石彥鵬，潘作為

(1.內(nèi)蒙古京寧熱電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000;2.北京京能電力股份有限公司，北京 100025)

0 引言

油罐區(qū)是電廠重要敏感區(qū)域，油罐充油是一項(xiàng)操作風(fēng)險(xiǎn)較高的作業(yè)。由于油罐區(qū)屬于易燃易爆區(qū)域，稍有不慎就可能引發(fā)大范圍火災(zāi)，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失。因此，電廠油罐區(qū)的安全是全廠安全管理工作的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

工作人員在油罐區(qū)進(jìn)行輸油過(guò)程中出現(xiàn)操作失誤或作業(yè)不規(guī)范屬于電廠運(yùn)行的重大誤操作事故，可能會(huì)造成設(shè)備損壞或人身傷害。為實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督管理，全過(guò)程、全方位、全天候監(jiān)控輸油作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)十分必要。目前，多數(shù)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)都采用安全管理人員現(xiàn)場(chǎng)巡查和視頻監(jiān)控人工審查方式進(jìn)行安全隱患和違章作業(yè)排查，這類方法可能存在人為疏忽且效率比較低下的問(wèn)題。人工智能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠安全生產(chǎn)全過(guò)程的智能化管理，有效解決上述問(wèn)題，為此提出引入一種基于人工智能的電廠油罐區(qū)非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)。

1 油罐區(qū)作業(yè)管理現(xiàn)狀

電廠油罐區(qū)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、危險(xiǎn)源點(diǎn)多面廣，而人員的專業(yè)技能和安全意識(shí)參差不齊，作業(yè)違章現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，依靠傳統(tǒng)的人員監(jiān)管效率低下，管理手段單一，且人工巡檢并不能完全實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)隱患。視頻監(jiān)控的興起雖然很大程度上解決了傳統(tǒng)人力監(jiān)管工作難度大的問(wèn)題，但是過(guò)多的視頻冗余依然給監(jiān)護(hù)人員帶來(lái)了監(jiān)控和辨識(shí)難度。

目前，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)已開(kāi)始對(duì)油罐區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，逐步建立更為先進(jìn)、高效、精確、可靠的現(xiàn)代化儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。從油罐區(qū)管理方面，企業(yè)開(kāi)發(fā)使用了各種集成管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、出貨量統(tǒng)計(jì)、共享數(shù)據(jù)等。在安全生產(chǎn)方面，采用人工智能和高精度定位為主的技術(shù)手段，以其特有的智能程度高、準(zhǔn)確性能強(qiáng)等特性，可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)安全防范的痛點(diǎn)、難點(diǎn)提出有效的解決方案，為生產(chǎn)安全提供技術(shù)保障。

2 智能化的非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)

基于人工智能的電廠油罐區(qū)非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)聯(lián)合多個(gè)攝像頭以及超寬帶定位(ultra-wide band，UWB)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)違規(guī)行為的判斷和預(yù)警。該系統(tǒng)涉及多個(gè)模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 油罐區(qū)非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 車輛檢測(cè)模塊

車輛檢測(cè)模塊由深度目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)Faster RCNN構(gòu)成，主要包括卷積層、RPN網(wǎng)絡(luò)、ROI Pooling層、分類和回歸層四個(gè)層級(jí)內(nèi)容。卷積層用于提取圖片的特征，輸入為整張圖片，輸出為提取出的特征圖；RPN網(wǎng)絡(luò)用于生成候選區(qū)域，輸入為第一步中生成的特征圖，輸出為多個(gè)候選區(qū)域；ROI Pooling層收集輸入的特征圖和候選區(qū)域，綜合這些信息后，提取得到固定尺寸的特征圖；分類和回歸層輸出候選區(qū)域所屬的類和候選區(qū)域在圖像中的精確位置。

利用提前訓(xùn)練好的車輛檢測(cè)模型對(duì)油罐區(qū)外攝像頭所采集的視頻圖片信息進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而確定是否有油車出現(xiàn)。

2.2 接地線行為檢測(cè)模塊

接地線行為檢測(cè)模塊由行為檢測(cè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)R-C3D組成。R-C3D是一個(gè)端到端的視頻行為檢測(cè)模型，有3個(gè)組成部分，分別是3D特征提取網(wǎng)絡(luò)、建議子網(wǎng)和分類子網(wǎng)。

3D特征提取網(wǎng)絡(luò)以視頻幀作為輸入，通過(guò)卷積計(jì)算出3D特征；建議子網(wǎng)則生成不同長(zhǎng)度的建議以及相應(yīng)的置信分?jǐn)?shù)；分類子網(wǎng)對(duì)建議進(jìn)行過(guò)濾，將3D特征圖通過(guò)3D ROI Pooling池化成固定長(zhǎng)度的特征，然后進(jìn)行行為類別分類并預(yù)測(cè)出精修后的行為邊界。

利用提前訓(xùn)練好的接地線行為檢測(cè)模型，對(duì)油罐區(qū)外攝像頭采集的視頻圖片信息進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)人員是否有將接地線掛在油車接地柱上的行為。

2.3 門口觸摸靜電釋放球行為檢測(cè)模塊

門口觸摸靜電釋放球行為檢測(cè)模塊由行為檢測(cè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)R-C3D組成，利用多行為檢測(cè)模型對(duì)油罐區(qū)門口攝像頭采集的視頻圖像進(jìn)行行為檢測(cè)，用于捕獲門口工作人員觸摸靜電釋放球的行為，其中多行為檢測(cè)模型是對(duì)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)R-C3D進(jìn)行訓(xùn)練得到的，可檢測(cè)工作人員觸摸靜電釋放球以及打開(kāi)輸油管輸油閥門兩種行為類別。

2.4 輸油管處人員行為檢測(cè)模塊

輸油管處人員行為檢測(cè)模塊由行為檢測(cè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)R-C3D組成，利用多行為檢測(cè)模型對(duì)輸油管處的監(jiān)控?cái)z像頭采集的視頻圖像進(jìn)行行為檢測(cè)，用于捕獲工作人員觸摸靜電釋放球的行為或者打開(kāi)輸油管輸油閥門的行為。

2.5 UWB定位模塊

UWB定位模塊利用UWB基站和定位標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的精確定位。UWB基站是一種基于超寬帶技術(shù)的基站，安裝于油罐區(qū)內(nèi)，其主要作用是定位，提供位置基準(zhǔn)參考，再配合定位標(biāo)簽就能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的精確定位。UWB標(biāo)簽體積小巧，固定在人員身上，可適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。

UWB定位模塊提前預(yù)存有油罐區(qū)門口位置范圍，UWB定位模塊通過(guò)基站與作業(yè)人員佩戴的UWB標(biāo)簽的通信，并利用定位算法來(lái)確定作業(yè)人員的準(zhǔn)確位置，根據(jù)人員位置及預(yù)存的油罐區(qū)門口位置范圍判斷人員是否進(jìn)入油罐區(qū)門內(nèi)。

2.6 非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)模塊

非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)模塊對(duì)上述接地線行為檢測(cè)模塊、門口觸摸靜電釋放球行為檢測(cè)模塊、輸油管處人員行為檢測(cè)模塊檢測(cè)結(jié)果以及UWB定位模塊定位結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，最終判斷有無(wú)違規(guī)作業(yè)。

2.7 主控單元

主控單元根據(jù)車輛檢測(cè)模塊的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)檢測(cè)到油車出現(xiàn)時(shí)，主控單元下達(dá)檢測(cè)命令，傳遞給非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)模塊，由非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)模塊調(diào)用與之相連的各個(gè)檢測(cè)模塊進(jìn)行識(shí)別與判斷，并接受各個(gè)檢測(cè)模塊傳遞的結(jié)果。非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)模塊根據(jù)各個(gè)檢測(cè)模塊傳遞的結(jié)果綜合判斷作業(yè)違規(guī)情況，將是否違規(guī)作業(yè)判別信息傳遞給主控單元，主控單元根據(jù)是否違規(guī)作業(yè)判別信息判斷是否報(bào)警，如果需要報(bào)警則控制報(bào)警裝置進(jìn)行報(bào)警。

3 非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)檢測(cè)流程

(1) 循環(huán)讀取UWB定位模塊人員發(fā)送的定位結(jié)果以及油罐區(qū)門內(nèi)區(qū)域范圍，判斷人員在油罐區(qū)門內(nèi)還是門外。

(2) 若人員在油罐區(qū)門外，則執(zhí)行以下內(nèi)容。

① 調(diào)用門口觸摸靜電釋放球行為檢測(cè)模塊，得到行為檢測(cè)結(jié)果；若行為檢測(cè)結(jié)果為存在觸摸行為，則令觸摸標(biāo)志加1。

② 調(diào)用接地線行為檢測(cè)模塊，得到行為檢測(cè)結(jié)果；若行為檢測(cè)結(jié)果為存在接地線行為，則令接地線標(biāo)志等于1。

③ 如接地線標(biāo)志等于1且觸摸標(biāo)志為0，表示進(jìn)入油罐區(qū)前未觸摸靜電釋放球，設(shè)置違規(guī)作業(yè)標(biāo)志為1，將該違規(guī)作業(yè)標(biāo)志傳遞給主控單元，由主控單元啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警。

(3) 若人員已進(jìn)入油罐區(qū)，則執(zhí)行以下內(nèi)容。

① 如觸摸標(biāo)志為0，表示進(jìn)入油罐區(qū)前未觸摸靜電釋放球，設(shè)置違規(guī)作業(yè)標(biāo)志為1；將該違規(guī)作業(yè)標(biāo)志傳遞給主控單元，由主控單元啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警。

② 如此時(shí)接地線標(biāo)志為0，表示此次作業(yè)過(guò)程中未接地線，設(shè)置違規(guī)作業(yè)標(biāo)志為4；將該違規(guī)作業(yè)標(biāo)志傳遞給主控單元，由主控單元啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警。

③ 如接地線標(biāo)志等于1且觸摸標(biāo)志小于2,則設(shè)置違規(guī)作業(yè)標(biāo)志為2，表示接完地線后第二次進(jìn)入油罐區(qū)前未觸摸靜電釋放球，將該違規(guī)作業(yè)標(biāo)志傳遞給主控單元，由主控單元啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警。

④ 調(diào)用輸油管處人員行為檢測(cè)模塊，若檢測(cè)到觸摸靜電釋放球行為，則令輸油管處觸摸標(biāo)志2的值為1；若檢測(cè)到有打開(kāi)輸油閥門行為，表示開(kāi)始了輸油過(guò)程，此時(shí)如輸油管處觸摸標(biāo)志2的值為0，則設(shè)置違規(guī)作業(yè)標(biāo)志為3，表示打開(kāi)輸油閥前未觸摸靜電釋放球，將該違規(guī)作業(yè)標(biāo)志傳遞給主控單元，由主控單元啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警；否則，設(shè)置檢測(cè)過(guò)程結(jié)束標(biāo)志為1 (初始值為0)。

(4) 若檢測(cè)過(guò)程結(jié)束標(biāo)志為1，退出循環(huán)讀取UWB定位；此輪檢測(cè)結(jié)束。

4 結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)蒙古某電廠的運(yùn)行實(shí)踐表明，該系統(tǒng)在對(duì)油罐區(qū)輸油流程進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化智能跟蹤中的捕捉率達(dá)97 %，成功識(shí)別率達(dá)95 %，在80次輸油作業(yè)中，發(fā)現(xiàn)違規(guī)行為2次，有效實(shí)現(xiàn)了電廠油罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)違章管控的智能化和自動(dòng)化，大幅度提升了人員的安全意識(shí)和安全管理效率。