基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的火力發(fā)電廠安全預(yù)警系統(tǒng)研究

劉志鋼，張懷宇，王晨瑜

（國家電投集團(tuán)電站運(yùn)營技術(shù)（北京）有限公司，北京 102209）

隨著門禁系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的推廣，發(fā)電企業(yè)主要管控出入口及重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控?cái)z像機(jī)已逐漸普及，但并沒有充分發(fā)揮其實(shí)時(shí)、主動(dòng)的監(jiān)督作用，通常只是將視頻攝像機(jī)的結(jié)果記錄下來，當(dāng)異常情況（如人員違章操作或引發(fā)事故造成一定后果或損失）發(fā)生后，管理人員通過記錄倒查發(fā)生的事實(shí)，但往往為時(shí)已晚。企業(yè)真正需要的安全預(yù)警系統(tǒng)，應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)人員軌跡及行為、管控區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)分析監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)有異常侵入或捕捉到人員的不安全行為時(shí)，能自動(dòng)、準(zhǔn)確、及時(shí)報(bào)警，同時(shí)，能夠通過對廠區(qū)語音、視頻等信息資源的有效整合，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)對侵入人員的正確引導(dǎo)和指示，啟動(dòng)對突發(fā)事件的有效處置，從而避免事故的發(fā)生。

基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的火力發(fā)電廠安全預(yù)警系統(tǒng)研究，通過計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用，對火力發(fā)電廠生產(chǎn)區(qū)域復(fù)雜環(huán)境下的場景進(jìn)行視頻分析應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)重要區(qū)域人臉識別、重點(diǎn)區(qū)域的入侵識別、不安全行為的智能識別、人員的軌跡管理以及視頻與音頻系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)與配合防護(hù)管控，該系統(tǒng)為電廠安全監(jiān)管提供先進(jìn)技術(shù)手段，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法和技術(shù)在監(jiān)管中的不足，實(shí)現(xiàn)對工作人員的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，變被動(dòng)“監(jiān)督”為主動(dòng)“監(jiān)控”，完成了對火電生產(chǎn)區(qū)域安全管控的探索，對今后的火力發(fā)電場景下基于智能視頻應(yīng)用的安全生產(chǎn)預(yù)警研究具有重大意義。安全預(yù)警軟件平臺主要分為五部分，如圖1 所示。

圖1 安全預(yù)警軟件平臺

1 深度學(xué)習(xí)技術(shù)

深度學(xué)習(xí)算法與傳統(tǒng)的人工智能算法相比，有兩大優(yōu)勢：第一，它是端到端的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，不依賴于專家的手工特征設(shè)計(jì)；第二，可以表達(dá)更復(fù)雜的非線性模型，對于復(fù)雜問題有更強(qiáng)的表征能力。

基于火電廠實(shí)際場景和需要智能識別的具體對象，采集現(xiàn)場大量素材，通過深度學(xué)習(xí)算法讓機(jī)器自己提取特征，通過足夠多的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，針對抽象、復(fù)雜的關(guān)于人的特征、行為分析，進(jìn)行了有效識別，可以很好地解決眾多傳統(tǒng)智能算法無法解決的問題。

2 智能視頻準(zhǔn)入識別

目前，人員準(zhǔn)入管控的手段有2 種：一種是通過具體的物理設(shè)備進(jìn)行權(quán)限認(rèn)證和放行，稱為物理隔離；另一種是沒有物理隔離設(shè)備，通過視頻抓拍機(jī)進(jìn)行人臉識別，是無感知的方式來實(shí)時(shí)報(bào)警識別沒有權(quán)限的人，稱為軟布防。針對火電廠特殊區(qū)域不方便安裝門禁，所以軟布防是有效的管控手段。通過人像采集、第三方系統(tǒng)的對接建立一套人臉庫，對前端攝像頭下發(fā)對應(yīng)的授權(quán)，人臉比對進(jìn)行準(zhǔn)入管控，如圖2 所示。

圖2 智能視頻準(zhǔn)入系統(tǒng)

3 人員定位識別

擴(kuò)展常規(guī)的人臉識別應(yīng)用，在人臉識別的基礎(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)人臉軌跡的呈現(xiàn)，達(dá)到巡檢人員過程管控和路徑管理的目的。實(shí)現(xiàn)在軟件平臺呈現(xiàn)以圖搜圖的巡檢軌跡查詢，支持細(xì)節(jié)查看軌跡點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間、搜圖比對相似度和關(guān)聯(lián)視頻錄像查看。

4 人員行為識別

人員行為識別主要包括著裝（安全帽佩戴、工作服）、徘徊、聚集、離崗、打架、奔跑、倒地、滯留等行為分析，針對異常行為和事件進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警和提醒，保障作業(yè)安全，減少不安全事件的發(fā)生。

5 智能周界入侵檢測

視頻智能周界檢測的應(yīng)用是針對重要設(shè)備區(qū)域：MCC 運(yùn)轉(zhuǎn)層、6kV 室盤柜、輸煤皮帶等，對于人員靠近這些危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場聲光提醒、實(shí)時(shí)報(bào)警，監(jiān)管不安全行為（圖3）。

6 應(yīng)急廣播通訊系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，通過應(yīng)急廣播通訊系統(tǒng)處置重大突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)語音、數(shù)據(jù)、視頻等信息資源的有效整合，滿足應(yīng)急管理日常工作聯(lián)絡(luò)、突發(fā)事件應(yīng)急處置時(shí)話音、視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的傳送需要。

圖3

7 安全預(yù)警軟件平臺

安全預(yù)警軟件平臺是上述各個(gè)子系統(tǒng)的集成，集中管理各類系統(tǒng)資源、硬件設(shè)備、算法模型、人臉庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息共享；在軟件UI 設(shè)計(jì)和界面風(fēng)格上，最大化便于使用，具有下面幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）地圖資源視頻查看標(biāo)簽化：基于主廠房不同層高區(qū)域進(jìn)行分層靜態(tài)地圖顯示，視頻點(diǎn)位以標(biāo)簽的形式添加在地圖上，點(diǎn)擊標(biāo)簽可以直接進(jìn)行視頻預(yù)覽，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場情況視頻預(yù)覽查看的標(biāo)簽化管理。

（2）廠房圖層切換層次化，通過首頁的離線GIS 地圖和各個(gè)區(qū)域CAD 地圖的嵌入，可以通過點(diǎn)擊切換圖層實(shí)現(xiàn)查看不同區(qū)域數(shù)據(jù)的目的。

（3）告警圖片化、列表化：所有的告警在實(shí)時(shí)告警和歷史告警里面，以列表形式展示，點(diǎn)擊告警詳情可以查詢告警事件抓拍的對應(yīng)的圖片，直觀清晰。

（4）數(shù)據(jù)看板統(tǒng)計(jì)圖表化：對出入口進(jìn)行人員信息統(tǒng)計(jì)、對重要區(qū)域人員闖入次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，均以柱狀圖的形式進(jìn)行展示。

（5）作業(yè)管控信息化：本次安全預(yù)警軟件平臺還增加了一項(xiàng)針對現(xiàn)場作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)視的功能，可以提前配置好對應(yīng)作業(yè)地點(diǎn)和攝像頭的關(guān)聯(lián)關(guān)系，作業(yè)開始后，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查看作業(yè)進(jìn)展，針對違章和作業(yè)過程進(jìn)行記錄。

該系統(tǒng)為電廠安全監(jiān)管提供先進(jìn)技術(shù)手段，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法和技術(shù)在監(jiān)管中的不足，實(shí)現(xiàn)對工作人員的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，變被動(dòng)“監(jiān)督”為主動(dòng)“監(jiān)控”，完成了對火電生產(chǎn)區(qū)域安全管控的探索，對今后的火力發(fā)電場景下基于智能視頻應(yīng)用的安全生產(chǎn)預(yù)警研究具有重大意義。同時(shí)，為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理引入新理念，真正體現(xiàn)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針。