本質安全智能化系統設計

孫 珊，孫洪保

（華電萊州發電有限公司，山東 萊州 261441）

0 引 言

隨著我國綜合國力的提升，大眾對電力生產的需求越來越高，在發電量不斷上升的過程中，發電企業安全管理逐漸成為電力生產管理的重要組成部分[1]。安全管理不只是人身安全方面，還包含了設備安全、環境安全以及安全文化等方面。通過建立安全管理體系，可以實現生產全流程的安全管控，保障人身安全，降低事故發生率。本質安全智能安防與安全主動預警項目作為未來數字電廠建設的重心，可以充分利用人工智能、圖像識別及大數據等先進技術，牢抓數字電廠建設核心目標，通過對安全風險進行智能識別、跟蹤、干預或評價等，從而達到本質安全管理的要求。

本文擬通過將固定攝像頭和智能移動機器人作為智能前端，并以其他平臺的系統數據為基礎，利用圖像識別、人工智能及大數據等技術設計一個智能化本質安全系統，智能識別現場人、機或環境的不安全狀態等，并進行主動干預、跟蹤落實與分析評價等，實現現場的安全管理，達到本質安全的目標。

1 智能化監控主要技術

1.1 圖像采集

圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數字攝像機與圖像采集卡構成。圖像采集主要是在光源提供照明的條件下，數字攝像機拍攝目標物體并將其轉化為圖像信號，然后通過圖像采集卡傳輸給圖像處理部分[2]。目前針對圖像采集技術的研究已經較為成熟，在多個行業中都得到了較好的應用。楊天敏針對現有圖像采集與數據處理時間較長的缺點，設計了基于Access數據庫的圖像采集與實時處理系統[3]。程雨，杜馨瑜等人基于軌道設施的成像需求，設計了基于FPGA和DSP的高速實時圖像采集處理系統[4]。陳國棟使用STM32單片機作為控制芯片實現了無線圖像采集的實時穩定傳輸[5]。

本研究中的圖像采集方法包括固定攝像頭和智能機器人兩部分，智能機器人是固定攝像傳感器的補充，在一些特定的區域進行巡回監測，對現場的實際工況和人員情況進行補充性拍攝，從而實現現場的數據采集。

1.2 圖像分析技術

圖像分析技術是基于圖像分割和圖像識別等深度學習算法與檢測目標的應用，使用數量較大的圖片進行訓練，使模型與人物及其行為匹配，從而進行狀態識別[6,7]。使用智能識別系統分析現場實時監控中的圖像可以及時發現人物、設備及環境中的不安全狀態，并觸發報警及后續的處理流程。

隨著計算機視覺技術和人工智能技術的迅猛發展，圖像識別和圖像分割等技術在人們日常的工作和生活中越來越常見，且一大批優秀的人工智能模型也隨之涌現，尤其是卷積神經網絡，其圖像分析效果與以前的計算機技術相比有了較為顯著的提升[8-10]。

2 本質安全智能化系統功能分析

本研究面向數字電廠建設的本質安全智能安防與安全主動預警項目的風險作業流程管理，提供基于PC端和移動App端的流程和預警管理可視化，通過全廠風險地圖和區域風險地圖對風險作業進行智能管控，構建電廠安全相關知識庫，提供安全知識百度服務，實現風險可發現、可干預及全流程管理。利用開放方式接口和機器人系統與其他應用系統無縫連接，實現從現場的風險發現到管理端的風險管控與風險智能預警推送，并且通過發現、管控、干預及推送等流程化管理，達到電廠本質安全的智能安防和主動預警閉環管控。

基于對電廠實際生產流程及安全管理的分析，根據目前電廠的安全管理智能化需求定制化的智能管控平臺應包括7項功能。一是根據電廠目前的安全管理及生產流程，針對風險分級管控、隱患排查、反違章管理、安全工器具、安全教育、職業健康與衛生、應急管理以及重大危險源等進行改善性設計。二是基于主控室建設安全綜合管理平臺，對全廠風險進行管理，下設區域風險發布平臺，并聯動就地視頻監控，實行單元風險管理。此外，建立全廠風險地圖和區域風險地圖，鏈接兩票作業風險及安全措施，實時更新、發布、告知、跟蹤與干預風險，使得管理人員迅速了解當前廠區安全狀況。三是對典型作業風險實現全流程節點模板化管控，并鏈接兩票實現作業任務的發布、接受、許可、實施及評價全流程管理。作業全流程環節中設置風險控制點和風險預警點，實現安全交底的全過程監控，并進行可追溯和留痕管理。四是由智能管控系統提供風險大數據庫支持，包括事故案例庫、兩票數據庫、風險分級管控庫、典型作業安全風險庫、風險應對措施庫、檢修自理安全措施庫、運行停電和隔離措施庫、特殊作業風險措施庫以及熱控措施庫等。五是對原有安全管理平臺架構的子模塊及功能等進行升級和完善。主要包括風險分級管控與隱患排查、反違章管理、安全工器具、安全教育、兩外工程、應急管理、重大危險源、智能安保、安全誠信檔案以及履職盡責考評等。六是提供安全知識搜索服務，對安全規程、安全生產法律法規條例、事故案例、安全生產管理制度以及典型作業風險預控措施等內容提供語音查詢和答疑服務。七是提供任務管控功能，對風險發布和雙票等業務提供任務發布、通知及追蹤，提交任務審核流程時會對PC端或手機端發送站內信通知。

3 本質安全智能化平臺架構

本質安全智能化平臺包括現場感知層、數據處理層、業務邏輯層以及用戶終端層4個層次，其智能化平臺架構如圖1所示。

圖1 本質安全智能化平臺架構

現場感知層主要指監控系統，通過電廠各個位置安裝的高清攝像傳感器精確地收集電力生產現場各區域的圖像信息，實現硬件設備、人員與環境的智能化定位、識別及監控的數據收集。

數據處理層匯集來自生產現場的視頻圖像數據和接入系統的兩票的相關人員與事件信息，并將其存儲至相應的數據庫。

業務邏輯層提供設備異常狀態的風險展示、跟蹤干預和整改的閉環操作與監控，鏈接兩票系統實現設備風險和兩票的數據聯動，評估工作完成情況，實現電廠作業的數據互通，此外還可開發電力生產過程中的圖像分析、行為識別、風險評估以及兩票評價等功能化模塊。

用戶終端層提供電廠生產管理人員與安全管理系統的交互功能，實現任務通知、追蹤及審核的手機端辦公。

4 平臺實際應用

以某發電廠為例構建本質安全智能化平臺，對全廠風險進行管理，下設區域風險發布平臺，并聯動就地視頻監控實行單元風險管理。建立全廠風險地圖和區域風險地圖，鏈接兩票作業風險及安全措施，實現風險實時更新、發布、告知、跟蹤與干預等功能。如圖2所示，通過管理平臺可以查看風險、任務、兩票、百事通以及站內信等一系列的實時狀況，并且可以直接進行操作。通過點擊風險指示可以直接創建風險任務和風險任務追蹤等，具體見圖3。

圖2 本質安全平臺

圖3 創建風險任務和風險任務追蹤

5 結 論

隨著電廠智能化程度不斷提高，本質安全管理的發展也逐漸向智能化靠攏。本文基于電力生產行業的發展現狀，通過分析電廠本質安全智能化的功能需求，梳理了數字化電廠安全管理部分可能用到的技術，并設計了本質安全管控平臺架構，確定了平臺各個分層的主要內容，通過實際例子說明了本質安全平臺的功能。未來隨著技術的進步，電力生產智能化將會進一步發展，本質安全管理智能化的效果將會進一步展現。