龍江水電工程智能安全巡查識別系統設計與應用

劉發輝，周 威，吉 祥，廖 勇

（1.南龍江水利樞紐開發有限公司，云南 德宏 678499；2.江河瑞通（北京）技術有限公司，北京 100097）

0 引言

云南龍江水電站樞紐工程位于云南省德宏傣族景頗族自治州芒市境內的龍江干流上，水電站樞紐工程等別為Ⅰ等，工程規模為大（1）型，工程是以發電、防洪為主，兼顧灌溉的綜合性樞紐工程，并為城市供水、養殖和旅游提供了有利條件。龍江水電站的運行安全目前主要依托人工巡查方式，根據需要進行定點巡檢，對發現的問題進行人工記錄和上報處理，存在發現問題不及時、工作效率低下等問題，因此如何提升水電站安全巡檢工作效率，保障安全運行管理是目前水電站主要問題。

龍江水電站管理信息化建設起步相對較晚，目前針對主要設備區建設了視頻監控系統，業務人員可以通過視頻監控對主要監控區域的設備運行狀態和環境進行監視監控，隨著單位視頻站點建設越來越多，值班人員視頻監控人工投入越來越大，但監控效率卻沒有很好的提升，視頻監控經常存在監控不到位及分析不足等情況。隨著AI技術的成熟落地，利用人工智能圖像識別技術，實現對水電站內部設備是否存在漏水、漏油、冒煙、火花等現象進行自動識別，構建一套視頻采集、智能分析、預警判斷、預警推送的完整業務閉環系統將極大程度提升水電站智能巡查工作成效。

1 系統建設目標

系統基于人工智能（AI）領域的圖像識別技術，利用視頻監控圖像信息，自動識別水電站內部設備運行安全及水電站壩前是否存在漂浮物和實時水位標尺識別，自動分析判別異常情況，并將異常信息自動通知給相關人員，有效地解決傳統視頻監控系統大量人工監控資源投入，實現實時安全自動監控，預警信息實時推送，使得視頻圖像監控與業務應用有效結合，充分體現人工智能技術為水電站安全管理切合實際的落地應用，全面提升相關業務部門的工作效率，節省人工成本，同時逐步提升業務管理真正智能化應用。

2 系統解決的問題

（1）實現實時不間斷自動監控識別水電站內設備運行狀態，并對壩前漂浮物及壩前水位進行實時在線識別，及時預警，解決傳統人工巡檢不連續、不及時問題。

（2）廠房內設備較多，有多個視頻監控點，人工無法逐一監控到位，自動識別能夠有效解決這些問題。

（3）解決人工監控異常情況全憑經驗，缺乏統一的判斷標準，也無異常提醒的問題。

（4）解決水電站內視頻監控系統與業務應用系統脫離，大量視頻監控信息無法直接有效為決策提供支撐的問題。

3 系統建設方案

3.1 總體架構設計

龍江水電工程安全巡查識別系統總體框架設計如圖1所示。

圖1 總體架構圖

圖像數據源層主要實現本項目選取的視頻站圖像統一自動接入到本系統。

中心應用層包括基礎環境服務、存儲服務、支撐服務及應用服務等內容。

基礎環境服務實現系統數據存儲及計算硬件資源配置，圖像接收軟件和消息中間件應用等。

數據存儲服務主要實現圖像數據庫和結構化數據建設，圖像數據庫用于存儲同步過來的圖像信息和圖像識別結果展示圖片信息；結構化數據庫主要用于存儲識別的成果數據、預警信息、基礎數據信息等。

支撐服務為系統中樞，是為系統的運行提供中間服務支撐，包括模型調用服務、預警分析引擎服務、標準接口服務、GIS調用服務等。

應用服務為系統應用核心，依托圖像識別技術實現水電工程安全巡查圖像識別服務、預警分析及推送服務、數據過程分析服務、站點模型專屬場景訓練服務和系統運行管理服務等。

用戶層依據實際情況實現不同角色的用戶應用，包括業務管理人員、輔助單位業務人員、管理員等。

3.2 系統主要應用設計

3.2.1 綜合監視預警

綜合監視分析將結合智能圖像識別分析實現對水電工程內部設備運行狀態，水電站壩前水位，及是否存在垃圾漂浮物等場景進行綜合監控分析，并對結果進行預警提醒和推送，結合時間和空間進行數據過程分析。

（1）設備異常識別：利用圖像識別技術，構建龍江水電站內部設備異常識別模型，通過模型建立，能夠自動識別設備是否存在漏水、漏油、冒煙、火花等異常狀況，通過界面能夠查詢設備安全識別的圖像及識別成果信息。

（2）壩前水位及漂浮物識別：利用圖像識別技術，構建龍江水電站水位智能識別模型，通過模型建立，能夠自動識別水位對應的水尺及水位當前高程位置，判斷水位預警級別，同時構建漂浮物智能識別模型，對壩前出現垃圾漂浮物進行智能識別預警。

（3）預警及信息推送：針對系統自動識別的結果，當設備出現漏水、漏油、冒煙等異常狀況時，系統自動產生預警信息，當自動識別的水位高程達到設定的預警高程，系統自動產生預警信息，當識別垃圾漂浮物嚴重程度超過設定的限制時，系統自動產生預警信息，并進行不同顏色的標注。

針對每個視頻點分析結果，如果產生預警信息，系統自動將預警信息通過短信或微信發送給相關責任人，責任人可及時處理預警信息。

圖2 智能識別分析成果示意圖

3.2.2 綜合業務分析

綜合業務分析實現對歷史預警信息的分類統計、模型識別準確性及圖像數據獲取狀態等信息綜合分析。

（1）歷史預警分析：針對各站點預警發生次數、通知情況等信息進行統計匯總，制定測站預警排序分析，繪制預警分析圖，從而了解各站點易發生預警的分布，針對高預警頻次站點重點分析其預警原因，以提高預警準確度。

（2）識別準確度分析：針對各個站點自動識別結果可信度，通過其變化趨勢了解模型分析穩定性及結果的可信度變化，針對異常波動情況，及時確認實際情況，保證模型分析計算準確。

（3）圖像獲取狀態分析：保證每一個站點的視頻圖像信息能夠及時獲取到，需要對各視頻點獲取視頻圖像信息狀態進行監控，通過數據列表及圖形展示當前全部視頻站點的狀態，包括正常和異常，對異常站點能夠提供站點名錄，及時通知相關人員調整完善。

3.2.3 系統管理

系統管理實現對系統用戶、角色、權限配置等平臺性功能管理，同時為系統各類基礎信息和配置信息提供維護和配置管理，保障系統正常運行各類基礎性信息的維護。

4 小結

云南龍江水電工程智能安全巡查識別系統建設將有效彌補龍江水電站智能安全巡查管理的不足，利用先進的技術支撐，為水電站安全巡查的智能化、精細化管理提供輔助支撐，全面提高龍江水電站巡查管理效率，實現智能化與實際業務的充分結合，全面提升安全巡查管理整體能力。