智能感知系統在變電站擴建管理中的應用研究

陳 敏

（中國南方電網廣東電網有限責任公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526000）

1 應用背景

隨著國家對電網投入的不斷加大，基建任務日趨繁重，現場安全管理不完善，特別是在變電站改擴建工程中，現場施工環境復雜，施工專業性強，質量和安全要求很高，管理人員安全巡查工作強度高，任務量重，管理難度大給安全生產帶來隱患。

現有的變電站管理單位中通常會在施工當地攝錄分布視頻監控中心來統一管理幾個施工現場，該視頻監控中心目前僅僅是視頻攝錄，無法做到邊錄邊實時識別并預警。安全管理人員無法第一時間掌控并獲悉現場的不安全行為等風險，進而對安全管控無法做到防患于未然。通過引入智能技術，實現對變電站施工現場人員、環境和作業車輛的統一管控，對業主單位、建設單位及監理單位等資源的統一調度，從而實現變電站施工安全預警的集中化、數字化、在線化、實時化、智能化管理，及時發現并預警不安全行為等風險情況，降低安全事故發生的可能性，保障變電站施工現場的安全。

2 深度學習技術

深度學習（Deep Learning，DL）由Hinton等人于2006年提出，是機器學習（Machine Learning，ML）的一個新領域。深度學習起源于人工神經網絡，通過組合低層特征形成更加抽象的高層特征或類別，然后從大量的輸入數據中學習有效特征表示，并把這些特征用于分類、回歸和信息檢索的一種技術，可幫助計算機理解大量圖像、聲音和文本形式的數據。利用多層次的神經網絡，計算機能像人類一樣觀察、學習復雜的情況，并做出相應的反應。

基于深度學習的目標檢測算法，主流的檢測方式有兩種：一種是基于候選區域的網絡，如CNN家族系列，R-CNN、Fast R-CNN、Faster R-CNN等；另一種是無需候選區域的端到端網絡，如YOLO家族系列、SSD 家族系列［1］。

3 智能感知系統概述

智能感知系統由外界感知裝置、無線傳輸裝置、智能預警裝置及其他輔助設施組成。使用4G和攝像頭無線WiFi自組網技術，實現現場數據的快速傳輸至智能預警裝置，快速部署，進行實時預警分析，并將結果信息推送至相關人員。

3.1 外界感知裝置

外界感知裝置由人臉識別設備、移動安全行為監護設備及環境監測設備3個子模塊組成。

（1）人臉識別裝備

人臉識別裝備由人臉識別通道道閘、智能平板等組成，并配備紅外檢測，支持防尾隨和防沖撞功能。

（2）移動安全行為監護裝備

移動安全行為監護裝備由攝像頭、移動三角支架及太陽能供電系統組成。其中，攝像頭具備自組網功能，可以均勻布設在施工場地中，保證視頻信息的實時接入至智能預警裝置，同時大大節省了流量。

（3）環境監測裝備

環境監測裝備通過太陽能板供電，并持續收集溫濕度、風速及PM2.5等環境監測信息。

3.2 無線傳輸裝置

外界感知裝置通過無線傳輸裝置與智能預警裝置實現單向、實時信息交互，信息交互內容包括既包括非結構化數據，如監控視頻、人臉圖像等，又包含非結構化的數據，如風速、溫濕度及PM2.5等。所有信息均可在本地后臺存儲，又可通過云端發布預警信息。

3.3 智能預警裝置

智能預警裝置由計算機、無線通信設備及智能預警平臺等組成。安裝于變電站本地，調用深度學習算法，對外界感知裝置采集的數據進行實時預警分析，并將結果信息推送至相關人員；同時可作為對外界感知裝置的數據庫存儲。

4 典型應用場景

4.1 人臉識別智能通行

與普通行業不同，工地對于身份識別的應用技術上有很多的需求和限制。工地工人多，人員復雜，無法保障建筑工地上設備和材料的安全保管；工地塔吊和特殊工種必須專人專職，如果非專業人員操作，容易引發事故；因此，應用人臉識別技術，不僅能對工地工人實行有序管理，還能有效防止和遏制失竊和其他安全問題。

圖1中，利用深度學習人臉識別技術實現對進出入施工現場的人員身份核實，對于已認證通過得到授權人員高效放行，對于未授權人員則拒之門外，對于非法人員（如全國公安系統上在逃人員），則及時報警，以實現對進出變電站施工現場人員的有效管控。

圖1 人臉識別智能通行系統

4.2 安全行為監護

圖2中，利用深度學習目標檢測技術實現未佩戴安全帽、未正確著裝、誤闖工作間隔及外物入侵等場景的智能識別，拍攝記錄違規行為并自動告警。同時設置電子圍欄，通過攝像頭智能識別，人員越界時自動發出告警，通過安全行為監控模塊保障施工現場作業人員的人身安全[2]。

4.3 環境監測

在施工現場，天氣原因常常對特種作業都會產生較大的影響。電網針對這一事實現象，根據風級也制訂了相關規定，禁止一些有危險的工作，保障建筑施工人員的施工安全[3]。

圖2 安全行為監護系統

通過智能感知傳感器設備實時監測施工工地現場的環境數據并綜合分析，若風力傳感器的數值超過6級風力時，系統會自動及時發出停止施工的預警信號，如圖3所示。

圖3 環境監測智能分析系統

5 結 論

本文在變電站擴建改造施工工地現場安全管理中深度融合人工智能技術、物聯網技術及移動互聯網技術等先進技術的集成綜合應用。通過人臉識別智能通行、安全行為監護及施工現場環境監測3個方面的建設，解決了現場環境復雜帶來的環境安全管理難、人員流動帶來的施工人員管理難、施工安全行為管理難及事后調查取證難等問題。本項目實現了對施工現場環境、人員等關鍵要素的統一集中管控，實現了科學施工、文明施工、綠色施工及生態施工，全面推動變電站施工安全管理模式向數字化、可視化、精細化、標準化的智能管理轉型升級，具有很強的示范效應。