汪貴明，裴國(guó)兵，劉曉景

（1.酒泉鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司信息自動(dòng)化分公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100；2.甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 前言

酒鋼信息自動(dòng)化公司于2016 年投資建設(shè)了視頻監(jiān)控平臺(tái)，目前平臺(tái)上監(jiān)控視頻點(diǎn)數(shù)已達(dá)500 多個(gè)，本部廠區(qū)單位監(jiān)控視頻點(diǎn)數(shù)共計(jì)2000 多個(gè)，如果所有視頻通過人工進(jìn)行監(jiān)控，工作量巨大，同時(shí)因監(jiān)控人員精力有限、易疲倦，導(dǎo)致工作效率低下且存在監(jiān)控遺漏的風(fēng)險(xiǎn)。

在現(xiàn)有監(jiān)控平臺(tái)基礎(chǔ)上，公司于2020 年建設(shè)了視頻智能分析系統(tǒng)，結(jié)合后端服務(wù)器，新建的智能分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻監(jiān)控平臺(tái)中任意監(jiān)控視頻的智能分析和實(shí)時(shí)告警。

2 視頻智能分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)、安全、可靠的技術(shù)，確保系統(tǒng)建成后成為具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平、實(shí)用可靠、經(jīng)濟(jì)合理的智能分析輔助系統(tǒng)[1-2]。

2.1 先進(jìn)性

在保證開放性和實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的人臉抓拍、人臉比對(duì)、深度學(xué)習(xí)算法、熱成像、立體視覺等技術(shù)，使其發(fā)揮最佳的集成效果，保證在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)整體處于先進(jìn)水準(zhǔn)。

2.2 安全性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮多級(jí)安全防范措施，包括加密傳輸、身份認(rèn)證等多種方法組合防護(hù)，考慮樣本上傳方式及數(shù)量、初步模型下發(fā)方式及類型、組網(wǎng)架構(gòu)等元素，根據(jù)不同的需要進(jìn)行不同的安全等級(jí)設(shè)計(jì)，最大限度地保護(hù)系統(tǒng)的自身安全。

2.3 可靠性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不僅考慮所采用系統(tǒng)設(shè)備的先進(jìn)性，而且更重要的是考慮系統(tǒng)設(shè)備的適用性與方案的可靠性，使其長(zhǎng)期地發(fā)揮其功效。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

方案設(shè)計(jì)充分考慮已建系統(tǒng)情況，在滿足擬建系統(tǒng)要求的前提下復(fù)用現(xiàn)有前端設(shè)備及管理系統(tǒng)，保護(hù)投資。

2.5 擴(kuò)展性

為提高算法識(shí)別效率及準(zhǔn)確率，系統(tǒng)支持算法迭代，通過部署后的系統(tǒng)獲取現(xiàn)場(chǎng)樣本，以人工修整方式在AI 開放平臺(tái)進(jìn)行算法迭代升級(jí)。

3 視頻智能分析系統(tǒng)組成

系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖1 所示，包括AI 開放平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)素材的標(biāo)定、算法的智能訓(xùn)練三個(gè)部分；智能硬件包括AI 開放平臺(tái)和GPU 智能分析設(shè)備，可加載相關(guān)智能算法，實(shí)現(xiàn)隱患智能分析。

圖1 視頻智能分析系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

智能視頻分析系統(tǒng)組成：由前端設(shè)備攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸線路、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備、后臺(tái)分析設(shè)備、監(jiān)控中心管理系統(tǒng)組成。

3.1 架構(gòu)說明

智能分析輔助系統(tǒng)通過對(duì)接入的編碼資源進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，實(shí)現(xiàn)輔助決策的系統(tǒng)功能實(shí)時(shí)告警及各系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)等業(yè)務(wù)功能；部署計(jì)算設(shè)備及算法設(shè)備管理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)視頻、歷史數(shù)據(jù)的智能分析，輔助判斷功能。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

3.2.1 開放平臺(tái)

支持AI 算法模型文件直接導(dǎo)入到邊緣設(shè)備，如IPC、NVR 等產(chǎn)品，能夠通過軟件定義設(shè)備，更具有場(chǎng)景適應(yīng)性和靈活性。

在算法迭代時(shí)，邊緣設(shè)備的算法模型升級(jí)只需模型文件導(dǎo)入即可，無需設(shè)備固件整體升級(jí)，能夠保障業(yè)務(wù)的平滑過渡。

在設(shè)備端進(jìn)行邊緣計(jì)算，可有效提升業(yè)務(wù)的相應(yīng)速度，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，提升數(shù)據(jù)的安全性。

3.2.2 低成本

本系統(tǒng)改變了過往傳統(tǒng)的AI 開發(fā)模式，專門面向零基礎(chǔ)非專業(yè)人士，僅需要一臺(tái)能夠連接互聯(lián)網(wǎng)的普通PC 電腦和Web 頁面操作就可以完成AI算法開發(fā)，大幅降低AI 開發(fā)門檻和投入成本。

3.2.3 安全可靠

提升用戶的運(yùn)營(yíng)管理效率。通過AI 優(yōu)化用戶業(yè)務(wù)流程，但不會(huì)觸碰用戶的核心數(shù)據(jù)、隱私數(shù)據(jù)、商業(yè)模式等機(jī)密信息，僅需要相關(guān)的圖片素材進(jìn)行算法訓(xùn)練。算法訓(xùn)練完畢后，算法模型還可選擇重新部署于用戶的數(shù)據(jù)中心，不會(huì)造成用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)泄露。

3.2.4 迭代優(yōu)化

除了提供AI 開放平臺(tái)這一算法訓(xùn)練創(chuàng)新工具外，還可協(xié)助搭建業(yè)務(wù)應(yīng)用落地的軟件平臺(tái)，使實(shí)驗(yàn)室算法走向行業(yè)落地，打破應(yīng)用與算法的壁壘，算法與素材的屏障，解決AI 開發(fā)“最后一公里”的問題，推動(dòng)應(yīng)用快速上線，保障算法持續(xù)迭代更新。

4 視頻智能分析系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

4.1 硬件利舊部分

本項(xiàng)目智能分析檢測(cè)算法所分析檢測(cè)的視頻源分兩部分（新建和利舊），一部分為現(xiàn)有已建前端攝像機(jī)，通過調(diào)整安裝位置及視角達(dá)到檢測(cè)要求實(shí)現(xiàn)，另一部分根據(jù)實(shí)際需求架設(shè)。

4.2 硬件新增部分

4.2.1 前端設(shè)備

本項(xiàng)目智能分析檢測(cè)算法所分析檢測(cè)的視頻源分為新建前端攝像機(jī)和已有前端攝像機(jī)。

無組織排放監(jiān)測(cè)。增加7 臺(tái)雙光譜大焦距云臺(tái)攝像機(jī)對(duì)廠區(qū)進(jìn)行高空覆蓋，實(shí)現(xiàn)基于可見光的排放監(jiān)測(cè)及煙霧識(shí)別，基于熱成像的全廠區(qū)火點(diǎn)識(shí)別。

移動(dòng)類攝像機(jī)。增加20 套移動(dòng)類攝像機(jī)，一方面可實(shí)現(xiàn)臨時(shí)性監(jiān)控需求，一方面可就固定點(diǎn)位攝像機(jī)無法覆蓋的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視布控，為后端智能分析算法提供理想條件的視頻源。

更換不符合條件的已有其他固定點(diǎn)位攝像機(jī)，包括模擬攝像機(jī)、720 P 及以下分辨率攝像機(jī)，部分損壞及成像質(zhì)量不佳的點(diǎn)位。

顯示設(shè)備。安全管理處室增加顯示系統(tǒng)，包括解碼器1 臺(tái)，監(jiān)視器4 臺(tái)，接入新建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，由本地客戶端實(shí)現(xiàn)本區(qū)域顯示內(nèi)容的控制。

4.2.2 后端設(shè)備及算法

智能分析設(shè)備及算法。包括3 類智能分析設(shè)備：一是常規(guī)算法分析設(shè)備，二是人臉比對(duì)分析設(shè)備，三是專用算法分析設(shè)備。

本項(xiàng)目涉及以下7 類算法：人數(shù)超限算法、區(qū)域入侵算法、未授權(quán)人告警、離崗檢測(cè)算法、勞動(dòng)防護(hù)器具檢測(cè)、火點(diǎn)檢測(cè)、無組織排放算法模型。

軟件部署服務(wù)器。利用私有云平臺(tái)，部署業(yè)務(wù)平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)人機(jī)交互界面服務(wù)，設(shè)備管理、算法調(diào)度等功能。3 臺(tái)服務(wù)器利用集團(tuán)公司私有云資源。

業(yè)務(wù)平臺(tái)軟件。增加業(yè)務(wù)管理平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)人機(jī)交互界面服務(wù)，設(shè)備管理、算法調(diào)度等功能。

5 智能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及智能應(yīng)用設(shè)計(jì)

5.1 危險(xiǎn)區(qū)域人數(shù)超限告警

對(duì)煉鋼轉(zhuǎn)爐爐前平臺(tái)、動(dòng)力廠天然氣站等需要限制人員數(shù)量的區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)人數(shù)智能分析，人數(shù)超限則告警提示，中控室人員根據(jù)告警信息進(jìn)行相關(guān)處置。

AI 智能人員密度筒型攝像機(jī)，由白光變焦筒機(jī)與高性能GPU 模塊組成，內(nèi)嵌深度學(xué)習(xí)算法。通過檢測(cè)人頭肩特征，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)設(shè)定區(qū)域內(nèi)的人員數(shù)量，輸出當(dāng)前區(qū)域?qū)崟r(shí)人數(shù)及擁堵等級(jí)，后端應(yīng)用軟件可設(shè)置人數(shù)上限；也可前端設(shè)備使用已建的現(xiàn)有設(shè)備，后端部署分析服務(wù)器加載智能算法來實(shí)現(xiàn)。

5.2 危險(xiǎn)區(qū)域人員入侵告警

對(duì)煉鋼液態(tài)金屬調(diào)運(yùn)區(qū)域、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)域內(nèi)、設(shè)置電子圍欄區(qū)域內(nèi)等嚴(yán)禁人員進(jìn)入的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行人員入侵告警，現(xiàn)場(chǎng)可增加警示燈或語音提示，第一時(shí)間告知人員退出區(qū)域[3-4]。

開啟周界防范（越界偵測(cè)、區(qū)域入侵），系統(tǒng)將對(duì)視頻做實(shí)時(shí)檢測(cè)，一旦偵測(cè)到目標(biāo)入侵用戶設(shè)置的警戒線/區(qū)域，且深度學(xué)習(xí)算法判定入侵的目標(biāo)為人/車目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警。

5.3 未授權(quán)人員進(jìn)入告警

對(duì)限制人員進(jìn)入的高危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行智能分析，通過面部識(shí)別判斷是否為授權(quán)備案的作業(yè)人員，否則告警提示。

后端分析設(shè)備獲取實(shí)時(shí)碼流，對(duì)視頻中的人臉進(jìn)行抓拍建模，與庫(kù)內(nèi)名單庫(kù)照片進(jìn)行比對(duì)，相似值低于閾值的產(chǎn)生告警至應(yīng)用平臺(tái)。

5.4 重點(diǎn)監(jiān)控崗位人員脫崗告警

對(duì)中控室、消防控制室等國(guó)家明確規(guī)定24 h 值守的重點(diǎn)崗位進(jìn)行視頻分析，當(dāng)崗位人員脫崗后開始計(jì)時(shí)，超過限定閾值時(shí)開始告警。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到關(guān)鍵區(qū)域的工作人數(shù)少于設(shè)定人數(shù)時(shí)告警。

5.5 勞動(dòng)防護(hù)器具穿戴使用告警

對(duì)重點(diǎn)危險(xiǎn)場(chǎng)所、重大危險(xiǎn)源等，需要確認(rèn)人員是否穿戴安全勞保用具，如未佩戴安全帽、未按要求穿著工作服等，告警提示。

基于視頻的安全帽佩戴檢測(cè)算法，運(yùn)用先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，基于高性能硬件平臺(tái)，對(duì)視頻畫面中工作人員是否佩戴安全帽、制服行為進(jìn)行檢測(cè)，在未佩戴安全帽及未穿著制服的工作人員進(jìn)入特定區(qū)域后發(fā)出告警。

5.6 火災(zāi)監(jiān)測(cè)告警

對(duì)重點(diǎn)危險(xiǎn)場(chǎng)所，重大危險(xiǎn)源以及重點(diǎn)消防區(qū)域，發(fā)現(xiàn)明火或者濃煙時(shí)，產(chǎn)生告警。

獲取現(xiàn)場(chǎng)明火或者濃煙時(shí)的圖片視頻，在AI開放平臺(tái)進(jìn)行算法訓(xùn)練開發(fā)，將開發(fā)完成的算法模型部署至智能分析設(shè)備。系統(tǒng)檢測(cè)到上述情況時(shí)，客戶端實(shí)現(xiàn)告警功能。

5.7 無組織排放監(jiān)測(cè)告警

在公司廠區(qū)范圍內(nèi)選擇若干高點(diǎn)架設(shè)全景紅外熱成像雙目攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)無死角監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)煙氣排放超標(biāo)以及無組織排放時(shí)，產(chǎn)生告警。

通過可見光的方式進(jìn)行排放煙霧的檢測(cè)，需要從排放量上區(qū)分正常排放和異常排放，通過AI 開放平臺(tái)的分類模式，標(biāo)定區(qū)分兩種狀態(tài)，進(jìn)行算法模型的訓(xùn)練部署。

通過熱成像的方式，捕捉排放時(shí)煙霧的溫度，同時(shí)對(duì)煙霧的大小進(jìn)行區(qū)分識(shí)別。攝像機(jī)選擇雙光譜熱成像云臺(tái)[5-6]。

6 平臺(tái)的建設(shè)

6.1 安全生產(chǎn)管理平臺(tái)

Infovision iWork-Safety 安全生產(chǎn)管理平臺(tái)，采用以視頻為核心的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合行為分析、人臉識(shí)別等AI 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的統(tǒng)一調(diào)度管理。

AI 模型管理。AI 模型管理主要提供AI 模型下載、模型管理、模型下發(fā)、AI 分析任務(wù)下發(fā)等功能，通過高級(jí)參數(shù)配置，也可提供AI 模型的自動(dòng)下載、設(shè)備模型自動(dòng)升級(jí)、素材自動(dòng)上傳的功能。

6.2 短信預(yù)警平臺(tái)

建立短信平臺(tái)客戶端，連接內(nèi)部多種應(yīng)用系統(tǒng)，自動(dòng)接收通過軟件接口推送過來的告警內(nèi)容，通過規(guī)則比對(duì)，將短信息發(fā)送給相應(yīng)管理者手機(jī)。

6.3 消防管理平臺(tái)

安全生產(chǎn)管理平臺(tái)對(duì)接消防報(bào)警系統(tǒng)，消防報(bào)警匯總至安全生產(chǎn)管理平臺(tái)，調(diào)動(dòng)攝像頭進(jìn)行視頻采集，判斷真實(shí)性后向短信平臺(tái)進(jìn)行推送。

7 結(jié)語

本系統(tǒng)在酒鋼個(gè)別廠礦進(jìn)行了試點(diǎn)性應(yīng)用，從運(yùn)行一年來的情況看，基本達(dá)到了對(duì)酒鋼生產(chǎn)過程中的隱患進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)于“科技興安”“落實(shí)企業(yè)安全生產(chǎn)主體責(zé)任”具有重要價(jià)值和意義，同時(shí)，對(duì)于其他冶金企業(yè)推進(jìn)安全生產(chǎn)管理信息化建設(shè)，提升安全生產(chǎn)管理信息化輔助管理水平，具有一定的借鑒意義。