華能國際電力股份有限公司上安電廠 劉文智 王 釗 華能國際電力股份有限公司河北分公司 劉延達(dá)

在我國發(fā)電能源構(gòu)成中火力發(fā)電占總發(fā)電量比例達(dá)60%以上，燃料則是火電廠生產(chǎn)成本中最高的部分，根據(jù)不同的火電廠裝機容量，燃料支出可占發(fā)電成本的較大部分。隨著信息技術(shù)的提高，我國工業(yè)正在向智能化階段發(fā)展。目前我國大部分火力發(fā)電機組自動化程度都達(dá)到較高水平，信息化基礎(chǔ)較好，通過數(shù)據(jù)分析、圖像識別等方式解決現(xiàn)場實際問題成為電力智能化的一種解決方案。煤場中輸煤皮帶、堆取料機等設(shè)備屬于對人身危險性較高的設(shè)備，加之儲煤場地的重要性，對封閉煤場進行全方位監(jiān)控具有較強的實際需求，同時煤場智能安全管控也是打造數(shù)字化煤場過程中不可或缺的一環(huán)。

1 功能需求分析

1.1 研究現(xiàn)狀

為降低儲煤揚塵污染風(fēng)險，本文研究煤場目前已搭建煤棚實現(xiàn)儲煤封閉化存放，目標(biāo)是建立封閉煤場內(nèi)部智能安全管控系統(tǒng)。封閉煤場安全主要分為兩方面：一是物的安全，包括儲煤安全與堆取料設(shè)備、輸煤皮帶等；二是人身安全，人員工作安全在電力生產(chǎn)中屬于最重要的因素，在工作中可能會遇到多種危險因素，對人員現(xiàn)場行為實現(xiàn)多方位監(jiān)控，是提高現(xiàn)場安全管理效果的一項可行手段。

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，國內(nèi)關(guān)于煤場智能化方面應(yīng)用正在逐漸開展。浙江某公司將自動控制、5G 無線通訊、高清視頻監(jiān)控等技術(shù)與實際儲煤庫行車需求相結(jié)合，就火電廠煤儲庫內(nèi)的行車智能化自動運行給出了較完備的方案[1]；張冬練，李偉等人針對斗輪機定位精度差、管控程序落后等缺點，基于UWB 技術(shù)精確定位開發(fā)了堆取料指導(dǎo)系統(tǒng)，提升了堆取煤精度[2]。

關(guān)于電廠安全監(jiān)控方面，王鑫結(jié)合某電廠安防現(xiàn)狀提出智慧電廠安防總體實施規(guī)劃設(shè)計方案，設(shè)計了智慧電廠包括智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能巡檢系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和智能門禁及出入口車輛管理系統(tǒng)的安防前端系統(tǒng)[3]；薛明華，艾春美等人根據(jù)電廠安全現(xiàn)狀，針對人員不正確佩戴安全帽進入生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)行為，設(shè)計了一種基于掩膜區(qū)域卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識別算法實現(xiàn)對作業(yè)人員安全帽佩戴行為的高精度識別[4]；韓超，馬欣欣等人基于對安全監(jiān)控的需求分析，根據(jù)結(jié)果提出智慧安全系統(tǒng)整體架構(gòu)和應(yīng)用功能，分析、研究和闡述智慧安全新技術(shù)在火電廠重大危險源中的應(yīng)用及價值提升點[5]。

1.2 現(xiàn)狀分析

目前燃料運行過程中安全監(jiān)控方面存在一些痛點：輸煤系統(tǒng)運行時值班人員需監(jiān)視多個畫面，在對輸煤系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視中難以完全將注意力集中于監(jiān)控系統(tǒng)。目前監(jiān)控矩陣觀察重點主要在輸煤皮帶上，且本項目原視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示畫面數(shù)目明顯少于攝像頭數(shù)目，可能造成包含重要信息的視頻信息無法及時顯示到值班人員面前，漏過一些重要的視頻報警。現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)起到的是傳統(tǒng)硬盤刻錄功能，將一定時間的視頻錄像數(shù)據(jù)存儲起來，在事件發(fā)生后進行視頻的查找和調(diào)取，可能導(dǎo)致查找錄像耗費較多的時間，降低實際事件處理效率。

將智能識別技術(shù)與當(dāng)前業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，使用智能視頻技術(shù)對監(jiān)控畫面中的視頻數(shù)據(jù)進行有效分析，可建立一套智能安全管控系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)安全管理所需制定相應(yīng)的規(guī)則，進行智能識別和報警，將會為運行人員高效監(jiān)測煤場人、物安全狀況帶來極大的幫助，從而降低運行人員監(jiān)控壓力，提高安全管理效率。

1.3 功能描述

本項目所在煤場面積大，現(xiàn)場作業(yè)人員、車輛多，安全管控難度大。為解決目前煤場監(jiān)控中的痛點，通過使用高清攝像、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能分析、智能識別等先進技術(shù)手段搭建智能化煤場中的智能化安全管控系統(tǒng)軟件應(yīng)具備人員、設(shè)備、燃煤三方面安全監(jiān)控功能。

人員安全管理方面：安全帽佩戴識別功能。利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動識別出人員是否正確佩戴安全帽，若不滿足正確佩戴安全帽的要求則生成報警；吸煙識別功能。利用煤場高清監(jiān)控系統(tǒng)自動識別人員是否有抽煙行為；人員舉手識別功能。利用煤場高清監(jiān)控系統(tǒng)對人員舉手動作進行識別報警功能，當(dāng)現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)問題時可通過該功能及時通知集控運行人員，增加與運行人員的溝通渠道，避免通訊受限等極端情況引發(fā)的后果；區(qū)域入侵識別功能。利用煤場高清監(jiān)控系統(tǒng)在汽車溝及其他重點區(qū)域內(nèi)劃定虛擬界線作為防入侵區(qū)域，若有人闖入該識別區(qū)域則快速識別并發(fā)出報警；人員倒地識別功能。利用煤場高清監(jiān)控系統(tǒng)識別人跌倒時的動作，當(dāng)持續(xù)一段時間后自動生成報警，保障人身安全。

煤場設(shè)備狀態(tài)方面：皮帶跑偏功能。通過在封閉煤場輸煤皮帶頭部與尾部增加攝像機，實現(xiàn)皮帶跑偏報警功能，提高皮帶運行安全監(jiān)控效率；燃煤安全監(jiān)控方面：煙火識別功能。利用煤場高清監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)儲煤區(qū)域出現(xiàn)煙、霧、火等情況時迅速檢測火情并準(zhǔn)確生成報警信號。

2 煤場安全智能管控系統(tǒng)設(shè)計

封閉煤場智能安全管理監(jiān)控系統(tǒng)整體共分為四個層次：現(xiàn)場層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)模型層、應(yīng)用層。

現(xiàn)場層：主要是由高清攝像機進行視頻信號的采集，將現(xiàn)場圖像信息傳輸至工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。采用高清攝像機可以提高圖像分辨率，收集更多的視頻信息，提高視頻監(jiān)控效率。各高清攝像機的安裝位置主要針對不同功能進行確定，面向人員進行監(jiān)控的攝像機應(yīng)安裝在較低的位置以清晰拍攝工作人員狀態(tài)，考慮人員經(jīng)過較多的步道及煤棚出入口位置。針對皮帶進行拍攝的攝像頭安裝位置應(yīng)位于皮帶上方較近處，以確定輸煤皮帶運行是否正常。

網(wǎng)絡(luò)層：高清攝像機采集視頻信號后接入對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)交換機，靠近的網(wǎng)絡(luò)交換機接入總網(wǎng)絡(luò)交換機，最終將視頻信息以碼流的狀態(tài)輸入智能分析終端，實現(xiàn)視頻信息數(shù)據(jù)從現(xiàn)場至服務(wù)器端的傳輸。

數(shù)據(jù)模型層：其硬件設(shè)備主要由智能分析終端和智能識別服務(wù)器組成。由智能分析終端對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)層輸出的數(shù)據(jù)進行接入和處理，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實時瀏覽和存儲、錄像檢索和回放等功能，之后將圖像特征相關(guān)數(shù)據(jù)送入智能識別服務(wù)器中進行煤場安全管控功能算法識別，從而根據(jù)現(xiàn)場識別實時輸出報警信號。

應(yīng)用層：主要為基于B/S 結(jié)構(gòu)建立的人機交互界面（圖1），分為前臺界面與后臺界面兩部分。在前臺界面運行人員可在上位機瀏覽視頻監(jiān)控畫面，根據(jù)工作所需對視頻信息進行瀏覽、回放、報警記錄查詢等操作。數(shù)據(jù)模型層輸出的報警信號采用聲光報警與畫面顯示同時輸出的形式第一時間對運行人員進行通知，以避免重要信息被忽略；在后臺界面，可對各視頻畫面對應(yīng)的識別規(guī)則及安全管控區(qū)域進行修改，以適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場狀況變化及硬件維護需要。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用層結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)實施與應(yīng)用

本系統(tǒng)基于煤場原有監(jiān)控系統(tǒng)升級，利用部分原有攝像機與新增高清攝像機共同構(gòu)成視頻信息采集部分，共新增攝像機23臺，型號為DS-2CD7A2D-AQM/TB(2.8～12mm)。其中輸煤皮帶路基兩側(cè)10臺，于兩側(cè)道路護欄Z 型間隔安裝，安裝高度2米；煤場出入口正對門安裝4臺；汽車溝出入口正對門安裝2臺；汽車溝內(nèi)部安裝3臺以覆蓋內(nèi)部全部區(qū)域；皮帶東側(cè)正對皮帶安裝2臺實現(xiàn)輸煤皮帶狀態(tài)監(jiān)測；連廊與煤棚連接處兩側(cè)各安裝1臺實現(xiàn)對燃煤與堆取料機運行狀態(tài)檢測。新增攝像機后工業(yè)電視系統(tǒng)可實現(xiàn)對受監(jiān)測煤棚全方位24小時監(jiān)控。

本系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)模型層設(shè)計安裝4臺智能分析終端滿足接入多路視頻數(shù)據(jù)的需要，安裝1臺專用智能識別服務(wù)器以滿足智能識別算法模型與軟件部署的需求。煤場智能安全管理控制系統(tǒng)軟件部署上線后，由調(diào)試人員針對安全帽識別、工裝識別、吸煙識別、人員倒地識別、人員舉手識別、皮帶跑偏識別、區(qū)域入侵識別等不同功能分別進行測試?？砂l(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)對人員違規(guī)行為識別、輸煤皮帶跑偏識別、區(qū)域入侵識別準(zhǔn)確度均較高，煙火識別受堆取料機燈光影響較大，易出現(xiàn)誤報情況。

系統(tǒng)正式上線后，實現(xiàn)了封閉煤場全天候、全方位智能監(jiān)控，改變以往完全由運行人員對監(jiān)控畫面進行監(jiān)視和分析的模式，依靠計算機強大的算力處理海量視頻數(shù)據(jù)，為用戶提供更高效的信息，輔助運行人員決策。

綜上，本文建立的煤場智能安全管控系統(tǒng)實現(xiàn)了煤場工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的智能化升級，以智慧化的分析系統(tǒng)輔助運行人員決策，加強了煤場安全風(fēng)險管控能能力，提升了企業(yè)安全風(fēng)險防范水平。本系統(tǒng)仍存在一些不足，受限于現(xiàn)場復(fù)雜工況，系統(tǒng)可能會出現(xiàn)部分誤報情況，相信未來會有更先進的技術(shù)逐漸應(yīng)用于電力生產(chǎn)中，帶來電力生產(chǎn)安全管理的進一步提升。