智能視頻系統在人員管理中的應用——以水電廠為例

汪　濤

智能視頻系統在人員管理中的應用——以水電廠為例

汪濤

（五凌電力有限公司，湖南 長沙 410000）

針對水電廠內監測對象數量多、分布零散、人工監測不便的問題，設計一套適用于水電廠的智能視頻系統，以實現安全、高效的電力生產。首先，對目前應用于水電廠的智能視頻系統現狀及其存在的不足進行闡述，提出一套適用于水電廠的智能視頻系統，并介紹其總體架構及各組成部分。其次，詳盡介紹智能視頻系統在三大方面的具體應用：人員實名制，包括內部人員準入、訪客登記、外包人員準入；人員行為管理，包括人員考勤、訪問等級、入侵報警；員工作業管控，包括線上巡檢、線下巡檢、安全管控。該系統可適應多種生產環境，通過人臉識別、行為分析、以圖搜圖、行為軌跡分析等多個智能功能，為人員進入廠區、進行內部工作、離開廠區的全工作流程的各方位可視化智能分析管理提供數據支撐。

水電廠；智能視頻系統；人員管理；行為監督

水電廠作為電網的重要組成成分，與電網的安全穩定運行息息相關。但目前水電生產仍然存在許多問題，例如地址偏遠、條件艱苦、管理困難等。近年的電廠中80%～90%危險事故與工作人員生產行為違章有關[1]，為了安全、高效的電力生產，提高工作人員的安全防范意識以及工作的自律性刻不容緩。

目前，針對水電廠提出采用“無人值班、少人值守”的運營管理模式[2]，通過視頻監督系統，一方面，使有限的生產人員能通過系統內部視頻、錄像，對設備進行全方面的監管。另一方面，通過實時視頻，對現場生產人員進行行為監督，對違章現象和不安全行為進行管控，及時制止異常行為的發生[3-5]。但是，目前針對于水電廠的智能安全檢測發展并不完善，傳統的智能視頻系統功能低下，完全依賴于人為監督生產，對異常事件的反應滯后[6]。本文通過對水電廠智能視頻系統現狀的分析與理解，結合其實際情況及安全需求，提出一套滿足水電廠安全監控與管理的智能視頻系統，并詳盡分析其在人員管理方面的應用，包括人員實名制、人員行為管理、員工作業管控。智能視頻系統的建立對于水電廠作業效率、安全操作、安防預警等方面具有重大意義。

1　智能視頻系統現狀及存在的問題

1.1 監控設備布局不全面

水電站大壩安防等級高[7]，需要全面檢查人員、車輛，避免危險人員及危險物品進入轄區，需要對大壩進行全景監控，應將智能視頻設備安裝于大壩關鍵位置，如大壩上游、大壩下游、溢洪道、閘門、水尺等，進行實時監控，以獲取關鍵地點信息，全面的監控設備布局是實現智能視頻系統的前提[8]。

1.2 視頻監控依賴人力

建設智能視頻監控系統的目的之一是減輕人員工作強度[9]，若工作者將大部分精力都投入到全天候的人工觀察視頻，不僅是對人力的浪費，而且很容易造成人員的疲勞，應將來源于圖像、視頻的信息轉換為標簽化、結構化、智能化的數據和報警信息，可以更充分地挖掘視頻監控系統的價值，提高電廠的安防水平、促進電廠的安全生產[10]。

1.3 巡檢效率低

即使設置線上巡檢，線下巡檢仍然是員工的日常工作，但人員是否按照指定路線巡檢，巡檢是否全面細致也無從知曉，在某些危險重點區域也存在較大安全隱患，因此需要知道人員的實時位置以及改變效率低下的巡檢方式[11]。

1.4 視頻監控應用單一化

大部分電廠的視頻監控系統只能實現基礎的視頻預覽、錄像回放等功能，海量的視頻錄像的利用價值不高，智能化水平低下[12]。隨著視頻監控領域往高清化、智能化方向發展，可在電廠端實現人臉識別、車牌識別、智能讀表、設備狀態監測等功能[13]。

1.5 視頻監控設備性能低下

廠區內存在環境較差的情況[14]，如光線微弱等，廠內監控點獲取視頻信息辨識度低，應支持適應多種環境的高清監控，通過算法的加持，以實現對大壩、區域人員各種環境下的有效實時監控。

1.6 缺乏系統聯動

實現智能視頻系統，需要將工業電視系統、智能一臉通系統、出入口管理、智能周界系統、應急廣播系統等子系統完全接入到統一的平臺，統一配置管理、數據共享、功能聯動和業務優化，從而能夠實現運維監測和輔助生產；在發生緊急情況時，入侵防區與視頻、門禁需求能夠及時響應，并且有多種預案保證處理及時、準確、全面；環境中的各種環境量需要和系統中的攝像機、聲光報警設備等做聯動動作，各系統底層數據打通，形成統一的高度集成管理平臺[15]。如果無法實現聯動，將嚴重限制智能化水平的提升。

2　智能視頻系統總體設計

智能視頻系統總拓撲圖如圖1所示，主要由邊緣設備、安全生產應用、電廠級監控中心和區域/省級集控中心等四個部分組成。

圖1　系統建設總拓撲圖

2.1 邊緣設備

通過邊緣設備（如智能工業電視、熱成像測溫系統、智能視頻周界、出入口管理及車輛測速系統等）對生產現場進行全面的監控，采集、編碼、存儲及上傳監控信息，通過結構化分析，使應用智能化和聯動自動化。

2.2 安全生產應用

充分利用采集信息，使其在安全生產應用中發揮價值，包括人員管理、作業管控、監測、巡檢、生產復核、環境監測等。

2.3 電廠級監控中心

電廠級監控中心主要進行生產管控，通過邊緣設備獲取結構化數據后，基于大數據應用以及智能化分析，對人車數據、作業數據、設備數據、環境數據進行監控，對水電廠管理運營進行整體把控。

2.4 區域/省級集控中心

區域/省級集控中心與電廠級監控中心級聯，各級管理職能部門和生產運營部門可以通過工作站及服務器集群、數據存儲集群、計算資源集群，獲取傳輸的視頻、音頻、報警信息等，統計生產數據、設備運行數據、人車數據，從而進行遠程指揮和應急處理。

隨著應用技術的發展和管理理念的革新，智能視頻系統總體設計的內容將不斷變化，沿著“信息化—智能化—智慧化”的建設道路不斷升級完善。

3　智能視頻系統人員管理應用

要提高水電廠的作業效率以及加強安全管控，根本而言需要從人出發，即對人員進行管理。

3.1 人員實名制

發電企業作為國民經濟穩定發展的重要保障，實行封閉式管理，對進入企業的人員有著嚴格的準入要求[11]，而對于發電企業來說涉及到三類人員：內部員工、外包人員、臨時訪客。對不同身份的人員在準入管理上的側重點和流程也有差異。目前電廠的準入方式主要是通過IC卡或者ID卡刷卡實現，這存在諸多弊端，例如卡片丟失、替崗、混崗等，這些都給企業的安全和管理帶來了困難。隨著人臉識別技術的成熟，利用人員的面部特征的唯一性與人員的工作信息綁定，實現實名制管理，解決發電企業準入管理薄弱的問題。

3.1.1 內部人員準入

內部員工是企業的正式員工，在入職的時候，統一采集個人信息和面部特征信息，建立企業員工檔案，按照各單位的管理制度，在廠區大門、集控樓、生產區域等處的出入口與門禁處選擇性地下發人臉模型，實現內部員工的準入權限管理[12]。內部員工的信息發生變動，則由相關部門對其信息進行“新建/變更/刪除”等操作，當人員檔案信息發生變化時，系統自動下發或者刪除模型。

3.1.2 訪客登記

訪客準入分為預約訪客和臨時訪客，預約訪客可以在自助訪客機上自主完成登記，臨時訪客則要在門崗處登記，由工作人員完成訪客登記。

訪客登記系統示意圖如圖2所示，主要由訪客預約、訪客登記、訪客通行和訪客簽離4部分構成。具體工作流程：1）訪客預約通過單位內部的辦公業務軟件進行數據的對接；2）通過自助式或非自助式人證訪客機，進行預約訪客和臨時訪客登記，臨時訪客只能在非自助式人證訪客機上登記，完成人臉授權；3）外部人員登記后，即可刷臉通過，由于臉部特征錄入系統，視頻監控點也可以通過抓拍訪客人臉生成訪客人臉軌跡；4）在離開時，完成簽離，平臺刪除訪客權限。

圖2　訪客登記系統示意圖

3.1.3 外包人員準入

承包商簽訂合同后，組織外包人員進廠參加培訓和考試，在第一次進廠與正式下發工作證期間不發放正式通行證，為保證準入的嚴謹性和滿足人員管控的需求的同時，盡量讓管理變得簡單易行，單獨建立外包人員臨時庫，開設自助機入口，使外包人員快速登記并獲取此期間的臨時權限。

外包人員登記系統流程如圖3所示，統一組織外包人員在門崗部署的自助機登記自己的身份信息、崗位，并采集人臉指紋等信息，系統建立臨時檔案來保存采集的信息，管理人員在工作機上查看并核實人員，確認后，系統下發權限，外包人員由專人組織刷臉進入電廠。臨時檔案可供資質審核時調檔使用，以節省后期登記時間。

圖3　外包人員登記系統流程

3.2 人員行為管理

3.2.1 人員考勤

人員信息采集后，各單位根據管理制度制定考勤策略，確定考勤位置、設備種類以及設備ID號，調用下發接口，平臺根據工號從照片庫中獲取照片，進行對應設備的下發建模。

人員考勤后，設備比對成功事件上報平臺并通過數據庫視圖的形式展示考勤信息，輸出為考勤報表，針對外包人員用工，能夠統計外包單位的關鍵角色出勤率，一段時期內的各工種的人數、出勤時長等信息。

在廠區主要出入口或者綜合樓大廳處設置顯示大屏，如圖4所示。人臉識別成功后，智能記錄內容包括當日的出勤信息、外包項目、承包商、工種、人數、作業負責人姓名，在此之外還可以顯示電廠重要通知、違章通報等信息，并能夠循環播報。

圖4　人員考勤示意圖

3.2.2 訪問登記

1）主廠房進入權限管理

主廠房為開放式，出入口較多造成人員進出管理較為困難，為加強人員管控，在主廠房的主要出入口應用人臉識別技術，對進入主廠房的人員身份識別，以防止陌生人進入生產區域，人臉陌生人報警示意圖如圖5所示。

主廠房進入權限流程圖如圖6所示，對與生產相關、無關人員，分別建庫并與人員檔案數據庫關聯，并關聯人臉庫，進入主廠房時，自動比對人臉及相關數據，判斷權限情況：若無權限，系統聯動聲光設備就地提醒進行驅離，同時會出現告警提示以查看人員信息，以作為后臺管理的依據；若有權限，則系統記錄信息。

圖5　人臉陌生人報警示意圖

圖6　主廠房進入權限流程圖

2）重要區域進入身份認證

進入主廠房后，內部重要區域需要進一步授權，如工程師室、電子間、6kV室等，重要區域進入權限管理流程如圖7所示，對比人臉后，判斷是否有權限進入。

圖7　重要區域進入權限管理流程

3.2.3 入侵報警

水電站監控點位多、視頻信息量大、無效視頻信息多，通過智能視頻分析過濾功能，可將大量無用信息過濾在前端并把有價值的視頻信息提取存放到上級平臺，有效降低工作人員的監控壓力。通過智能視頻監控系統可以主動發現水電站內的人員非法闖入情況，在事件發生時就及時發現并進行控制。

系統支持具有深度學習算法的人臉抓拍。前端人臉抓拍機器通過智能人臉檢測算法和人臉區域曝光功能，以提供質量更高的人臉抓拍圖像，相比傳統的智能產品，具有更高的精確度，場景適應能力也更強，如在小目標場景和大角度場景中，檢出率較傳統的智能產品顯著提高。內部測試傳統及智能產品檢出率列于表1。

表1 深度學習產品與傳統智能產品對比 單位：%

1）人臉布控報警

管理員將布控人臉照片下發到名單庫，并與比對設備進行關聯布控。布控后，將對實時抓拍的人臉照片進行比對識別，并將對應的人臉圖片及信息顯示出來，警示值班人員關注和處理，并可進行相關聯動。人臉布控報警示意圖如圖8所示，通過深度學習，詳盡展示進出人員的相關信息。

圖8　人臉布控報警示意圖

2）人臉以圖搜圖

若出現危險人員，可通過在平臺上導入人臉圖片進行人臉以圖搜圖。可直接輸入人臉圖片、人臉相似度閥值、檢索數量、其他檢索條件，選擇抓拍的攝像機和時間段，在抓拍庫中進行人臉圖片中查找是否有匹配的人臉圖片，按照抓拍“時間/相似度”進行分頁排序，如圖9所示。通過此功能，可以獲取危險人員所到區域、停留時間等相關信息。

圖9　人臉以圖搜圖示意圖

3）危險行為分析

除了對人臉的識別，智能視頻系統還可以對監控范圍內的人員行為進行智能分析，也能對水電站周圍防范區域進行實時監控。如水電站外圍圍墻，利用有跟蹤功能的智能跟蹤球替代普通球機，當非法闖入者越過圍墻后，控制球機尋找，通過智能分析，劃定圍墻為警戒面，當有可疑份子穿越警戒面后，即可產生報警信號并進行跟蹤，幫助運行人員及時定位非法闖入者，如圖10所示。系統支持進入、離開區域檢測，當人員進入或離開區域時進行報警，如圖11所示。對人員徘徊行為、快速移動進行檢測，若行動速度低于或高于設定閾值，進行報警與警告，如圖12所示。

針對監視目標環境照度低、無輔助照明設備的情況，基于視網膜成像原理，結合人眼仿生的創新技術，采用雙傳感器架構，“傳感器一”負責采集色彩信息，“傳感器二”負責采集亮度信息，可見光和紅外光同時被感知，感光能力大幅提升，有效提升圖像清晰度。在極低照度下（0.0003 lx），呈現亮如白晝的彩色畫質，采用雙傳感器架構前后對比如圖13所示。

圖10　穿越警戒面檢測

圖11　進入、離開區域檢測

圖12　徘徊行為、快速移動檢測

圖13　低照度下采用雙傳感器架構前后對比圖

3.3 員工作業管控

設備管理是人員的日常工作部分，電力企業具有明確的設備巡檢記錄的工作安排，通過可視化巡檢系統，使巡檢工作指導遠程化，巡檢記錄電子化，采用線上結合線下巡檢的方式確保設備管理工作的完整可靠性，提高管理水平和效率。

巡檢系統拓撲圖如圖14所示，主要由前端系統、網絡傳輸和監控中心平臺組成。前端系統由移動單兵手持終端，攝像機固定點位監控。巡檢任務可通過巡檢系統布置，并按照“移動單兵手持終端”中APP的提示要求逐項勾選檢查內容，并提交照片，視頻等附件內容。傳輸系統主要由無線網絡構成，數據可以通過無線網絡、3G/4G運營商網絡實時傳輸到監控中心管理平臺，可實現線上、線下巡檢功能。

圖14 巡檢系統拓撲圖

3.3.1 線上巡檢

管理人員可在指揮中心利用攝像機視頻對生產環境中的重要設備運行狀態進行定期檢查，智能線上巡檢流程圖如圖15所示。在無法提供智能分析的場合，可以通過人工的方式，對巡檢過程中產生的設備圖片進行狀態確認，人工巡檢流程如圖16所示。

不管是人工巡檢或智能線上巡檢，都需要人工確認，工作人員手動對巡檢記錄中的“異常/待確認”記錄進行復核。巡檢詳情界面如圖17所示，管理系統支持巡檢方案的配置與管理，自定義巡檢設備、巡檢項、智能分析方式、巡檢時間、重復方式等內容。

圖15 智能線上巡檢流程圖

圖16 人工線上巡檢流程圖

圖17 巡檢詳情界面

3.3.2 線下巡檢

線下可視化巡檢，是通過巡檢單兵，對巡檢過程可視化記錄，并通過視頻或語音對講，掌控工作地區的人員工作狀態，遠程故障診斷會診。

1）區域人數統計

進入生產區域的人員佩戴有人員定位標簽，定位標簽實時反饋人員的坐標信息。通過人員定位可以統計生產區域或指定地區的總人數、各個承包商的人數、特種人員人數和信息，以及各個工作面的人數，如圖18所示。人數統計便于對整個生產情況的把握，通過建立預警模型，還可以實現人數異常報警。

圖18 區域人數統計

2）路徑管理

對安全生產系統規劃路徑庫，根據工作票的內容系統自動載入預先規劃好的路徑，作業人員按照指定路線在生產區域活動，通過人臉以圖搜圖功能，將符合閾值的人臉圖片以列表展示，并按照時間順序以此在地圖上展示出人員的軌跡，便于用戶整體上把握某個目標人員的全部活動軌跡，并在地圖上生成人臉軌跡，如圖19所示。

圖19 人臉軌跡

當人員偏離路線時，人員定位系統會反饋位置信息，系統通過編碼系統調取偏離位置附近的多個攝像機查看現場視頻，同時聯動該區域的廣播進行播報，提醒作業人員已偏離路線，盡快回到規劃路線。

3）行為分析

在水電站線下巡檢工作中，人員是否按照指定路線巡檢，巡檢是否全面細致也無從知曉，在某些危重點區域也存在較大安全隱患，因此需要通過智能視頻系統獲取人員的實時位置，通過對人員狀態的智能辨別來判斷工作狀態，從而改變效率低下的巡檢方式。智能視頻系統通過智能跟蹤球，對出現在工作區域的目標人員進行自動跟蹤，并智能分析其行為是否符合規則，進而判斷工作人員工作狀態，示意圖如圖20所示。

3.3.3 安全管控

1）與五防聯動

五防系統是確保變電站安全運行，防止人為誤操作的重要設備，任何正常倒閘操作都必須經過五防系統的模擬預演和邏輯判斷，以確保五防系統的完好和完善，能大大防止和減少電網事故的發生。但五防系統對設備變位無提示功能，完全依賴于后臺監控信號，若發生誤操作事故，后果不堪設想。

通過兩票系統、智能視頻系統與五防系統之間的聯動，充分運用智能人臉識別技術，輔助電廠安全生產，規避誤操作設備和串崗現象，操作設備流程圖如圖21所示，將電子兩票系統中的人員信息庫實時同步到綜合安全管控系統中，每開具一張操作票，會將操作票對應的操作人員的信息更新到綜合安全管控系統的人員白名單信息庫，該信息庫同時關聯對應操作票中即將要操作的設備。當操作人員到達指定的操作設備時，操作設備對應的人臉識別攝像機識別操作人員的人臉，并與后臺該操作票對應的人員人臉進行比對，如果比對成功，則聯動該設備上的柜門自動打開，操作人員即可開始操作設備。如果識別不成功，則認為該操作人員不是操作票中的指定人員，判定為串崗或者誤操作設備，柜門不打開，無法操作設備。

2）安全帽檢測

安全問題是電廠人員工作的重中之重。電廠工作人員、工程商、訪客等進入電廠生產區域如主廠房、地下廠房等區域時必須佩帶安全帽。針對不佩戴安全帽進入生產區域或進入生產區域隨意摘下安全帽的情況，為保證廠區生產裝置及作業現場人員安全，對人員進行有效的安全監管，需要對人員進行佩戴安全帽情況進行智能檢測，進而實現報警和廣播提醒。

系統支持對目標點位進行7×24小時視頻實時智能分析，安全帽檢測示意圖如圖22所示，未佩戴安全帽的生產人員通過智能識別以方框提示，一旦目標點位有未佩戴安全帽工作人員，立即將告警通過9810平臺呈現，用戶接收到告警點擊圖片放大確認，同時可點擊圖片右下角攝像機標志打開實時視頻。

圖21 操作設備流程圖

圖22 安全帽檢測示意圖

4 結 語

水電廠應用本文所提出的智能視頻系統應用后，可帶來以下良好的社會經濟效應。

1）預防險情。一方面，在水電廠關鍵地區安裝監控設備，通過跟蹤攝像頭實時反饋畫面，對進出人員進行統計，以及危險行為分析，以防無關人員進入危險區域，整體提升廠區的風險預警效率；另一方面，監督工作人員行為以防違規作業，規范水電廠作業流程，保障安全生產和有效的業務運營。

2）提高工作效率。一方面，通過系統實現作業遠程化，智能識別設備狀態，減少人員工作負擔，更有效地維護、保養設備，降低人工運維成本；另一方面，通過系統的智能人臉識別，規范人員考勤和廠內場地進出流程，通過行為識別，監督工作狀態以防替工、怠工等行為的發生。

綜上，通過智能視頻系統的建設，將先進的信息化、智能化技術深入應用到水電廠的日常安全生產業務中，具有可觀的價值和一定的現實意義。

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TN948.6

A

1673-2219（2021）03-0020-07

2020-11-18

汪濤（1984－），男，湖北黃岡人，電氣工程師，研究方向為電氣自動化。

（責任編校：宮彥軍）