吳宇紅，鄭 軍，沈先山，林 鵬，費(fèi)繼華

（1.國(guó)網(wǎng)浙江德清縣供電有限公司，浙江 湖州313200；2.浙江大學(xué)臺(tái)州研究院，浙江 臺(tái)州318000；3.德清欣電電力建設(shè)有限公司，浙江 湖州313200）

大中型電力施工場(chǎng)所中一般都會(huì)有各種類型的危險(xiǎn)區(qū)域，需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員提高警惕并注意安全。例如在高壓有電的區(qū)域要避免人員靠近，防止觸電；在有大型工程車輛作業(yè)的區(qū)域，需要和大型工程車輛保持安全距離；也可能會(huì)有無防護(hù)的高臺(tái)，不可以太靠近邊緣，防止跌落；施工中有可能掉落雜物，需要防止人員進(jìn)入可能有墜物的區(qū)域。此外，施工現(xiàn)場(chǎng)人員混雜，應(yīng)防止與施工無關(guān)的非授權(quán)人員進(jìn)入。

安全生產(chǎn)是施工場(chǎng)所管理的第一要?jiǎng)?wù)，但是大中型施工現(xiàn)場(chǎng)往往有作業(yè)面積廣、現(xiàn)場(chǎng)施工人員分散和安全風(fēng)險(xiǎn)管控點(diǎn)多等特點(diǎn)，從而產(chǎn)生安全管理困難、管理效率低下和安全管理效果不顯著等問題。

為了解決施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)管控問題，已經(jīng)有了一些可行的解決方案[1-4]，其中利用視頻圖像識(shí)別分析的技術(shù)最為成熟，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

本文所提出的一種電力施工安全告警系統(tǒng)，在前人的一些研究成果之上提升了應(yīng)用的靈活性，完善了施工現(xiàn)場(chǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管控流程，能更好并更普遍地適用于各種施工現(xiàn)場(chǎng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

統(tǒng)的主要工作原理是由圖像識(shí)別控制中心實(shí)時(shí)分析施工現(xiàn)場(chǎng)的多路攝像頭所采集的視頻監(jiān)控畫面，如檢測(cè)到異常，圖形識(shí)別控制中心將向所連接對(duì)應(yīng)的安全告警信息反饋終端發(fā)送告警信息。

圖1 施工安全告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 施工現(xiàn)場(chǎng)圖像采集裝置

施工現(xiàn)場(chǎng)的圖像采集裝置主要由高清監(jiān)控?cái)z像頭、紅外成像攝像頭、電源系統(tǒng)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)4大部分組成，它們被安裝在了一個(gè)可靈活移動(dòng)的支架上，可以方便地放置在施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)域附近，施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)可以放置多個(gè)圖像采集裝置。

高清監(jiān)控?cái)z像頭用于獲取施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)清晰圖像，為人臉識(shí)別、行為分析和危險(xiǎn)區(qū)域的是否入侵判斷提供優(yōu)質(zhì)的圖像信息。紅外成像攝像頭用于在現(xiàn)場(chǎng)光線不佳或無法識(shí)別出人員的面部特征時(shí)，輔助判斷人體的行為信息，提高整個(gè)系統(tǒng)視頻圖像分析的準(zhǔn)確性。在使用時(shí)，將圖像采集裝置上的攝像頭對(duì)準(zhǔn)需要監(jiān)控的危險(xiǎn)區(qū)域即可。

由于整個(gè)圖像采集裝置幾乎可以靈活地移動(dòng)放置在施工現(xiàn)場(chǎng)的任意位置，那么圖像采集裝置的供電和視頻信號(hào)傳輸裝置也需要方便移動(dòng)。施工現(xiàn)場(chǎng)一般不方便進(jìn)行有線供電和有線視頻信號(hào)傳輸，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上保留了有線供電和有線視頻傳輸?shù)墓δ芤苑奖阌芯€連接的應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于不方便有線連接的應(yīng)用場(chǎng)合，施工現(xiàn)場(chǎng)圖像采集裝置的供電將由鋰電池進(jìn)行供電，而視頻信號(hào)的傳輸則經(jīng)由4G/5G移動(dòng)信號(hào)傳輸。

1.2 圖像識(shí)別控制中心

圖像識(shí)別控制中心是整個(gè)安全告警系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)信息的輸入、處理與輸出功能，主要分為信息錄入、系統(tǒng)設(shè)置管理、圖像分析計(jì)算和告警信息分發(fā)4大模塊[5]。

信息錄入模塊的主要功能為錄入施工人員的基本資料，包含姓名、性別、年齡、血型和工種等基本信息，此外最重要的是施工人員的面部特征和體態(tài)特征，用于人員識(shí)別。

設(shè)置管理模塊是對(duì)整個(gè)告警系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)置和人員管理，其最重要的功能為規(guī)劃危險(xiǎn)區(qū)域、設(shè)置該區(qū)域的危險(xiǎn)動(dòng)作和設(shè)置參與施工的人員。

圖像分析計(jì)算模塊是整個(gè)告警系統(tǒng)的技術(shù)核心，承擔(dān)著危險(xiǎn)區(qū)域入侵和危險(xiǎn)行為分析判斷的重要職責(zé)。圖像分析計(jì)算模塊接收施工現(xiàn)場(chǎng)的高清攝像頭圖像信息，輔以紅外成像攝像頭的人體紅外信息，通過人臉識(shí)別、體態(tài)步伐識(shí)別、人工智能和深度學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)，判斷當(dāng)前危險(xiǎn)區(qū)域是否有人員靠近或危險(xiǎn)行為[6]，自動(dòng)產(chǎn)生告警信息。告警信息的級(jí)別可分為2 大級(jí)別，分別為：進(jìn)入危險(xiǎn)監(jiān)控范圍，需要注意安全；已接近危險(xiǎn)區(qū)域或有危險(xiǎn)行為動(dòng)作發(fā)生，告警立即遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域或停止危險(xiǎn)行為動(dòng)作。

告警信息的分發(fā)模塊可以根據(jù)設(shè)置，將不同級(jí)別的告警信息發(fā)送至施工現(xiàn)場(chǎng)的擴(kuò)音喇叭、施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員終端和指揮中心的監(jiān)控大屏上，提示相關(guān)人員注意安全風(fēng)險(xiǎn)或者前往施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看。

1.3 安全告警信息反饋終端

安全告警信息的反饋終端主要有3 種，分別為擴(kuò)音喇叭、可移動(dòng)手持終端和指揮中心大屏幕。

擴(kuò)音喇叭遍布于整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，使得在整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)角落都能清楚地聽到告警提示音。擴(kuò)音喇叭可分為全局?jǐn)U音喇叭和局部擴(kuò)音喇叭2 種，全局?jǐn)U音喇叭負(fù)責(zé)播報(bào)全局事件的告警提示音，而局部擴(kuò)音喇叭一般安裝在可靈活移動(dòng)的施工現(xiàn)場(chǎng)圖像采集裝置上，這樣就能在小范圍內(nèi)播報(bào)當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi)相對(duì)應(yīng)的告警提示音。

可移動(dòng)手持終端可以是施工現(xiàn)場(chǎng)管理人員手中的手機(jī)等智能設(shè)備，當(dāng)收到來自圖像識(shí)別控制中心發(fā)出的安全告警信息時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員可以根據(jù)收到的安全告警信息作出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)防范措施，如決定是否前去安全告警信息事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)查看實(shí)地情況等行動(dòng)。

監(jiān)控指揮中心的大屏幕上可以看到施工現(xiàn)場(chǎng)的所有實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻和告警信息，在監(jiān)控指揮中心的工作人員可以根據(jù)告警信息發(fā)出的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況作出相應(yīng)的指揮調(diào)度決定。

2 系統(tǒng)的運(yùn)作方式

2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)的布置方式

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)布置方式示意圖

如圖2 為施工現(xiàn)場(chǎng)人員安全告警系統(tǒng)在施工現(xiàn)場(chǎng)的布置方式示意圖。圖中的標(biāo)號(hào)1 為高清監(jiān)控?cái)z像頭和紅外成像攝像頭；標(biāo)號(hào)2 為播放局部告警信息用的擴(kuò)音喇叭；標(biāo)號(hào)3 為陰影部分表示需要被監(jiān)控告警的監(jiān)控區(qū)域；標(biāo)號(hào)4 為現(xiàn)場(chǎng)的施工人員；標(biāo)號(hào)5為整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)圖像采集裝置。

由圖2 可知，監(jiān)控?cái)z像頭和擴(kuò)音喇叭被同時(shí)安裝在了施工現(xiàn)場(chǎng)圖像采集裝置上，整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的需要，放置任意多個(gè)圖像采集裝置，將攝像頭對(duì)準(zhǔn)需要進(jìn)行監(jiān)控并安全告警的區(qū)域即可。

2.2 工作流程

型和工種等基本信息，還須錄入人員的面部特征和體態(tài)特征，為接下來的人臉識(shí)別和行為動(dòng)作識(shí)別做好基礎(chǔ)的比較數(shù)據(jù)。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

接下來在施工現(xiàn)場(chǎng)確定好幾處需要進(jìn)行安全管控的危險(xiǎn)區(qū)域，在每一處附近放置一個(gè)或多個(gè)圖像采集和告警信息播報(bào)裝置，將攝像頭對(duì)準(zhǔn)危險(xiǎn)識(shí)別區(qū)域。

在圖像識(shí)別控制中心，使用專用的軟件，調(diào)整好每一路的攝像頭視野，然后在攝像頭的視野范圍中畫出危險(xiǎn)區(qū)域的形狀輪廓，還可以畫出比危險(xiǎn)區(qū)域范圍更大的用于普通級(jí)別提醒的區(qū)域。對(duì)于需要識(shí)別危險(xiǎn)行為動(dòng)作的區(qū)域，可以在系統(tǒng)的行為動(dòng)作分析庫(kù)中勾選要識(shí)別的危險(xiǎn)行為動(dòng)作。

在每天開始施工前，需要在管理系統(tǒng)中加入當(dāng)天參與施工的工作人員，這樣能夠有效地防止施工場(chǎng)所進(jìn)入無關(guān)人員，當(dāng)檢測(cè)到非施工現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)入時(shí)就會(huì)發(fā)出告警信息。

在設(shè)置完系統(tǒng)必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息后，整個(gè)安全告警系統(tǒng)即可自動(dòng)運(yùn)行。其核心的檢測(cè)工作流程為如果在監(jiān)控范圍內(nèi)識(shí)別到了不屬于已添加的施工參與人員時(shí)將發(fā)出告警信息，現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員在手持終端收到告警信息后，可以根據(jù)情況決定是否前去查看處理；如果檢測(cè)到了有人進(jìn)入預(yù)警范圍時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)的擴(kuò)音喇叭將播報(bào)普通級(jí)別的安全提醒信息；如果檢測(cè)識(shí)別到了有靠近預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)區(qū)域或危險(xiǎn)行為動(dòng)作時(shí)，將在多個(gè)終端發(fā)布告警信息，提醒注意安全，如果此時(shí)還能正確地識(shí)別出是誰的話，將會(huì)播報(bào)出姓名，并記錄行為，方便后期考核和對(duì)個(gè)別人員著重加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)防范的意識(shí)。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種基于圖像識(shí)別的施工安全告警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，能在發(fā)現(xiàn)人員即將進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或有危險(xiǎn)行為動(dòng)作時(shí)進(jìn)行多終端告警，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種有危險(xiǎn)區(qū)域的電力施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人員安全風(fēng)險(xiǎn)的管控。在應(yīng)用了本套施工現(xiàn)場(chǎng)人員安全告警系統(tǒng)之后，能夠有效地提高安全生產(chǎn)水平，降低生產(chǎn)事故的發(fā)生概率。