一種基于圖像識別的電力施工安全告警系統的設計

吳宇紅，鄭 軍，沈先山，林 鵬，費繼華

（1.國網浙江德清縣供電有限公司，浙江 湖州313200；2.浙江大學臺州研究院，浙江 臺州318000；3.德清欣電電力建設有限公司，浙江 湖州313200）

大中型電力施工場所中一般都會有各種類型的危險區域，需要現場作業人員提高警惕并注意安全。例如在高壓有電的區域要避免人員靠近，防止觸電；在有大型工程車輛作業的區域，需要和大型工程車輛保持安全距離；也可能會有無防護的高臺，不可以太靠近邊緣，防止跌落；施工中有可能掉落雜物，需要防止人員進入可能有墜物的區域。此外，施工現場人員混雜，應防止與施工無關的非授權人員進入。

安全生產是施工場所管理的第一要務，但是大中型施工現場往往有作業面積廣、現場施工人員分散和安全風險管控點多等特點，從而產生安全管理困難、管理效率低下和安全管理效果不顯著等問題。

為了解決施工現場作業人員的安全風險管控問題，已經有了一些可行的解決方案[1-4]，其中利用視頻圖像識別分析的技術最為成熟，被廣泛應用于工業生產領域。

本文所提出的一種電力施工安全告警系統，在前人的一些研究成果之上提升了應用的靈活性，完善了施工現場的安全風險管控流程，能更好并更普遍地適用于各種施工現場。

1 系統結構

統的主要工作原理是由圖像識別控制中心實時分析施工現場的多路攝像頭所采集的視頻監控畫面，如檢測到異常，圖形識別控制中心將向所連接對應的安全告警信息反饋終端發送告警信息。

圖1 施工安全告警系統結構

1.1 施工現場圖像采集裝置

施工現場的圖像采集裝置主要由高清監控攝像頭、紅外成像攝像頭、電源系統和信號傳輸系統4大部分組成，它們被安裝在了一個可靈活移動的支架上，可以方便地放置在施工現場的危險區域附近，施工現場內可以放置多個圖像采集裝置。

高清監控攝像頭用于獲取施工現場的實時清晰圖像，為人臉識別、行為分析和危險區域的是否入侵判斷提供優質的圖像信息。紅外成像攝像頭用于在現場光線不佳或無法識別出人員的面部特征時，輔助判斷人體的行為信息，提高整個系統視頻圖像分析的準確性。在使用時，將圖像采集裝置上的攝像頭對準需要監控的危險區域即可。

由于整個圖像采集裝置幾乎可以靈活地移動放置在施工現場的任意位置，那么圖像采集裝置的供電和視頻信號傳輸裝置也需要方便移動。施工現場一般不方便進行有線供電和有線視頻信號傳輸，本系統在設計上保留了有線供電和有線視頻傳輸的功能以方便有線連接的應用場合。對于不方便有線連接的應用場合，施工現場圖像采集裝置的供電將由鋰電池進行供電，而視頻信號的傳輸則經由4G/5G移動信號傳輸。

1.2 圖像識別控制中心

圖像識別控制中心是整個安全告警系統的中樞，負責信息的輸入、處理與輸出功能，主要分為信息錄入、系統設置管理、圖像分析計算和告警信息分發4大模塊[5]。

信息錄入模塊的主要功能為錄入施工人員的基本資料，包含姓名、性別、年齡、血型和工種等基本信息，此外最重要的是施工人員的面部特征和體態特征，用于人員識別。

設置管理模塊是對整個告警系統的系統設置和人員管理，其最重要的功能為規劃危險區域、設置該區域的危險動作和設置參與施工的人員。

圖像分析計算模塊是整個告警系統的技術核心，承擔著危險區域入侵和危險行為分析判斷的重要職責。圖像分析計算模塊接收施工現場的高清攝像頭圖像信息，輔以紅外成像攝像頭的人體紅外信息，通過人臉識別、體態步伐識別、人工智能和深度學習等前沿技術，判斷當前危險區域是否有人員靠近或危險行為[6]，自動產生告警信息。告警信息的級別可分為2 大級別，分別為：進入危險監控范圍，需要注意安全；已接近危險區域或有危險行為動作發生，告警立即遠離危險區域或停止危險行為動作。

告警信息的分發模塊可以根據設置，將不同級別的告警信息發送至施工現場的擴音喇叭、施工現場的管理人員終端和指揮中心的監控大屏上，提示相關人員注意安全風險或者前往施工現場實地查看。

1.3 安全告警信息反饋終端

安全告警信息的反饋終端主要有3 種，分別為擴音喇叭、可移動手持終端和指揮中心大屏幕。

擴音喇叭遍布于整個施工現場，使得在整個施工現場的每個角落都能清楚地聽到告警提示音。擴音喇叭可分為全局擴音喇叭和局部擴音喇叭2 種，全局擴音喇叭負責播報全局事件的告警提示音，而局部擴音喇叭一般安裝在可靈活移動的施工現場圖像采集裝置上，這樣就能在小范圍內播報當前監控區域范圍內相對應的告警提示音。

可移動手持終端可以是施工現場管理人員手中的手機等智能設備，當收到來自圖像識別控制中心發出的安全告警信息時，施工現場的管理人員可以根據收到的安全告警信息作出相應的風險防范措施，如決定是否前去安全告警信息事發現場查看實地情況等行動。

監控指揮中心的大屏幕上可以看到施工現場的所有實時監控視頻和告警信息，在監控指揮中心的工作人員可以根據告警信息發出的現場實際情況作出相應的指揮調度決定。

2 系統的運作方式

2.1 施工現場的布置方式

圖2 施工現場布置方式示意圖

如圖2 為施工現場人員安全告警系統在施工現場的布置方式示意圖。圖中的標號1 為高清監控攝像頭和紅外成像攝像頭；標號2 為播放局部告警信息用的擴音喇叭；標號3 為陰影部分表示需要被監控告警的監控區域；標號4 為現場的施工人員；標號5為整個施工現場圖像采集裝置。

由圖2 可知，監控攝像頭和擴音喇叭被同時安裝在了施工現場圖像采集裝置上，整個施工現場可以根據現場環境的需要，放置任意多個圖像采集裝置，將攝像頭對準需要進行監控并安全告警的區域即可。

2.2 工作流程

型和工種等基本信息，還須錄入人員的面部特征和體態特征，為接下來的人臉識別和行為動作識別做好基礎的比較數據。

圖3 系統工作流程圖

接下來在施工現場確定好幾處需要進行安全管控的危險區域，在每一處附近放置一個或多個圖像采集和告警信息播報裝置，將攝像頭對準危險識別區域。

在圖像識別控制中心，使用專用的軟件，調整好每一路的攝像頭視野，然后在攝像頭的視野范圍中畫出危險區域的形狀輪廓，還可以畫出比危險區域范圍更大的用于普通級別提醒的區域。對于需要識別危險行為動作的區域，可以在系統的行為動作分析庫中勾選要識別的危險行為動作。

在每天開始施工前，需要在管理系統中加入當天參與施工的工作人員，這樣能夠有效地防止施工場所進入無關人員，當檢測到非施工現場人員進入時就會發出告警信息。

在設置完系統必要的基礎數據信息后，整個安全告警系統即可自動運行。其核心的檢測工作流程為如果在監控范圍內識別到了不屬于已添加的施工參與人員時將發出告警信息，現場施工管理人員在手持終端收到告警信息后，可以根據情況決定是否前去查看處理；如果檢測到了有人進入預警范圍時，現場的擴音喇叭將播報普通級別的安全提醒信息；如果檢測識別到了有靠近預設的危險區域或危險行為動作時，將在多個終端發布告警信息，提醒注意安全，如果此時還能正確地識別出是誰的話，將會播報出姓名，并記錄行為，方便后期考核和對個別人員著重加強安全風險防范的意識。

3 結束語

本文介紹了一種基于圖像識別的施工安全告警系統的實現方式，能在發現人員即將進入危險區域或有危險行為動作時進行多終端告警，實現對各種有危險區域的電力施工現場進行人員安全風險的管控。在應用了本套施工現場人員安全告警系統之后，能夠有效地提高安全生產水平，降低生產事故的發生概率。