5G+人工智能在電力基建中的應用研究

金瑞瓊

（云南云電同方科技有限公司，昆明 650217）

0 前言

電力基建工程作為我國經(jīng)濟建設的基礎性工程，是一項系統(tǒng)性工程，涉及財務預算、供應鏈、物資管理、工程計劃及進度、工程質量、現(xiàn)場安全等諸多方面[1]，在電力基建工程建設的高速發(fā)展時代下，大型基建工程逐步向信息化過渡，基層基建工程仍保留傳統(tǒng)的紙質文件、表格等手段進行簡單管理，管理形式粗放。無論是信息化還是傳統(tǒng)的人工基建工程管理模式都存在一些管理難題。在財務預算方面，工程投資周期較長，財務環(huán)節(jié)眾多，項目涉及金額較大，財務投資的任何失誤都將帶來極大的財務風險及資源浪費。在供應鏈方面：供應商的選擇與工程質量直接關聯(lián)，偏向主觀性的供應商未能對生產(chǎn)能力、技術能力、履約能力進行綜合評價，無法保障通過最優(yōu)的供應選擇保障工程質量及降低造價。在物資管理方面：物資需求計劃與實際需要偏差較大，存在資源浪費或非計劃采購引發(fā)的成本問題，此外物資管理存在跨部門、跨系統(tǒng)的信息協(xié)同問題。在工程計劃及進度管理方面：工程計劃設置的合理性直接影響工程進度，工程在基建工程項目實際推進過程中，往往會受到自然環(huán)境、施工材料、施工設備等因素影響，在任何一個條件發(fā)生變化時，工程計劃的調整及優(yōu)化也須及時作出動態(tài)調整，以實現(xiàn)對施工過程各環(huán)節(jié)的有效控制。在工程質量管理方面：質量管理是基建工程管理的核心，影響項目工程質量的因素眾多，概括為施工人員、施工材料、施工設備、施工行為、施工環(huán)境5個方面，基于多業(yè)務指標的工程質量評價和風險評估體系缺失是基建工程質量管理中的突出問題。

2020年，國家在多次重要會議上強調加快新型基礎設施建設進度，以“5G、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能”為代表的“新基建”被提到了新的高度[2]，利用數(shù)字化、智能化技術手段對傳統(tǒng)的基礎設施進行改造，實現(xiàn)網(wǎng)絡+數(shù)字+智能的基建產(chǎn)業(yè)融合是未來的一大發(fā)展趨勢。就電力企業(yè)而言，通過技術與業(yè)務管理手段融合創(chuàng)新，優(yōu)化基建工程資源配置、數(shù)據(jù)協(xié)同共享、風險控制，推動傳統(tǒng)基建工程轉型升級是當前及未來一段時間的一項重要任務。大力建設5G網(wǎng)絡、無線專網(wǎng)等，提高采集密度，加大數(shù)據(jù)獲取量，從穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的采集通信延伸到暫態(tài)和瞬態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，實現(xiàn)高精細化的數(shù)據(jù)采集[3]，基于人工智能強大的并行計算能力，對基礎數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻流數(shù)據(jù)開展模型預測、隱患風險識別、動態(tài)實時預警等深度算法分析工作，為基建工程管理提供決策支撐，全面提升精益管理水平，保障電力企業(yè)安全穩(wěn)定運行具有顯著的經(jīng)濟效益、管理效益及社會效益。

1 電力基建5G通信關鍵技術

以5G為代表的移動通信技術正在與 AI、大數(shù)據(jù)緊密結合，開啟一個萬物互聯(lián)的全新時代[4]。2019年，各省大力推進5G基站建設，全年累計建設完成約14萬個5G基站，并完成重點區(qū)域的5G網(wǎng)絡覆蓋，為5G技術與產(chǎn)業(yè)的深度融合積淀了有利條件。5G通信具有高速率、高容量、高可靠性、低延時及低功耗等特點，在電力基建工程管理中，對實時數(shù)據(jù)的采集，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時傳輸提供強有力支撐，相較于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡支持海量終端設備連接，能夠真正實現(xiàn)電力基建設備的萬物互聯(lián)互通，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃员ＷC電力系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性，在協(xié)同控制場景中，低延時能夠保證及時、靈活的對各種變化作出響應，低功耗能夠減少各類物聯(lián)設備的電池功耗。此外，5G通信技術能夠實現(xiàn)電力基建工程復雜施工環(huán)境下的WiFi信號收發(fā)及傳輸，從而確保了各類危險情況下及時信號預警，減少各類安全事故發(fā)生。

依托5G通信技術低延時、高可靠性等特性，結合傳感設備及高清攝像裝置實現(xiàn)基建工程現(xiàn)場各類工況數(shù)據(jù)實時采集，統(tǒng)一接入?yún)R聚，滿足電力基建工程的遠程視頻監(jiān)控、施工升降機和危大工程監(jiān)控預警等基礎管理功能的同時，延伸自動化機械設備遠程操控、人員安全、移動化協(xié)同辦公、遠程工程審計、遠程專家指導等應用，結合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)等技術創(chuàng)新5G應用，打造電力“5G智慧工地”，實現(xiàn)多維空間實時監(jiān)控，地面監(jiān)控與高空監(jiān)控有效聯(lián)動，全景呈現(xiàn)現(xiàn)場工況，未戴安全帽及現(xiàn)場違規(guī)行為識別，通過塔吊攝像頭及輔吊人員佩戴AR眼鏡實現(xiàn)高空風險智能巡檢，對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的設備異常情況進行及時處理，利用語音、文字、視頻等多媒體交互技術進行遠程專家指導，及時解決施工技術難題，提升一體化、模塊化、網(wǎng)絡化的施工現(xiàn)場過程的全面感知，互聯(lián)互通、風險防控等精益化管理水平。

圖1 5G通信技術核心能力

2 5G+人工智能提升管理水平

構建電力基建數(shù)字化管理平臺，依托5G高速通信網(wǎng)絡實現(xiàn)電力基建工程中人、機、料、法、環(huán)各要素的互聯(lián)互通，實現(xiàn)全過程、全業(yè)務的實時數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一匯聚，支撐深度的算法分析工作，開展基建工程資源協(xié)同預測、全生命周期可視化安全管控、關鍵業(yè)務指標實時在線、智能輔助決策、現(xiàn)場作業(yè)風險預判預警等典型場景應用，實現(xiàn)項目全周期安全、質量、進度可觀、可測、可控[5]。推動電力基建工程設計數(shù)字化、施工機械化、管控智能化、數(shù)據(jù)平臺化等管理手段創(chuàng)新，支撐傳統(tǒng)的電力基建數(shù)字化、智能化轉型，平臺整體架構如下：

圖2 電力基建數(shù)字化管理平臺架構圖

2.1 資源協(xié)同預測

電力物資需求預測管理是電力物資需求計劃管理中第一個環(huán)節(jié)，優(yōu)化電力物資需求預測管理體系是提升物資管理水平的關鍵[6]。對影響基建物資需求的關鍵影響因素進行梳理，基于各類需求物資的歷史物資需求金額、采購訂單偏差率、物資領用偏差率、項目投資規(guī)模、項目建設周期等數(shù)據(jù)進行相關性分析，從而確定影響因子權重。利用大數(shù)據(jù)技術對生產(chǎn)、基建、營銷等協(xié)同業(yè)務數(shù)據(jù)抽取，開展數(shù)據(jù)整合及深度挖掘工作，構建關聯(lián)規(guī)則算法、聚類算法、深度學習算法等協(xié)議庫存物資預測網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)各類物資需求的預測，分析物資預測數(shù)據(jù)與實際物資需求數(shù)據(jù)之間差距，向各物資需求部門進行反饋，通過動態(tài)調整投資計劃及物資需求計劃對預測模型進行迭代優(yōu)化，不斷提升模型預測的精確率，減少物資實際需求與計劃供應之間的偏離度，優(yōu)化資源配置，將投資成本控制在最小化區(qū)間內，減少資源浪費。

2.2 全生命周期可視化安全管控

目前，基建工程設計、采購基本脫節(jié)，工地現(xiàn)場僅依靠平面圖紙和施工經(jīng)驗進行施工方案的制訂和組織實施，在一定程度上限制了工程基建質量及效率的提升[7]。引入三維可視化技術對基建工程全生命周期的施工進度、現(xiàn)場施工情況、物資使用情況、施工人員等信息進行可視化全景呈現(xiàn)、施工進度及施工過程的可視化模擬及施工圖紙的數(shù)字化設計，為現(xiàn)場施工提供可視化指導，方便施工人員能夠掌握整個施工過程，保障施工計劃的有序執(zhí)行，提高施工效率及質量。針對復雜施工環(huán)境，通過可視化呈現(xiàn)有助于對施工人員進行技術及安全交底，規(guī)劃現(xiàn)場施工行為，實現(xiàn)對風險的有效防控。此外，施工全過程的可視化能夠方便安全監(jiān)督人員及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的安全隱患，及時采取干預手段降低及消除潛在安全隱患，減少人員傷害事故的發(fā)生率，保障生命財產(chǎn)安全。

2.3 關鍵業(yè)務指標實時在線分析

通過跨域的數(shù)據(jù)融合和共享，消除數(shù)據(jù)資源“壁壘”，對項目計劃投資金額、各類物資需求計劃、物資實際需求量、供應商供貨能力、項目工程進度、工程質量評價等業(yè)務指標抽取、轉化、建模、分析，通過分解、量化各項重點管理指標和工作，以圖形、表格、曲線等方式，直觀展示管理現(xiàn)狀，實時預警業(yè)務異動[8]，構建電力基建工程數(shù)字化精益看板，提供實時綜合在線的項目信息查詢，可視化方式動態(tài)全方位業(yè)務指標呈現(xiàn)，支持關鍵業(yè)務主題數(shù)據(jù)深度鉆取，并自動生成各類數(shù)據(jù)報表，為各業(yè)務人員提供數(shù)據(jù)支撐，滿足電力施工運營監(jiān)控的需求。通過將數(shù)據(jù)分析工作由人工向算法方面轉移，提升電力基建工程管理的質量及效益。

2.4 智能輔助決策

實現(xiàn)對電力基建工程異構業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合及治理，按照業(yè)務資產(chǎn)目錄進行分類存儲，基于各類機器學習、深度學習算法模型構建自適應的算法模型庫，支撐個性化主題數(shù)據(jù)分析、業(yè)務數(shù)據(jù)聯(lián)動、智能綜合預測等需求，為電力基建工程規(guī)劃投資、物資供應、工程質量管理、工程進度管理、人員安全、設備安全管理等方面提供全方面、多層次的決策支持及知識服務，從而提升電力基建工程建設中管理者的數(shù)據(jù)洞察能力、科學決策能力。通過信息資源的共享和智能化決策支持來提高管理效率[9]。

2.5 現(xiàn)場作業(yè)風險預判預警

利用人工智能技術開展施工過程的現(xiàn)場人員安全、施工設備及環(huán)境監(jiān)測。基于現(xiàn)場施工監(jiān)控視頻開展人臉監(jiān)測抓拍、安全帽識別、危險行為識別、安全區(qū)域檢測、人員軌跡跟蹤等算法模型研究，加強施工現(xiàn)場人員安全管控，實現(xiàn)安全風險隱患全面實時智能分析、及時告警。針對深基坑、高支模、機械吊裝等高風險作業(yè)環(huán)境，通過部署傳感設備，對機械設備數(shù)據(jù)及作業(yè)環(huán)境的溫濕度、風速、火災、天氣等數(shù)據(jù)進行實時采集，基于智能大數(shù)據(jù)分析進行趨勢評估，對可能超出正常閾值的危險環(huán)境進行告警，全面提升對人身、機械安全隱患的防范能力[10]。

3 結束語

5G+人工智能技術能夠用于電力基建工程中的物資管理、施工人員管理、現(xiàn)場安全管理、機械設備管理及施工環(huán)境管理等應用場景中，在滿足基層電力基建工程精益化管理的同時，通過基建工程全生命周期的數(shù)據(jù)資產(chǎn)全域協(xié)同、實時在線，實現(xiàn)電力基建施工全過程的安全可視化監(jiān)控，同時開展深度的數(shù)據(jù)分析及預測，提供領導決策輔助，助力傳統(tǒng)的電力基建工程向數(shù)字化、智能化、協(xié)同化、集約化轉型，全面提升基建工程安全管理水平。