(jù)進行比對，比對結果實時返回平板顯示，通過平板可在人員告警、車輛告警查看相應告警信息，如抓拍圖片、布控圖片、告警時間、相似度、人員車輛告警詳細信息。

3.5 智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系的現(xiàn)場應用

智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系主要實現(xiàn)對工程開工前、工程施工中、工程施工結束的全過程管控，主要包括以下內容：

1）開工前管理。施工人員將開工前的安全措施、文明施工、施工前的準備情況等內容進行拍照、錄像，施工過程及施工工序進行風險評價，錄入人臉識別系統(tǒng)中，為入場施工提供后端數(shù)據(jù)采集。利用系統(tǒng)提供的相關模塊對即將開工的現(xiàn)場進行可視化呈現(xiàn)，進一步對施工計劃進行確認，制定應急措施，最大限度地控制風險。

2）施工中期管理。利用移動式現(xiàn)場排查設備對人員施工過程中的關鍵點、安裝到位情況進行拍照、錄像，通過人臉人形識別系統(tǒng)進行監(jiān)控，對違反規(guī)定操作進行報警提示，同時通知監(jiān)督人員進行電話或視頻確認，實時整改確保施工全過程安全高效。

3）施工結束管理。利用移動布控式智能監(jiān)督設備將施工結束后的整體情況、概況照片、安全保護設施拆除情況、現(xiàn)場恢復情況進行拍照、錄像，并上傳到監(jiān)督人員后臺進行歸檔留存，最終通過大數(shù)據(jù)分析技術整合施工相關資料。

4 結論與建議

1）隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化技術的不斷發(fā)展及應用，現(xiàn)場一線施工人員和管理人員的安全管理工作取得了進展。大型施工現(xiàn)場的人員管理也由此變得簡單，解決了現(xiàn)場管理人員工作的弊病，同時提高了監(jiān)督人員的工作效率，更精準地反映施工全過程的真實情況。

2）現(xiàn)場施工管理中，通過智能監(jiān)督裝置對施工、管理人員進行高效率、高質量的監(jiān)督，可以確保施工水平和施工安全，推動施工的高質量發(fā)展。

3）智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置的研究與應用，可以更好地對外協(xié)隊伍和外協(xié)人員進行資質審核、安全培訓，對人員身份信息、特殊作業(yè)工種證件、作業(yè)違章管理以及現(xiàn)場全過程管控，構建了完善、共享的數(shù)據(jù)源。同時結合施工現(xiàn)場情況，動態(tài)調整外協(xié)隊伍信息庫、建立安全教育及技能培訓平臺，明確了監(jiān)督方對外協(xié)隊伍安全管理的要求，引導并促進外協(xié)隊伍自覺加強安全管理。

4）智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置可多方面、多渠道、多角度、多層次、立體化管理外協(xié)施工隊伍，強化對外協(xié)隊伍企業(yè)、工程項目、外協(xié)人員的安全準入和動態(tài)管控，提升了外協(xié)隊伍人員的安全管理，實現(xiàn)了“無差別”安全管理的目標要求。同時也為監(jiān)管部門提供了信息化平臺建立的理論和實踐支撐，確保了施工現(xiàn)場安全風險的可控、能控、在控。