基于定位技術的智慧電廠作業人數統計實現與應用

孫建偉，任建國，陳志曉，王道欣，潘 強，劉金虹

（華潤電力技術研究院，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著“智慧+”對人們生活的悄然改變，電力生產企業也朝著智能化、智慧化方向發展。智慧數據、智慧安全、智慧運維是融合數字化、信息化、智能化的智慧電廠表現形式。電廠智慧安全管控系統主要是通過物聯網技術、定位技術、智能視頻算法技術、三維可視化技術、邊緣計算技術等實現對電廠內現場人員的實時定位、人員歷史軌跡查看、電子圍欄、生產區域人數統計、危險源預警等功能。目的是解決電廠不安全作業、不安全行為的痛點，提高電廠作業人員的管理組織效率和安全文明生產。

關于人數統計主要有三種方式：基于傳感器系統的人數統計方式、基于接觸式系統的人數統計方式、基于計算機視覺系統的人數統計方式。目前，國內外學者對人數統計方法的研究主要集中在計算機視覺圖像方式。例如，田楓通過高斯混合模型計算方法進行人數統計，可用在大型場館的客流統計及客車的超載檢測。高飛等基于熱點區域定義的人數統計方法研究，通過視頻監控方式優化算法；實驗結果表明，人數統計正確率可達93.1%，適用于多方向人流量及封閉區域內的人數統計。但是，這種基于圖像統計的方式也存在局限性，統計精度容易受到場景光照、人體姿態、溫度等因素影響，主要表現：①誤檢，在室外情況下，由于人臉識別攝像頭會受到強光、偏光、天色昏暗以及雨天等各種因素的影響，攝像頭抓拍的人臉圖像質量偏差會影響人臉識別精度；人員有時會佩戴口罩、眼鏡等遮擋物，降低人臉識別精度，人員識別準確率的降低會產生人員計數誤差。②漏檢，算法識別人臉需要先通過人臉檢測算法在圖像中檢測到人臉，再進行人臉比對。但是實際現場往往多人同行，或由于人員遮擋、人臉角度和光線等問題造成人臉檢測算法失效，從而產生人員計數誤差。③缺乏準確的人員進出邏輯判斷，一些人員進入攝像頭抓拍區域后突然臨時折返，攝像頭無法準確判斷人員的進出狀態，從而產生人員計數誤差。

因此，本文提出使用室內外定位技術，通過電廠作業人員攜帶定位終端，采集人員定位坐標，再通過算法實時統計電廠生產區域內的作業人員數量和顯示人員分布情況，為生產區域人員統計提供一種新的解決方案。

1 系統結構

電廠生產區域作業人數統計功能主要基于定位技術實現，系統結構主要包括：B/S架構的應用平臺、人員定位功能模塊、定位終端，如圖1所示。

圖1 系統分層結構

（1）定位終端

電廠生產區域作業人員攜帶定位終端，每個定位終端具有唯一身份識別號（Identity Document, ID），通過在平臺建立人員ID數據庫，確定現場作業人員身份信息，通過定位終端確定作業人員現場位置。

（2）人員統計模塊

人員統計模塊通過定位終端獲取人員位置數據，并對位置坐標數據進行處理轉化，實現定位數據的規范存儲，再通過人數統計算法獲取生產區域人數，實現生產區域人員精細管理。

（3）智慧安全管控平臺

平臺集成三維可視化模塊，通過人員統計模塊為平臺提供定位數據，展示電廠人員在生產區域內的實時分布和動態作業人數。

2 關鍵技術

基于電廠生產區域作業人數統計模型，使用室內外定位技術，通過點在多邊形內外的判斷算法，統計現場作業人數，其人數統計流程如圖2所示。

圖2 基于定位技術的人數統計流程

2.1 定位技術

（1）室外定位技術

目前，全球定位系統（Global Positioning System, GPS）和北斗衛星導航系統（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）這兩種室外定位系統已經被廣泛應用在各種室外場景中。本文主要采用北斗RTK高精度定位技術，系統主要由定位終端、差分基站、通信設備及計算機組成。定位流程如圖3所示。

圖3 室外定位流程

（2）室內定位

基于磁場的多源信息融合室內定位技術，融合磁場、慣性導航系統（INS）、藍牙和地圖信息，通過采集定位區域內各位置的磁場信息并與所述定位區域內各位置的信息對應，得到數據矩陣模型，最終實現定位。定位流程如圖4所示。

圖4 室內定位流程

2.2 人數統計

實現電廠生產區域作業人數統計的方式：①基于三維可視化和地理信息技術，在電廠全景三維地圖上劃分出電廠生產區域；②基于室內外定位技術，獲得人員實時定位坐標；③基于點在多邊形內外的判斷算法，判斷人員是否在電廠生產區域內部。人數統計算法流程如圖5所示。

圖5 人數統計算法流程

關于點在多邊形內外的判斷是計算幾何中較基本但又十分重要的算法。在計算機圖形處理、CAD/CAM、人工智能、地理信息系統和科學計算可視化中被大量應用。本文對點在多邊形內外判斷采用射線法，其原理是從判斷點開始做一條任一方向的射線，由射線與多邊形的交點個數判斷點與多邊形的位置關系。若交點個數是奇數，點位于多邊形內；若交點個數是偶數，點位于多邊形外。

3 實例應用

以某電力公司FR電廠為應用實例，在FR電廠部署了室內外定位系統，構建了三維可視化地圖等融合各功能的模塊，建成了智慧安全管控平臺。

3.1 定位系統部署

（1）室外定位

在FR電廠部署的室外定位系統主要包含差分基站、定位終端及定位服務器，如圖6所示。

圖6 差分基站和室外定位終端

（2）室內定位

在FR電廠部署的室內定位系統主要包含室內定位終端、電廠主廠房磁場圖及定位服務器。磁場圖和室內定位采集程序如圖7所示。

圖7 磁場圖和室內定位采集程序

室內定位終端采用的是榮耀BKL-AL20智能定位手機，利用智能手機中的磁傳感器芯片采集測量磁場數據。室內定位主要是在電廠主廠房，利用激光掃描儀繪制主廠房尺寸分別為0 m、6.3 m、12.6 m下的二維磁場圖。

3.2 生產區域人數統計

在FR電廠進行1∶1的全景三維建模，在三維地圖上劃分出生產區域，通過定位系統與三維地圖融合，在智慧安全管控平臺三維地圖上顯示人員實時定位，通過作業人員統計算法計算出生產區域作業人數并在平臺終端顯示，如圖8所示。

圖8 生產區域作業人數統計

4 結 語

本文依托定位技術，通過獲取定位坐標與算法實現了電廠生產區域人數統計的方法落地應用，并取得了相應的實踐效果。與計算機視覺圖像方式統計人數相比，此方法避免了誤檢、漏檢等現象，為電廠生產區域人數統計提供了一種新的方法。通過三維可視化+定位技術的作業人數統計方法，對智慧電廠的智慧安全管控建設具有實踐意義。