龍江水電工程智能安全巡查識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉發(fā)輝，周 威，吉 祥，廖 勇

（1.南龍江水利樞紐開發(fā)有限公司，云南 德宏 678499；2.江河瑞通（北京）技術(shù)有限公司，北京 100097）

0 引言

云南龍江水電站樞紐工程位于云南省德宏傣族景頗族自治州芒市境內(nèi)的龍江干流上，水電站樞紐工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大（1）型，工程是以發(fā)電、防洪為主，兼顧灌溉的綜合性樞紐工程，并為城市供水、養(yǎng)殖和旅游提供了有利條件。龍江水電站的運(yùn)行安全目前主要依托人工巡查方式，根據(jù)需要進(jìn)行定點(diǎn)巡檢，對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行人工記錄和上報(bào)處理，存在發(fā)現(xiàn)問題不及時(shí)、工作效率低下等問題，因此如何提升水電站安全巡檢工作效率，保障安全運(yùn)行管理是目前水電站主要問題。

龍江水電站管理信息化建設(shè)起步相對較晚，目前針對主要設(shè)備區(qū)建設(shè)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，業(yè)務(wù)人員可以通過視頻監(jiān)控對主要監(jiān)控區(qū)域的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)控，隨著單位視頻站點(diǎn)建設(shè)越來越多，值班人員視頻監(jiān)控人工投入越來越大，但監(jiān)控效率卻沒有很好的提升，視頻監(jiān)控經(jīng)常存在監(jiān)控不到位及分析不足等情況。隨著AI技術(shù)的成熟落地，利用人工智能圖像識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水電站內(nèi)部設(shè)備是否存在漏水、漏油、冒煙、火花等現(xiàn)象進(jìn)行自動(dòng)識別，構(gòu)建一套視頻采集、智能分析、預(yù)警判斷、預(yù)警推送的完整業(yè)務(wù)閉環(huán)系統(tǒng)將極大程度提升水電站智能巡查工作成效。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

系統(tǒng)基于人工智能（AI）領(lǐng)域的圖像識別技術(shù)，利用視頻監(jiān)控圖像信息，自動(dòng)識別水電站內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行安全及水電站壩前是否存在漂浮物和實(shí)時(shí)水位標(biāo)尺識別，自動(dòng)分析判別異常情況，并將異常信息自動(dòng)通知給相關(guān)人員，有效地解決傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)大量人工監(jiān)控資源投入，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)安全自動(dòng)監(jiān)控，預(yù)警信息實(shí)時(shí)推送，使得視頻圖像監(jiān)控與業(yè)務(wù)應(yīng)用有效結(jié)合，充分體現(xiàn)人工智能技術(shù)為水電站安全管理切合實(shí)際的落地應(yīng)用，全面提升相關(guān)業(yè)務(wù)部門的工作效率，節(jié)省人工成本，同時(shí)逐步提升業(yè)務(wù)管理真正智能化應(yīng)用。

2 系統(tǒng)解決的問題

（1）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)不間斷自動(dòng)監(jiān)控識別水電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對壩前漂浮物及壩前水位進(jìn)行實(shí)時(shí)在線識別，及時(shí)預(yù)警，解決傳統(tǒng)人工巡檢不連續(xù)、不及時(shí)問題。

（2）廠房內(nèi)設(shè)備較多，有多個(gè)視頻監(jiān)控點(diǎn)，人工無法逐一監(jiān)控到位，自動(dòng)識別能夠有效解決這些問題。

（3）解決人工監(jiān)控異常情況全憑經(jīng)驗(yàn)，缺乏統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)，也無異常提醒的問題。

（4）解決水電站內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)脫離，大量視頻監(jiān)控信息無法直接有效為決策提供支撐的問題。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

龍江水電工程安全巡查識別系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

圖像數(shù)據(jù)源層主要實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目選取的視頻站圖像統(tǒng)一自動(dòng)接入到本系統(tǒng)。

中心應(yīng)用層包括基礎(chǔ)環(huán)境服務(wù)、存儲服務(wù)、支撐服務(wù)及應(yīng)用服務(wù)等內(nèi)容。

基礎(chǔ)環(huán)境服務(wù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及計(jì)算硬件資源配置，圖像接收軟件和消息中間件應(yīng)用等。

數(shù)據(jù)存儲服務(wù)主要實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)庫和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)建設(shè)，圖像數(shù)據(jù)庫用于存儲同步過來的圖像信息和圖像識別結(jié)果展示圖片信息；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫主要用于存儲識別的成果數(shù)據(jù)、預(yù)警信息、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息等。

支撐服務(wù)為系統(tǒng)中樞，是為系統(tǒng)的運(yùn)行提供中間服務(wù)支撐，包括模型調(diào)用服務(wù)、預(yù)警分析引擎服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)、GIS調(diào)用服務(wù)等。

應(yīng)用服務(wù)為系統(tǒng)應(yīng)用核心，依托圖像識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)水電工程安全巡查圖像識別服務(wù)、預(yù)警分析及推送服務(wù)、數(shù)據(jù)過程分析服務(wù)、站點(diǎn)模型專屬場景訓(xùn)練服務(wù)和系統(tǒng)運(yùn)行管理服務(wù)等。

用戶層依據(jù)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)不同角色的用戶應(yīng)用，包括業(yè)務(wù)管理人員、輔助單位業(yè)務(wù)人員、管理員等。

3.2 系統(tǒng)主要應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.2.1 綜合監(jiān)視預(yù)警

綜合監(jiān)視分析將結(jié)合智能圖像識別分析實(shí)現(xiàn)對水電工程內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，水電站壩前水位，及是否存在垃圾漂浮物等場景進(jìn)行綜合監(jiān)控分析，并對結(jié)果進(jìn)行預(yù)警提醒和推送，結(jié)合時(shí)間和空間進(jìn)行數(shù)據(jù)過程分析。

（1）設(shè)備異常識別：利用圖像識別技術(shù)，構(gòu)建龍江水電站內(nèi)部設(shè)備異常識別模型，通過模型建立，能夠自動(dòng)識別設(shè)備是否存在漏水、漏油、冒煙、火花等異常狀況，通過界面能夠查詢設(shè)備安全識別的圖像及識別成果信息。

（2）壩前水位及漂浮物識別：利用圖像識別技術(shù)，構(gòu)建龍江水電站水位智能識別模型，通過模型建立，能夠自動(dòng)識別水位對應(yīng)的水尺及水位當(dāng)前高程位置，判斷水位預(yù)警級別，同時(shí)構(gòu)建漂浮物智能識別模型，對壩前出現(xiàn)垃圾漂浮物進(jìn)行智能識別預(yù)警。

（3）預(yù)警及信息推送：針對系統(tǒng)自動(dòng)識別的結(jié)果，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)漏水、漏油、冒煙等異常狀況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警信息，當(dāng)自動(dòng)識別的水位高程達(dá)到設(shè)定的預(yù)警高程，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警信息，當(dāng)識別垃圾漂浮物嚴(yán)重程度超過設(shè)定的限制時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警信息，并進(jìn)行不同顏色的標(biāo)注。

針對每個(gè)視頻點(diǎn)分析結(jié)果，如果產(chǎn)生預(yù)警信息，系統(tǒng)自動(dòng)將預(yù)警信息通過短信或微信發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人，責(zé)任人可及時(shí)處理預(yù)警信息。

圖2 智能識別分析成果示意圖

3.2.2 綜合業(yè)務(wù)分析

綜合業(yè)務(wù)分析實(shí)現(xiàn)對歷史預(yù)警信息的分類統(tǒng)計(jì)、模型識別準(zhǔn)確性及圖像數(shù)據(jù)獲取狀態(tài)等信息綜合分析。

（1）歷史預(yù)警分析：針對各站點(diǎn)預(yù)警發(fā)生次數(shù)、通知情況等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，制定測站預(yù)警排序分析，繪制預(yù)警分析圖，從而了解各站點(diǎn)易發(fā)生預(yù)警的分布，針對高預(yù)警頻次站點(diǎn)重點(diǎn)分析其預(yù)警原因，以提高預(yù)警準(zhǔn)確度。

（2）識別準(zhǔn)確度分析：針對各個(gè)站點(diǎn)自動(dòng)識別結(jié)果可信度，通過其變化趨勢了解模型分析穩(wěn)定性及結(jié)果的可信度變化，針對異常波動(dòng)情況，及時(shí)確認(rèn)實(shí)際情況，保證模型分析計(jì)算準(zhǔn)確。

（3）圖像獲取狀態(tài)分析：保證每一個(gè)站點(diǎn)的視頻圖像信息能夠及時(shí)獲取到，需要對各視頻點(diǎn)獲取視頻圖像信息狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)列表及圖形展示當(dāng)前全部視頻站點(diǎn)的狀態(tài)，包括正常和異常，對異常站點(diǎn)能夠提供站點(diǎn)名錄，及時(shí)通知相關(guān)人員調(diào)整完善。

3.2.3 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)用戶、角色、權(quán)限配置等平臺性功能管理，同時(shí)為系統(tǒng)各類基礎(chǔ)信息和配置信息提供維護(hù)和配置管理，保障系統(tǒng)正常運(yùn)行各類基礎(chǔ)性信息的維護(hù)。

4 小結(jié)

云南龍江水電工程智能安全巡查識別系統(tǒng)建設(shè)將有效彌補(bǔ)龍江水電站智能安全巡查管理的不足，利用先進(jìn)的技術(shù)支撐，為水電站安全巡查的智能化、精細(xì)化管理提供輔助支撐，全面提高龍江水電站巡查管理效率，實(shí)現(xiàn)智能化與實(shí)際業(yè)務(wù)的充分結(jié)合，全面提升安全巡查管理整體能力。