基于人工智能的電廠油罐區非標準化作業檢測

石彥鵬，潘作為

(1.內蒙古京寧熱電有限責任公司，內蒙古 烏蘭察布 012000;2.北京京能電力股份有限公司，北京 100025)

0 引言

油罐區是電廠重要敏感區域，油罐充油是一項操作風險較高的作業。由于油罐區屬于易燃易爆區域，稍有不慎就可能引發大范圍火災，對人身財產安全造成巨大損失。因此，電廠油罐區的安全是全廠安全管理工作的關鍵點之一。

工作人員在油罐區進行輸油過程中出現操作失誤或作業不規范屬于電廠運行的重大誤操作事故，可能會造成設備損壞或人身傷害。為實現安全監督管理，全過程、全方位、全天候監控輸油作業現場十分必要。目前，多數作業現場都采用安全管理人員現場巡查和視頻監控人工審查方式進行安全隱患和違章作業排查，這類方法可能存在人為疏忽且效率比較低下的問題。人工智能技術可實現對電廠安全生產全過程的智能化管理，有效解決上述問題，為此提出引入一種基于人工智能的電廠油罐區非標準化作業檢測系統。

1 油罐區作業管理現狀

電廠油罐區作業現場環境復雜、危險源點多面廣，而人員的專業技能和安全意識參差不齊，作業違章現象時有發生，依靠傳統的人員監管效率低下，管理手段單一，且人工巡檢并不能完全實時準確地發現隱患。視頻監控的興起雖然很大程度上解決了傳統人力監管工作難度大的問題，但是過多的視頻冗余依然給監護人員帶來了監控和辨識難度。

目前，國內部分企業已開始對油罐區自動化系統進行整體改造，逐步建立更為先進、高效、精確、可靠的現代化儲運系統。從油罐區管理方面，企業開發使用了各種集成管理系統，實現罐區自動控制、遠程監控、出貨量統計、共享數據等。在安全生產方面，采用人工智能和高精度定位為主的技術手段，以其特有的智能程度高、準確性能強等特性，可針對現場傳統安全防范的痛點、難點提出有效的解決方案，為生產安全提供技術保障。

2 智能化的非標準化作業檢測系統

基于人工智能的電廠油罐區非標準化作業檢測系統聯合多個攝像頭以及超寬帶定位(ultra-wide band，UWB)技術，可實現對違規行為的判斷和預警。該系統涉及多個模塊，其結構如圖1所示。

圖1 油罐區非標準化作業檢測系統結構

2.1 車輛檢測模塊

車輛檢測模塊由深度目標檢測網絡Faster RCNN構成，主要包括卷積層、RPN網絡、ROI Pooling層、分類和回歸層四個層級內容。卷積層用于提取圖片的特征，輸入為整張圖片，輸出為提取出的特征圖；RPN網絡用于生成候選區域，輸入為第一步中生成的特征圖，輸出為多個候選區域；ROI Pooling層收集輸入的特征圖和候選區域，綜合這些信息后，提取得到固定尺寸的特征圖；分類和回歸層輸出候選區域所屬的類和候選區域在圖像中的精確位置。

利用提前訓練好的車輛檢測模型對油罐區外攝像頭所采集的視頻圖片信息進行檢測，進而確定是否有油車出現。

2.2 接地線行為檢測模塊

接地線行為檢測模塊由行為檢測深度神經網絡R-C3D組成。R-C3D是一個端到端的視頻行為檢測模型，有3個組成部分，分別是3D特征提取網絡、建議子網和分類子網。

3D特征提取網絡以視頻幀作為輸入，通過卷積計算出3D特征；建議子網則生成不同長度的建議以及相應的置信分數；分類子網對建議進行過濾，將3D特征圖通過3D ROI Pooling池化成固定長度的特征，然后進行行為類別分類并預測出精修后的行為邊界。

利用提前訓練好的接地線行為檢測模型，對油罐區外攝像頭采集的視頻圖片信息進行檢測，檢測人員是否有將接地線掛在油車接地柱上的行為。

2.3 門口觸摸靜電釋放球行為檢測模塊

門口觸摸靜電釋放球行為檢測模塊由行為檢測深度神經網絡R-C3D組成，利用多行為檢測模型對油罐區門口攝像頭采集的視頻圖像進行行為檢測，用于捕獲門口工作人員觸摸靜電釋放球的行為，其中多行為檢測模型是對深度神經網絡R-C3D進行訓練得到的，可檢測工作人員觸摸靜電釋放球以及打開輸油管輸油閥門兩種行為類別。

2.4 輸油管處人員行為檢測模塊

輸油管處人員行為檢測模塊由行為檢測深度神經網絡R-C3D組成，利用多行為檢測模型對輸油管處的監控攝像頭采集的視頻圖像進行行為檢測，用于捕獲工作人員觸摸靜電釋放球的行為或者打開輸油管輸油閥門的行為。

2.5 UWB定位模塊

UWB定位模塊利用UWB基站和定位標簽實現對目標對象的精確定位。UWB基站是一種基于超寬帶技術的基站，安裝于油罐區內，其主要作用是定位，提供位置基準參考，再配合定位標簽就能實現對目標對象的精確定位。UWB標簽體積小巧，固定在人員身上，可適用于多種應用場合。

UWB定位模塊提前預存有油罐區門口位置范圍，UWB定位模塊通過基站與作業人員佩戴的UWB標簽的通信，并利用定位算法來確定作業人員的準確位置，根據人員位置及預存的油罐區門口位置范圍判斷人員是否進入油罐區門內。

2.6 非標準化作業檢測模塊

非標準化作業檢測模塊對上述接地線行為檢測模塊、門口觸摸靜電釋放球行為檢測模塊、輸油管處人員行為檢測模塊檢測結果以及UWB定位模塊定位結果進行綜合判斷，最終判斷有無違規作業。

2.7 主控單元

主控單元根據車輛檢測模塊的檢測結果，當檢測到油車出現時，主控單元下達檢測命令，傳遞給非標準化作業檢測模塊，由非標準化作業檢測模塊調用與之相連的各個檢測模塊進行識別與判斷，并接受各個檢測模塊傳遞的結果。非標準化作業檢測模塊根據各個檢測模塊傳遞的結果綜合判斷作業違規情況，將是否違規作業判別信息傳遞給主控單元，主控單元根據是否違規作業判別信息判斷是否報警，如果需要報警則控制報警裝置進行報警。

3 非標準化作業檢測流程

(1) 循環讀取UWB定位模塊人員發送的定位結果以及油罐區門內區域范圍，判斷人員在油罐區門內還是門外。

(2) 若人員在油罐區門外，則執行以下內容。

① 調用門口觸摸靜電釋放球行為檢測模塊，得到行為檢測結果；若行為檢測結果為存在觸摸行為，則令觸摸標志加1。

② 調用接地線行為檢測模塊，得到行為檢測結果；若行為檢測結果為存在接地線行為，則令接地線標志等于1。

③ 如接地線標志等于1且觸摸標志為0，表示進入油罐區前未觸摸靜電釋放球，設置違規作業標志為1，將該違規作業標志傳遞給主控單元，由主控單元啟動報警裝置報警。

(3) 若人員已進入油罐區，則執行以下內容。

① 如觸摸標志為0，表示進入油罐區前未觸摸靜電釋放球，設置違規作業標志為1；將該違規作業標志傳遞給主控單元，由主控單元啟動報警裝置報警。

② 如此時接地線標志為0，表示此次作業過程中未接地線，設置違規作業標志為4；將該違規作業標志傳遞給主控單元，由主控單元啟動報警裝置報警。

③ 如接地線標志等于1且觸摸標志小于2,則設置違規作業標志為2，表示接完地線后第二次進入油罐區前未觸摸靜電釋放球，將該違規作業標志傳遞給主控單元，由主控單元啟動報警裝置報警。

④ 調用輸油管處人員行為檢測模塊，若檢測到觸摸靜電釋放球行為，則令輸油管處觸摸標志2的值為1；若檢測到有打開輸油閥門行為，表示開始了輸油過程，此時如輸油管處觸摸標志2的值為0，則設置違規作業標志為3，表示打開輸油閥前未觸摸靜電釋放球，將該違規作業標志傳遞給主控單元，由主控單元啟動報警裝置報警；否則，設置檢測過程結束標志為1 (初始值為0)。

(4) 若檢測過程結束標志為1，退出循環讀取UWB定位；此輪檢測結束。

4 結束語

內蒙古某電廠的運行實踐表明，該系統在對油罐區輸油流程進行標準化智能跟蹤中的捕捉率達97 %，成功識別率達95 %，在80次輸油作業中，發現違規行為2次，有效實現了電廠油罐區現場作業違章管控的智能化和自動化，大幅度提升了人員的安全意識和安全管理效率。