基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

張思遠(yuǎn)，朱成亮，過佳平，聞飛翔，周 剛

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

變電站是電力系統(tǒng)的主要運(yùn)行單位，由于電力資源在社會(huì)中的特殊應(yīng)用地位，其穩(wěn)定持續(xù)工作是變電站工作的首要目標(biāo)[1]。在變電站現(xiàn)場作業(yè)過程中，違章對電力生產(chǎn)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此一定要嚴(yán)格操控，防患于未然，充分依托于安全管理的保障體系和監(jiān)督體系，盡量減少這種危險(xiǎn)狀況的發(fā)生[2]。變電運(yùn)檢現(xiàn)場的管控首先取決于人員的安全意識(shí)、技術(shù)技能水平等多方面因素。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，影響檢修現(xiàn)場安全的主要原因源于作業(yè)人員不規(guī)范行為，文章介紹了通過基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)的應(yīng)用，有效對現(xiàn)場人員行為性違章進(jìn)行管控，同時(shí)提高人員安全責(zé)任意識(shí)，提升現(xiàn)場本質(zhì)安全，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 現(xiàn)場安全現(xiàn)狀

因作業(yè)需求，在現(xiàn)場除班組成員外還有廠家人員參與作業(yè)，由于作業(yè)人員在安全意識(shí)上存在較大的差異，導(dǎo)致現(xiàn)場違章管控問題較難解決。現(xiàn)階段安全監(jiān)察通過現(xiàn)場稽查和遠(yuǎn)程視頻稽查實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)場稽查存在檢查時(shí)效性較差的問題， 遠(yuǎn)程視頻稽查雖能做到全過程視頻監(jiān)控，但存在人員視覺疲勞、不能及時(shí)互動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)因素。公司在推進(jìn)“運(yùn)檢合一”作業(yè)模式下，如何提升變電作業(yè)現(xiàn)場安全管控能力已成為當(dāng)下新的挑戰(zhàn)。

2 安全隱患排查

為加強(qiáng)變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管理，強(qiáng)化人員安全意識(shí)，避免因安全生產(chǎn)未落穩(wěn)、采取措施不全面引起的各類安全責(zé)任性事故，全面提高作業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)管控能力，嘉興供電公司針對現(xiàn)場作業(yè)違章問題開展專項(xiàng)安全稽查調(diào)研工作。

數(shù)據(jù)顯示，從2020年1月至2020年12月通過專項(xiàng)稽查對變電運(yùn)檢現(xiàn)場進(jìn)行違章類型匯總，結(jié)果表明變電運(yùn)檢現(xiàn)場的行為性違章占比較大，具體如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場違章數(shù)量對比圖

從分析中發(fā)現(xiàn)，行為性違章占比高達(dá)96%，強(qiáng)化現(xiàn)場人員管理，增強(qiáng)作業(yè)安全管控勢在必行。

3 原因分析

從目前現(xiàn)狀實(shí)際情況分析，變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控難的問題主要存在于以下幾點(diǎn)。

如今大型綜合檢修作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)人員組成較雜，有本單位職工、外來廠家人員等，現(xiàn)場作業(yè)人員的安全意識(shí)差距較大，尤其是外來人員安全意識(shí)較為薄弱。

變電運(yùn)檢現(xiàn)場作業(yè)點(diǎn)多、作業(yè)面廣，容易出現(xiàn)各專業(yè)相互配合不足等問題，安全管控難度較大。

現(xiàn)階段安全監(jiān)督工作主要依賴于人工操作，可能存在人員疲勞、視野盲區(qū)等問題，難以對每一項(xiàng)現(xiàn)場作業(yè)做到全流程、全方位的安全管控。

從以上分析原因來看，僅通過人工管制難以滿足對變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全實(shí)現(xiàn)“全方位，智能化”的管控效果，使現(xiàn)場安全水平提升面臨巨大挑戰(zhàn)。

4 治理措施

從近幾年的現(xiàn)場安全稽查情況來看，當(dāng)前變電運(yùn)檢作業(yè)現(xiàn)場還存在著一定數(shù)量的違章及不規(guī)范行為。為減少人員違章的安全隱患，提升現(xiàn)場安全管控能力，公司開發(fā)出基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過感知層實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員動(dòng)態(tài)的捕獲，通過平臺(tái)層實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)數(shù)據(jù)的采集及傳輸，通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場違章行為的記錄及反饋，三層構(gòu)架環(huán)環(huán)相扣，嚴(yán)防現(xiàn)場違章行為的發(fā)生，使得現(xiàn)場安全達(dá)到“可控、在控、不失控”的目標(biāo)。

基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)總體架構(gòu)中感知層、平臺(tái)層和應(yīng)用層3層架構(gòu)體系，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

感知層：主要為前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備，由包括監(jiān)控槍機(jī)、三維激光設(shè)備、跟蹤球機(jī)等感知型裝置組成。

平臺(tái)層：主要包括變電站三維實(shí)景模型和人工智能分析平臺(tái)。

應(yīng)用層：主要包括智能監(jiān)測、智能預(yù)警、智能管理等功能的可視化應(yīng)用。

4.1 感知層結(jié)構(gòu)

4.1.1 監(jiān)控槍機(jī)

主要感知工作區(qū)域出入口的過道圖像信息，可以收集經(jīng)過人員數(shù)量、安全帽佩戴、工作服穿著等信息。

4.1.2 三維激光設(shè)備

主要采集作業(yè)區(qū)人員動(dòng)作、安全工器具、登高車輛等的空間和圖像數(shù)據(jù)，協(xié)助實(shí)現(xiàn)對長梯搬運(yùn)、登高系扣安全帶等行為的實(shí)時(shí)判別。

4.1.3 跟蹤球機(jī)

當(dāng)有行為被判定為違規(guī)行為時(shí)，球機(jī)將啟用語音會(huì)話裝置輸出相關(guān)語音信息并啟用視頻錄制功能錄制相關(guān)畫面。

4.2 平臺(tái)層結(jié)構(gòu)

4.2.1 三維實(shí)景模型

三維實(shí)景模型建立：首先對變電站進(jìn)行全站激光掃描和拍照，通過數(shù)據(jù)匹配，建立三維實(shí)景空間模型。

實(shí)景模型數(shù)據(jù)化：對三維模型中的所有電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)化、部件化，如1#主變壓器、2#主變壓器等，使其具有雙重命名。

4.2.2 人工智能分析

算法建立：針對各作業(yè)區(qū)域，通過實(shí)際操作，獲取大量現(xiàn)場作業(yè)視頻圖像，錄入人工智能主機(jī)中學(xué)習(xí)，建立獨(dú)特的人工智能算法。經(jīng)過學(xué)習(xí)后主機(jī)的對現(xiàn)場行為展開對比和分析，能夠準(zhǔn)確判定現(xiàn)場違規(guī)行為。

信息傳輸：將主機(jī)判定為違規(guī)行為的信息傳輸至跟蹤球機(jī)，由其做出針對性反應(yīng)，同時(shí)對違規(guī)行為的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)等信息通過跟蹤球機(jī)進(jìn)行記錄并反送回主機(jī)。

4.3 應(yīng)用層結(jié)構(gòu)

4.3.1 智能監(jiān)測

通過感知層采集的數(shù)據(jù)及平臺(tái)層算法的分析可以對作業(yè)人員是否超范圍工作、作業(yè)區(qū)內(nèi)人員是否正確佩戴安全帽、人員或機(jī)具與帶電體是否保持規(guī)定的安全距離、作業(yè)完成后現(xiàn)場是否清理干凈等內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別從而達(dá)成對現(xiàn)場違規(guī)行為的智能監(jiān)測。

4.3.2 智能預(yù)警

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到違規(guī)行為時(shí)，可以通過離作業(yè)人員最近的跟蹤球機(jī)通知和警告現(xiàn)場人員，及時(shí)采取糾正措施，改正行為及狀態(tài)。

4.3.3 智能管理

在對違章行為預(yù)警過程中，跟蹤球機(jī)自動(dòng)錄制該時(shí)間段現(xiàn)場作業(yè)視頻并反送回主機(jī)，同時(shí)在系統(tǒng)頁面上提示并展示該段視頻，便于管理人員查看違規(guī)具體狀態(tài)信息。

5 治理成效

通過基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)的應(yīng)用，針對電力現(xiàn)場作業(yè)行為，可以對違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行智能監(jiān)測和預(yù)警，有效減輕了安監(jiān)人員的管控壓力，使人員疲勞監(jiān)管、視頻視野盲區(qū)等問題得到有效緩解，同時(shí)通過其智能管理使得現(xiàn)場作業(yè)人員安全意識(shí)極大提升，自我保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，并且加強(qiáng)了各檢修班組間的協(xié)作配合度，使得現(xiàn)場安全管控深入人心。

嘉興供電公司通過應(yīng)用基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)，在2021年期間通過現(xiàn)場及遠(yuǎn)程稽查等方式對變電運(yùn)檢現(xiàn)場進(jìn)行安全檢查匯總統(tǒng)計(jì)，作業(yè)現(xiàn)場的人員違章行為大幅減少，具體如圖3所示。

圖3 違章數(shù)量對比圖

從以上匯總情況分析，現(xiàn)場行為性違章由2020年度的56起下降到2021年度的21起，下降比例高達(dá)63%，通過基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)的應(yīng)用，做到及時(shí)監(jiān)察、警告、制止、整改、學(xué)習(xí)，達(dá)到變電現(xiàn)場作業(yè)安全可靠的目的，使現(xiàn)場作業(yè)人員違章的問題得到有效管控，治理成效明顯。

6 改進(jìn)措施

當(dāng)前雖成功應(yīng)用了基于人工智能的變電運(yùn)檢現(xiàn)場安全管控系統(tǒng)，但目前尚存不足之處。

由于該系統(tǒng)對行為大數(shù)據(jù)的積累尚有欠缺，在視角狹小區(qū)域?qū)`章行為判斷存在模糊邊界，須要在日后的使用實(shí)踐中對該方面重點(diǎn)加以積累、分析，便于系統(tǒng)在任何條件下均能作出正確判斷。

目前，該系統(tǒng)僅在部分變電站開展實(shí)質(zhì)應(yīng)用。嘉興供電公司計(jì)劃將該系統(tǒng)逐步推廣，爭取對所轄變電站實(shí)現(xiàn)智能全覆蓋，做到轄區(qū)內(nèi)作業(yè)安全“無死角”的管控模式，達(dá)到作業(yè)現(xiàn)場安全“可控、在控、不失控”的目標(biāo)。