火電廠封閉煤場智能安全管控系統

華能國際電力股份有限公司上安電廠 劉文智 王 釗 華能國際電力股份有限公司河北分公司 劉延達

在我國發電能源構成中火力發電占總發電量比例達60%以上，燃料則是火電廠生產成本中最高的部分，根據不同的火電廠裝機容量，燃料支出可占發電成本的較大部分。隨著信息技術的提高，我國工業正在向智能化階段發展。目前我國大部分火力發電機組自動化程度都達到較高水平，信息化基礎較好，通過數據分析、圖像識別等方式解決現場實際問題成為電力智能化的一種解決方案。煤場中輸煤皮帶、堆取料機等設備屬于對人身危險性較高的設備，加之儲煤場地的重要性，對封閉煤場進行全方位監控具有較強的實際需求，同時煤場智能安全管控也是打造數字化煤場過程中不可或缺的一環。

1 功能需求分析

1.1 研究現狀

為降低儲煤揚塵污染風險，本文研究煤場目前已搭建煤棚實現儲煤封閉化存放，目標是建立封閉煤場內部智能安全管控系統。封閉煤場安全主要分為兩方面：一是物的安全，包括儲煤安全與堆取料設備、輸煤皮帶等；二是人身安全，人員工作安全在電力生產中屬于最重要的因素，在工作中可能會遇到多種危險因素，對人員現場行為實現多方位監控，是提高現場安全管理效果的一項可行手段。

隨著計算機技術的不斷進步，國內關于煤場智能化方面應用正在逐漸開展。浙江某公司將自動控制、5G 無線通訊、高清視頻監控等技術與實際儲煤庫行車需求相結合，就火電廠煤儲庫內的行車智能化自動運行給出了較完備的方案[1]；張冬練，李偉等人針對斗輪機定位精度差、管控程序落后等缺點，基于UWB 技術精確定位開發了堆取料指導系統，提升了堆取煤精度[2]。

關于電廠安全監控方面，王鑫結合某電廠安防現狀提出智慧電廠安防總體實施規劃設計方案，設計了智慧電廠包括智能視頻監控系統、智能巡檢系統、人員定位系統和智能門禁及出入口車輛管理系統的安防前端系統[3]；薛明華，艾春美等人根據電廠安全現狀，針對人員不正確佩戴安全帽進入生產現場作業行為，設計了一種基于掩膜區域卷積神經網絡的圖像識別算法實現對作業人員安全帽佩戴行為的高精度識別[4]；韓超，馬欣欣等人基于對安全監控的需求分析，根據結果提出智慧安全系統整體架構和應用功能，分析、研究和闡述智慧安全新技術在火電廠重大危險源中的應用及價值提升點[5]。

1.2 現狀分析

目前燃料運行過程中安全監控方面存在一些痛點：輸煤系統運行時值班人員需監視多個畫面，在對輸煤系統運行狀態的監視中難以完全將注意力集中于監控系統。目前監控矩陣觀察重點主要在輸煤皮帶上，且本項目原視頻監控系統顯示畫面數目明顯少于攝像頭數目，可能造成包含重要信息的視頻信息無法及時顯示到值班人員面前，漏過一些重要的視頻報警。現有的視頻監控系統起到的是傳統硬盤刻錄功能，將一定時間的視頻錄像數據存儲起來，在事件發生后進行視頻的查找和調取，可能導致查找錄像耗費較多的時間，降低實際事件處理效率。

將智能識別技術與當前業務需求相結合，使用智能視頻技術對監控畫面中的視頻數據進行有效分析，可建立一套智能安全管控系統。根據現場生產安全管理所需制定相應的規則，進行智能識別和報警，將會為運行人員高效監測煤場人、物安全狀況帶來極大的幫助，從而降低運行人員監控壓力，提高安全管理效率。

1.3 功能描述

本項目所在煤場面積大，現場作業人員、車輛多，安全管控難度大。為解決目前煤場監控中的痛點，通過使用高清攝像、網絡傳輸、智能分析、智能識別等先進技術手段搭建智能化煤場中的智能化安全管控系統軟件應具備人員、設備、燃煤三方面安全監控功能。

人員安全管理方面：安全帽佩戴識別功能。利用視頻監控系統自動識別出人員是否正確佩戴安全帽，若不滿足正確佩戴安全帽的要求則生成報警；吸煙識別功能。利用煤場高清監控系統自動識別人員是否有抽煙行為；人員舉手識別功能。利用煤場高清監控系統對人員舉手動作進行識別報警功能，當現場人員發現問題時可通過該功能及時通知集控運行人員，增加與運行人員的溝通渠道，避免通訊受限等極端情況引發的后果；區域入侵識別功能。利用煤場高清監控系統在汽車溝及其他重點區域內劃定虛擬界線作為防入侵區域，若有人闖入該識別區域則快速識別并發出報警；人員倒地識別功能。利用煤場高清監控系統識別人跌倒時的動作，當持續一段時間后自動生成報警，保障人身安全。

煤場設備狀態方面：皮帶跑偏功能。通過在封閉煤場輸煤皮帶頭部與尾部增加攝像機，實現皮帶跑偏報警功能，提高皮帶運行安全監控效率；燃煤安全監控方面：煙火識別功能。利用煤場高清監控系統，當儲煤區域出現煙、霧、火等情況時迅速檢測火情并準確生成報警信號。

2 煤場安全智能管控系統設計

封閉煤場智能安全管理監控系統整體共分為四個層次：現場層、網絡層、數據模型層、應用層。

現場層：主要是由高清攝像機進行視頻信號的采集，將現場圖像信息傳輸至工業監控網絡。采用高清攝像機可以提高圖像分辨率，收集更多的視頻信息，提高視頻監控效率。各高清攝像機的安裝位置主要針對不同功能進行確定，面向人員進行監控的攝像機應安裝在較低的位置以清晰拍攝工作人員狀態，考慮人員經過較多的步道及煤棚出入口位置。針對皮帶進行拍攝的攝像頭安裝位置應位于皮帶上方較近處，以確定輸煤皮帶運行是否正常。

網絡層：高清攝像機采集視頻信號后接入對應的網絡交換機，靠近的網絡交換機接入總網絡交換機，最終將視頻信息以碼流的狀態輸入智能分析終端，實現視頻信息數據從現場至服務器端的傳輸。

數據模型層：其硬件設備主要由智能分析終端和智能識別服務器組成。由智能分析終端對網絡數據層輸出的數據進行接入和處理，實現視頻數據的實時瀏覽和存儲、錄像檢索和回放等功能，之后將圖像特征相關數據送入智能識別服務器中進行煤場安全管控功能算法識別，從而根據現場識別實時輸出報警信號。

應用層：主要為基于B/S 結構建立的人機交互界面（圖1），分為前臺界面與后臺界面兩部分。在前臺界面運行人員可在上位機瀏覽視頻監控畫面，根據工作所需對視頻信息進行瀏覽、回放、報警記錄查詢等操作。數據模型層輸出的報警信號采用聲光報警與畫面顯示同時輸出的形式第一時間對運行人員進行通知，以避免重要信息被忽略；在后臺界面，可對各視頻畫面對應的識別規則及安全管控區域進行修改，以適應生產現場狀況變化及硬件維護需要。

圖1 系統應用層結構

3 系統實施與應用

本系統基于煤場原有監控系統升級，利用部分原有攝像機與新增高清攝像機共同構成視頻信息采集部分，共新增攝像機23臺，型號為DS-2CD7A2D-AQM/TB(2.8～12mm)。其中輸煤皮帶路基兩側10臺，于兩側道路護欄Z 型間隔安裝，安裝高度2米；煤場出入口正對門安裝4臺；汽車溝出入口正對門安裝2臺；汽車溝內部安裝3臺以覆蓋內部全部區域；皮帶東側正對皮帶安裝2臺實現輸煤皮帶狀態監測；連廊與煤棚連接處兩側各安裝1臺實現對燃煤與堆取料機運行狀態檢測。新增攝像機后工業電視系統可實現對受監測煤棚全方位24小時監控。

本系統根據數據模型層設計安裝4臺智能分析終端滿足接入多路視頻數據的需要，安裝1臺專用智能識別服務器以滿足智能識別算法模型與軟件部署的需求。煤場智能安全管理控制系統軟件部署上線后，由調試人員針對安全帽識別、工裝識別、吸煙識別、人員倒地識別、人員舉手識別、皮帶跑偏識別、區域入侵識別等不同功能分別進行測試。可發現本系統對人員違規行為識別、輸煤皮帶跑偏識別、區域入侵識別準確度均較高，煙火識別受堆取料機燈光影響較大，易出現誤報情況。

系統正式上線后，實現了封閉煤場全天候、全方位智能監控，改變以往完全由運行人員對監控畫面進行監視和分析的模式，依靠計算機強大的算力處理海量視頻數據，為用戶提供更高效的信息，輔助運行人員決策。

綜上，本文建立的煤場智能安全管控系統實現了煤場工業電視監控系統的智能化升級，以智慧化的分析系統輔助運行人員決策，加強了煤場安全風險管控能能力，提升了企業安全風險防范水平。本系統仍存在一些不足，受限于現場復雜工況，系統可能會出現部分誤報情況，相信未來會有更先進的技術逐漸應用于電力生產中，帶來電力生產安全管理的進一步提升。