人工智能在燃氣管道工程管理中的應用

江翠艷

摘要：管道運輸是連接燃氣資源與市場的高效率、低成本和安全可靠的關鍵環(huán)節(jié)，在油氣領域起著越來越重要的作用。文章結合燃氣管道工程施工過程的現(xiàn)場管理難點，進行智能管理技術可行性和應用場景等方面的研究，體現(xiàn)了人工智能在燃氣工程安全、質量和文明施工管理方面的有效應用。

關鍵詞：燃氣管道;智能管理;管道工程;典型應用

1智能管道的概念

隨著我國燃氣管道建設的快速發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等先進技術的燃氣管道智能化建設已成為重要手段。要構建智能管道，首先必須實現(xiàn)對管道的智能感知，對管道本身、關鍵設備、外部環(huán)境和維護資源進行識別和集成，進行采集、處理和傳輸，為管道運行決策提供可靠的數(shù)據(jù)庫。隨著這些新技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的管道管理逐漸向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。基于大數(shù)據(jù)分析、決策支持、預測分析等技術，出現(xiàn)了一種新的管理模式。管道智能化是管道信息技術領域的一個重要發(fā)展方向，是集成智能技術的燃氣管道領域，是現(xiàn)代通信技術、網(wǎng)絡技術和與行業(yè)相關的先進技術的綜合應用。未來，將與大數(shù)據(jù)分析、人工智能緊密結合，為燃氣管道提供安全可靠、優(yōu)化高效、環(huán)保的運營服務[1]。

2智能管理應用場景

2.1施工管理智能應用

（1）施工人員實名制登記。讀卡器收集員工的身份數(shù)據(jù)并將其存儲在數(shù)據(jù)庫中。現(xiàn)場采集人臉圖像，使用在線人臉匹配算法進行身份驗證。（2）施工人員安全培訓記錄。通過人臉識別算法對人員進行識別，完成了施工人員的培訓和應用管理。（3）施工人員必須持有許可證。通過手持設備現(xiàn)場拍攝人臉照片，人臉比對算法驗證身份，獲得實時的就業(yè)登記和確認數(shù)據(jù)。（4）特種設備操作人員在職營業(yè)執(zhí)照的登記審查。掃描專用設備運行證書，自動識別并獲取證書信息，連接數(shù)據(jù)庫進行注冊審核。（5）審批工程機械設備和其他特種設備的合法證書。掃描專用設備證書，自動獲取注冊證書信息，并與第三方系統(tǒng)連接，在線比較證書的有效性[2]。

2.2施工安全智能應用

進入閥室、下井、動火等燃氣輸送作業(yè)時，要由專人指導、監(jiān)督、檢查。在預先確定的空中工作空間中，視頻設備被用來收集圖像，手動檢測算法被用來檢測是否有人被指派去監(jiān)視和監(jiān)督。主要設備監(jiān)控的安全區(qū)域和警戒區(qū)域，在大型設備操作中檢測入侵到預定義的安全警告區(qū)域[3]。

2.3施工質量智能應用

（1）地下管道建設預警區(qū)域檢測。在地下管道建設過程中，采用目標檢測算法對預警區(qū)域的位置進行檢測。（2）管線焊接異常數(shù)據(jù)審核。系統(tǒng)輸入焊接數(shù)據(jù)，通過預定義的判斷邏輯記錄焊接數(shù)據(jù)并進行智能分析，自動判斷焊接數(shù)據(jù)異常、環(huán)境溫度恒定或波動小、兩焊縫間隔明顯過短、口徑不正確、充料等。（3）燃氣管道焊接X射線檢查。利用計算機視覺算法對X射線膠片進行分析，發(fā)現(xiàn)膠片記錄的質量存在一些問題，如破損焊縫的位置、膠片的數(shù)量、焊接標語問題等。

3技術方案

3.1技術架構

針對智能應用場景，采用技術架構如圖1所示。

智能服務是核心，可以通過人臉識別、目標檢測和軌跡跟蹤等來實現(xiàn)。其應用過程分為4個階段：

（1）數(shù)據(jù)采集。視頻從攝像頭傳輸?shù)郊写鎯υO備中。（2）數(shù)據(jù)處理。視頻數(shù)據(jù)處理設備從存儲設備中讀取視頻，利用視覺算法庫進行視頻編解碼、圖像去噪、圖像增強等預處理，并打標簽形成訓練樣本庫，存放到集中存儲設備中。（3）模型訓練及調優(yōu)。按實際應用場景需求配置模型訓練的AI-GPU集群，選擇模型并配置參數(shù)，對結果進行評估;再根據(jù)結果不斷調整參數(shù)或模型，直至結果最優(yōu)。（4）模型應用。訓練好模型后，加載到視頻分析服務器運行，算法自主檢測違規(guī)行為并向系統(tǒng)推送預警[4]。

3.2數(shù)據(jù)采集

針對不同外部條件下的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、模型應用所使用的技術方案，最后對模型訓練及調優(yōu)所應用到的關鍵技術進行必要的闡述。采用PyTorh、Mask-RCNN以及YOLOv3等與人工智能相關的技術支撐應用場景。

（1）移動巡查記錄儀。設備支持錄像、數(shù)據(jù)上傳等功能，重量輕，體積小，攜帶方便。可以使用本設備用于現(xiàn)場移動位置的視頻采集。（2）定點布控球。定點布控球內置3G/4G模塊、GPS/北斗模塊、高性能鋰電池組，可安裝在車輛或其他需要布控的特殊位置。可以使用本設備用于現(xiàn)場定點位置視頻采集。

3.3數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸方案的選擇受現(xiàn)場網(wǎng)絡的制約：現(xiàn)場的3G/4G/5G信號強弱，是否有WIFI，是否有有線網(wǎng)絡等。從傳輸?shù)目煽啃院退俣葋碇v，優(yōu)先選擇順序依次是：有線網(wǎng)絡、WIFI、5G、4G和3G。如果不具備網(wǎng)絡條件，那只有采用離線的方式：采集的視頻在本地完成存儲后，通過U盤等移動介質人工傳到分析系統(tǒng)進行模型應用[5]。

3.4模型應用

模型應用所采用的技術方案依賴于：網(wǎng)絡條件、所應用場景的實時性要求、所應用場景模型的復雜程度和同時接入的視頻路數(shù)。這幾個因素決定了在實際應用過程中是采用現(xiàn)場邊緣計算、后臺集中運算還是兩者相結合。

（1）現(xiàn)場邊緣計算。現(xiàn)場邊緣計算的目的在于有效分擔后臺集中運算的壓力，提高分析結果輸出的實時性，減少視頻傳輸帶寬，節(jié)省網(wǎng)絡成本。（2）后臺集中運算。與邊緣設備相對應，采用后臺集中運算可以支持更多的視頻路數(shù)，也可以支持更復雜的算法模型。這一切均依賴于其強大的運算能力和對網(wǎng)絡帶寬的大量消耗。（3）現(xiàn)場邊緣計算+后臺集中運算。相較于現(xiàn)場邊緣計算或后臺集中運算單獨應用方案，更推薦現(xiàn)場邊緣計算+后臺集中運算技術方案。這種方案可以降低后臺集中運算的硬件和帶寬成本，也兼顧了模型運算的實時性。

4典型應用及其技術實現(xiàn)

4.1人臉識別考勤

很多應用場景中都用到了人臉識別技術，如：施工人員實名登記、安全培訓的簽到管理、持證上崗查驗等。在崇明花博會燃氣工程施工現(xiàn)場進行了人臉識別測試，智能發(fā)現(xiàn)合法登記人員用綠色框進行定位，發(fā)現(xiàn)陌生人員用紅色框進行定位。

4.2施工護欄連續(xù)性檢測

在燃氣工程作業(yè)場地中要按規(guī)范要求安裝防護欄桿并保證防護欄桿的連續(xù)性，在施工現(xiàn)場進行了安全護欄不連續(xù)檢測測試。智能發(fā)現(xiàn)安全護欄不連續(xù)，對間隙用紅色框定位[6]。

4.3施工人員作業(yè)安全帽檢測

為了有效避免在燃氣工程作業(yè)過程中工人不佩戴安全帽而引發(fā)的安全事故，對施工現(xiàn)場歷史錄像進行了安全帽佩戴規(guī)范檢測測試。智能發(fā)現(xiàn)有人未按規(guī)定佩帶安全帽，用紅色框進行定位。

結語

施工人員管理和工程安全質量管理是工程管理的關鍵點，AI的運用將有效提高燃氣行業(yè)工程管理水平。通過人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)等技術和方法，對燃氣配套管線工程施工過程中的現(xiàn)場施工安全進行智能管理技術可行性進行研究，努力打造燃氣工程應用人工智能提升管理水平的標桿。

參考文獻

[1]王燦洪.城鎮(zhèn)燃氣智能管網(wǎng)生產(chǎn)運營技術管理的研究[J].建材與裝飾，2020，{4}（19）：185-186.

[2]白明亮.故障案例稀缺場景下的燃氣輪機智能故障檢測及診斷研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2020.

[3]黃元平，王仲，韓旭東，顧煜炯.燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組健康管理大數(shù)據(jù)系統(tǒng)[J].熱力發(fā)電，2020，49（12）：59-64.

[4]韓旭東.重型燃氣輪機故障知識管理與智能診斷系統(tǒng)研究[D].華北電力大學（北京），2020.

[5]杜雪峰.燃氣智能化與燃氣SCADA系統(tǒng)在燃氣安全管理中的應用[J].化工管理，2020，{4}（09）：80-81.

[6]楊永明.重型燃氣輪機故障分析與智能診斷系統(tǒng)研究[D].華北電力大學（北京），2019.