電力作業風險智能預警設計與實現

摘要：安全生產是保障勞動者人身安全和國家財產安全的重要方式。在電力生產過程中，需要通過有效的安全措施，確保電力作業人員的人身安全和電網設備安全，使電網系統持續、穩定地輸出電能。鑒于此，文章對電力作業風險智能預警的設計與實現進行了研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

關鍵詞：電力作業；風險預警；設計；實現

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.017

中圖分類號：TM 73" " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： Safe production is an important way to ensure the personal safety of workers and the safety of national property. In the process of power production， effective safety measures need to be taken to ensure the personal safety of power operators and the safety of power grid equipment， so that the power grid system can continuously and stably output electrical energy. In view of this， this article studies the design and implementation of intelligent early warning for power operation risks， and attempts to provide effective and feasible suggestions.

Key words： electric power operation; risk early warning; design; realization

電力設備狀態會影響整個電網系統運行的穩定性。電力作業施工常常處于高空、近電、帶電等復雜環境中，對現場作業人員的專業技能和職業素養提出較高要求。如果安全監督工作不到位，容易發生人身安全事故，給電力企業造成嚴重損失。目前，隨著科學技術的不斷發展，在視頻監控、5G網絡、自動化等技術的支撐下，可實現對電力作業現場的遠程監控管理。因此，本文基于5G網絡、自組網和邊緣計算技術，設計了一種電力作業風險智能預警系統。其能夠通過視頻監控完成數據采集、傳輸、交互等功能，為電網環境監測、人員生命體征監測等多源數據的融合應用提供技術支撐，從而提高電力作業安全風險管控水平，保障電力作業人員的人身安全。

1" 電力作業風險場景設計

隨著我國電網規模的不斷擴大，電網覆蓋面積越來越廣，對于電網運行的安全性和穩定性要求也逐步提高。在電網設備運行維護中，需要對損耗高、老化嚴重的電網設備進行定期的檢查。在城市電網線路檢修中，為了避免停電檢修造成的負面影響，經常需要帶電或者近電操作。帶電作業雖然可以保障電力供應的穩定性，但是在一定程度上也增加了電力作業風險。為了確保電力作業人員的人身安全，提高電力作業效率，需要對電力作業風險進行有效控制[1]。

安全生產是電力企業關注的焦點之一。由于在電力作業過程中，受人員、設備、環境等因素影響，其中一個環節出現不安全風險，都可能會導致電力作業事故。根據造成的后果嚴重程度，本文將電力作業風險分為5個等級，具體如表1所示。

應根據不同的風險等級，對現場作業人員進行有針對性的防護管理。一級風險中需要派專人進行現場指導和安全監督。對于重點作業程序和時段，應由公司分管副職或者副總工程師到崗檢查。二級風險由主管部門負責人或者委托負責人到崗指導、檢查以及安全監督[2]。三級風險需要上級單位部門負責人或者委托技術人員到崗指導、檢查和安全監督。四級風險需暫停作業，由公司負責人組織分析作業危險，并采取預防措施后開展工作。五級風險不得進行電力作業，必須通過有效的組織和技術措施降低為四級風險后才可以實施作業。

2" 電力作業風險智能預警系統的設計

本文設計的電力現場作業風險智能預警系統，可以對電網設備狀態、作業行為、運行環境等進行監控預警，包括越線闖入、未佩戴安全帽、未穿防護服、未穿戴絕緣手套、人員倒地等行為進行監控[3]。為滿足電力作業風險識別和科學應急救援的需求，解決電力作業風險精準識別難度大、作業安全防控隱患多、智能決策支撐技術弱等難題，本文圍繞耦合驅動、風險識別、精準預警、智能決策等方面，開展了系統研發與工程示范應用，為安全管理、科學救援提供技術支撐。詳細設計如下。

2.1 架構設計

該系統采用分層架構設計，包括展現層、功能層、數據層。展現層與瀏覽器連接，可以實現監控數據的可視化顯示及功能操作。功能層提供安全監測、事故分析、預警分析和風險評價功能，實現設備監測、事故識別、事件分析和風險預警、信息反饋等功能。數據層作為底層架構，主要實現數據存儲、模型設計和知識特征信息儲備等功能，為系統運行提供基礎支撐。系統硬件由5G通信裝置（高清攝像頭）、GPS定位裝置、氣體檢測裝置、TF卡、紅外裝置、供應電池等組成，具有無線傳輸、安裝快捷、聯動報警等特點，主要用于電力作業現場安全生產管控、突發事件應急指揮等應用場景[4]。系統架構如圖1所示。

2.2 功能設計

采用視頻監控設備對電力作業現場進行實時監控，基于深度學習的目標檢測、分類及分割算法，可對作業區域的人員安全帽佩戴情況進行自動識別報警[5]。支持視頻、圖像分析，可以識別多種顏色，支持多人識別和多角度精準識別，并將采集到的視頻數據信息實時轉換為視頻流，上傳至AI邊緣計算設備中。

2.2.1 AI邊緣計算設備

AI邊緣計算設備內置數據分析處理模塊，對視頻流數據進行解碼，傳輸到算法模型中進行二次計算處理。此外，吸煙識別算法可以對目標進行檢測、跟蹤，對作業區域內人員吸煙行為進行自動識別。安全帶識別算法對危險作業區域的人員是否佩戴安全帶進行自動識別，尤其是在高空作業未佩戴安全帶場景中，若檢測到未佩戴安全帶，系統會發出警報。電力塔桿倒伏報警是通過人工智能視覺技術自動識別電力桿塔是否處于直立狀態實現的。如果監控中發現異常，平臺會自動顯示報警信息，并按需發送報警提醒[6]。

2.2.2 無線防爆布控球裝置

該裝置可實時監控作業人員及作業現場情況。監控中心與作業人員可通過語音對講，掌握現場作業情況。該裝置支持TF卡，對現場視頻、數據可進行存儲。運用GPS/北斗定位功能準確定位具體位置，如作業人員發生意外情況，可精準定位施救地理位置[7]。

2.2.3 氣體檢測裝置

通過該裝置監護人員可實時查看氣體檢測數據，當現場環境檢測發現超限值時，可以發出聲光報警。監護人員看到發光報警或聽到報警聲音后，可以及時采取防護措施。報警會同發送給監控中心和監護人員[8]，遠程監控中心的客戶端、監護App軟件會同時進行報警聯動，通過聲音提醒、彈出報警信息、現場實時視頻等方式，讓監控中心實時掌握現場情況，并根據事故情況采取應急預案。

3" 電力作業風險智能預警系統的應用

該電力作業風險智能預警系統利用作業現場氣象、環境、人員生命體征等監測設備，對監控數據進行實時采集，基于山東省重點研發計劃課題研究成果“典型作業多源要素全域耦合風險識別模型”，實現對作業環境風險、氣象風險、人員風險的快速識別和風險報警，主要包括作業狀態監控、作業風險報警兩大功能[9]。作業狀態監控對作業現場氣象、環境、人員生命體征數據進行多維度分析，可全面監控現場氣象環境狀態和人員作業狀態。作業風險報警通過多源要素耦合風險識別模型，計算得出作業現場風險點和風險等級，并實現風險自動報警提示。

此外，接入氣象短臨、短期、中期預報數據，通過典型作業多源要素全域耦合風險預警技術，可以實現對作業氣象風險、環境風險、人員風險的預警，并根據作業窗口期提前預報，主要包括作業風險預警、作業窗口期預報兩大功能。作業風險預警針對作業現場某一段時間內可能發生的突發氣象災害風險、作業環境風險或人員風險進行提前預報，可以自動觸發預警、生成預警提示信息[10]。作業窗口期預報是安排作業計劃時利用短期、中期預報數據，驅動作業條件指數預報模型，針對每個作業點位、作業類型實現作業條件分級預報。通過多維動因要素耦合驅動智能輔助決策技術，面向典型作業風險處置場景，實現信息靶向發布、應急資源分析、處置方案推薦、處置動態跟蹤等功能。信息靶向發布是基于作業風險處置預案或安全管理規程，實現定制化處置指令發布。應急資源分析是基于事先配置的應急資源與突發事件的關聯關系，實現事件發生后對附近應急資源可用性的分析。智能處置方案是基于電力作業風險處置方案智能推薦算法，根據事件分類標準、同類事件不同影響程度等，完成風險處置方案的推薦。處置動態跟蹤是對作業現場突發事件，記錄觸發、分析和處置信息，通過可視化界面展示給監控人員。

4" 結束語

綜上所述，隨著智能電網的快速發展，電力設備運行狀態對供電可靠性具有直接影響，電網系統維護管理工作已成為關注焦點。因此，針對電網作業的特點，設計研發一種智能預警系統，對作業人員的操作行為和作業環境進行監控，能夠快速評估作業風險，采取有效的措施降低安全風險，確保電力企業安全生產。

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