一種空分裝置液體產品裝車站智能檢測與預警系統的設計與應用

摘要：近年來隨著工業氣體使用量越來越大，產生了大量BOO模式的工業氣體運行工廠。其中一部分以管道氣送客戶使用，其余的以液體形式銷售。空分裝置生產的液氧超過一定規模就被認為是重大危險源，空分裝置液體產品裝車站智能檢測與預警系統能實時檢測裝車區實際情況，通過裝車區攝像頭實時分析操作人員的操作規程是否符合操作規范，并根據規范的裝車流程進行提示，對異常行為進行聲光報警提示，對于重大危險行為提醒監控中心的監管人員介入操作，能有效化解風險，提高裝置的可靠性。

關鍵詞：BOO模式；裝車站；智能檢測；預警

一、前言

空分裝置液體產品裝車站智能檢測與預警系統由實時可視化預警平臺、算法分析平臺、數據中心和管理后臺組成。

實時可視化預警平臺：能實時直播充裝區部署的攝像頭畫面，支持查看充裝區的實時現狀。與算法分析平臺對接，通過裝車區攝像頭實時分析操作工人的操作規范，對不符合操作規程的操作人員進行預警提示，必要時監管人員介入操作。具有統計分析功能，支持對裝車的異常行為及不規范操作進行可視化統計分析。實時聯動預警，支持監控大屏、車間大屏、App（同局域網內）、后臺數據庫等同步和聯動。

算法分析平臺：智能檢測整個裝車過程，以及完整的裝車流程。裝車管控算法不低于90%，從車輛進門到裝車結束整個過程的應急事件的報警和人員規范、人身安全的檢測準確率不低于90%。算法識別異常時發送后臺，進行可視化展示。

數據中心：數據的存儲與管理，采用高可靠性的存儲系統，如磁盤陣列（RAID）、分布式文件系統等，進行用戶數據、應用程序數據、數據庫、文件系統的存儲。安全和數據保護，對儲存的數據實時保護，包括物理安全措施、網絡安全措施及數據的備份和加密。能源管理及節能，采用高效服務器和設備，優化空調和冷卻設備從而降低能耗。

管理后臺：管理用戶、設備、裝車操作流程。支持自定義配置系統的組織、權限、外觀、菜單、用戶基本信息、設備權限、組織崗位、角色等功能。支持告警自定義、告警記錄查詢、告警記錄處理、告警記錄分析、模式管理和數據分析功能。支持用戶及權限管理，可自由添加用戶并授權不同的裝車區和設備。支持裝車區及設備管理，在管理后臺中進行設備的入庫管理，并設置對應的裝車位置，可準確實時地監控裝車區的裝車情況。支持各設備的聯網運維檢測，對預警歷史記錄查詢等功能。

二、空分裝置液體產品裝車站智能檢測和預警系統的功能和實施范圍

液體充裝站智能檢測和預警系統由高清攝像機實時拍攝現場圖片，算法服務器通過對接視頻服務器獲取現場視頻，通過智能化分析裝車過程是否規范、是否存在安全隱患以及隱患預測，向應用服務器返回分析結果。應用服務器接收到算法結果之后，根據結果對不規范行為、不安全因素進行預警，降低因操作失誤導致的安全事故發生的概率[1]。

系統上線初期運行通過人工檢查正常進行，AI智能檢查與人工檢測進行比對復核。系統運行穩定后，采用無人值守全智能運行，無需人工檢查。涉及的重點檢查識別項如下：

（一）裝車過程監測

容積和壓力檢測：智能識別罐體液面計刻度和壓力表刻度。

罐體識別：智能識別罐體涂色和標志。

泄漏溢出檢測：進行罐車的泄漏、溢出檢測。

規范停車：智能分析槽車是否按序停放、位置是否合理。

充裝流程監測：槽車防滑、充裝警示牌放置車前、車輛熄火、靜電接地、鑰匙交接監測。

行為規范檢測：佩戴勞動保護用品、安裝充裝軟管、設備歸位監測。

車牌檢測：自動識別槽車車牌，并留存照片，與業務單據關聯。

（二）充裝檢測

整個充裝過程中，應急事件報警、人員行為規范和人身安全監測。

安全帽和工作服監測：在充裝區進行安全帽佩戴和工作服著裝檢測。

勞保用品佩戴監測：充裝員在充裝時需規范佩戴勞保用品。

煙火檢測：煙霧、火患等應急事件監測。

三、總體框架設計

（一）系統的組成

空分裝置液體充裝站智能監測與預警系統，由前端攝像機實時拍攝現場圖片，算法服務平臺通過接收現場視頻，然后通過智能化分析裝車過程是否規范、是否存在安全隱患以及隱患預測，向應用平臺返回算法分析結果。應用平臺接收到算法平臺分析結果之后，根據分析結果對不規范行為、不安全因素進行預警，降低因操作失誤導致的安全事故發生概率。

（二）現場攝像頭

在氧氣、氮氣、氬氣裝車區域靠近儲罐一側按照4個車位各安裝攝像頭5套。在車尾位置安裝攝像頭，用于拍攝車尾情況。在車頭位置安裝攝像頭，用于拍攝車頭情況。在車身和軟管的位置，每側安裝攝像頭，用于拍攝裝車流程及設備情況。在稱重計量區安裝1個攝像頭用于識別車牌和拍照。在一道門檢查區安裝4個攝像頭用于將來替代人工檢查。

四、網絡結構圖

空分裝置液體充裝站智能監測與預警系統網絡部署結構如圖1所示。

現場實施環境：電源和網絡由現場機柜間引出，網絡和服務器部署在現場機柜室。

五、系統功能

（一）數據采集模塊

數據采集模塊負責從危化品裝卸區的各類傳感器、視頻監控設備等獲取實時數據，并通過物聯網技術將數據上傳到平臺。數據采集模塊應按照《危險化學品安全生產風險監測預警系統數據接入規范》要求，接入基礎數據、實時監測數據、視頻監控數據等[2]。

（二）數據處理模塊

數據處理模塊負責對采集到的數據進行清洗、校驗、轉換、存儲等操作，保證數據的質量和完整性。數據處理模塊應按照《危險化學品安全生產風險監測預警系統數據質量管理辦法（試行）》要求，對數據進行真實、即時、完整、規范、準確的管理。

（三）數據分析模塊

數據分析模塊對處理后的數據進行分析和挖掘，利用大數據和人工智能等技術，對危化品裝卸區的安全風險進行動態評估和預測。數據分析模塊應按照《危險化學品安全生產風險監測預警系統分級巡查抽查管理辦法（試行）》要求，對危化品裝卸區的安全風險進行紅、橙、黃、藍四級劃分，分別對應重大風險預警、較大風險預警、一般風險預警、低風險預警。

（四）預警管理模塊

預警管理模塊根據數據分析模塊的結果，生成相應級別的預警信息。預警管理模塊應按照《危險化學品安全生產風險監測預警系統預警信息處置管理辦法（試行）》要求，對預警信息進行發送、整改、反饋、督辦等處置工作，實現預警信息有效、及時處置和閉環管理。

（五）可視化管理模塊

該模塊負責將數據采集、數據處理、數據分析和預警管理等模塊的結果以圖表、報表等形式進行可視化展示，為企業和監管部門提供直觀、便捷的安全風險管控界面。可視化展示模塊應按照《危險化學品安全生產風險監測預警系統信息通報制度（試行）》要求，對危化品裝卸區的安全風險情況進行定期或不定期通報。

六、管理后臺

為保證系統正常運行，方便用戶查詢需要的信息，結合系統需求，對用戶、設備、操作流程進行管理。對系統的組織、權限、外觀、菜單、用戶基本信息、設備權限、組織崗位、角色等進行配置。支持告警定義設置、告警記錄查詢、告警記錄處理、告警記錄分析、模式管理及數據分析功能、設備聯網運維監測。管理后臺主要分為用戶及權限管理、裝車區及設備管理、視頻直播與回放、預警歷史記錄查詢4個主要子模塊。

第一，根據客戶需要，自由添加用戶并進行授權，對不同的裝車區以及設備進行管控。

第二，裝車區現場設備安裝完成之后，在管理后臺中進行入庫管理，并設置對應的裝車位置，以便準確、實時地掌握裝車區的裝車情況、設備運行情況。

第三，系統設備以攝像頭為主，現場的視頻數據采集后保存至服務器內，并分發給客戶端進行實時直播展示，同時可對已保存的視頻數據回放，進行視頻流管理及IOT數據管理。

第四，系統對現場識別出來的預警異常進行記錄，方便管理人員查看操作工人的異常或不規范操作，避免后續安全事故的發生。

七、實施預警可視化平臺

為保證監控中心的監管人員能實時查看裝車現場操作工的行為操作，并及時響應異常行為監管，在監控中心設置實時預警可視化平臺。對接入的攝像頭的監測數據進行實時顯示和智能聯動分析[3]。

通過裝車區部署的攝像頭實時直播畫面，查看裝車區的現狀。

第一，算法分析平臺拉取裝車現場操作視頻，實時分析操作工人是否根據規范的裝車流程進行操作，如發現異常行為，及時發送消息至可視化平臺，通知并提醒監控中心的監管人員進行介入操作。

第二，對裝車的異常行為及不規范操作進行統計分析。

八、數據中心

系統將用戶操作的數據、現場視頻采集的數據、算法分析平臺產生的數據統一放置數據中心進行管理，平臺后端基于此開放對應的接口API提供給各個子系統使用，同時也能保證后續其他系統的接入。

數據中心安全以數據為核心，從數據的訪問、使用、破壞、修改、丟失、泄漏等多方面維度展開，一般來說包括以下幾個方面。

物理安全：主要指數據中心機房的安全，包括機房的選址、機房場地安全、防電磁輻射泄漏、防靜電、防火等內容。

網絡安全：指數據中心網絡自身的設計、構建和使用以及基于網絡的各種安全相關的技術和手段，如防火墻、IPS、安全審計等。

系統安全：包括服務器操作系統、數據庫、中間件等在內的系統安全，以及為提高這些系統的安全性而使用安全評估管理工具所進行的系統安全分析和加固。

數據安全：數據的保存以及備份和恢復設計。

信息安全：完整的用戶身份認證、安全日志審計跟蹤，以及對安全日志和事件的統一分析和記錄。

數據存儲和管理：數據中心提供大規模的存儲設施，用于存儲和管理大量的數據。

采用高可靠性的存儲系統針對不同的數據類型、規模、場景和需求，可以選擇不同的磁盤陣列（RAID）和分布式文件系統來實現數據存儲的解決方案。

用戶數據：通常包括用戶的個人信息數據，這些數據需要保證高可用性、安全性和一致性。使用RAID來提供數據的鏡像備份，防止數據丟失或損壞。文件系統HDFS可以實現數據的水平擴展和負載均衡，提高數據的訪問速度和容錯能力。

應用程序數據：通常包括應用程序的配置、狀態、日志等，這些數據需要保證高性能、可擴展性和可維護性。使用RAID提供數據的條帶化存儲，提高數據的讀寫性能。分布式文件系統GlusterFS或者MooseFS可以實現數據的動態擴展和自動修復，提高數據的可用性和管理性。

數據庫：數據庫通常包括結構化或者半結構化的數據，這些數據需要保證高效率、查詢性和分析性。使用RAID來提供數據的校驗信息存儲，提高數據的可靠性和恢復能力。分布式數據庫MongoDB或者Cassandra可以實現數據的分片存儲和索引查詢，提高數據的處理能力和查詢效率。

文件系統：通常包括各種類型和格式的文件，這些文件需要保證高容量、存取性和共享性。使用RAID提供數據的冗余存儲，提高數據的安全性和穩定性。分布式文件系統NFS或者Samba可以實現數據的遠程訪問和網絡共享，提高數據的互操作性和協作性。

備份和復原策略：建立全面的備份策略，包括定期備份數據至離線存儲設備或云存儲，以便在數據損壞或丟失時進行數據恢復。使用RAID等數據冗余技術防止硬盤故障引起的數據丟失。

能源監控和管理：部署能源監控和管理工具，以實時跟蹤能源使用情況，發現能源浪費并采取適當的措施。

第一，采用高效服務器，達到良好的能效優化。

第二，安裝資源監控和管理工具，以實時跟蹤資源使用情況，發現資源浪費并采取適當的措施。

第三，使用虛擬化技術來合并工作負載，以減少不必要的硬件使用。

九、算法分析平臺

系統根據不同的裝車區，不同的攝像頭，對操作工人的異常行為、裝車流程中的操作步驟進行實時計算分析，全程保證現場的裝車安全。如發現異常行為或操作不當時，系統及時發送消息至數據中心，由數據中心通知監管人員及現場操作工人。

十、結語

空分裝置液體產品裝車站智能檢測與預警系統能有效防止人員入侵、違規操作，對其他危險違規行為進行監測與自動預警。通過智能視頻技術助力企業安全生產，及時發現安全隱患，提高管理水平，運用人工智能與人力協同的方式提高監管效率、解放人力，推進行業健康可持續發展。

參考文獻

[1]中華人民共和國應急管理部辦公廳.應急管理部辦公廳關于印發《化工園區安全風險智能化管控平臺建設指南（試行）》和《危險化學品企業安全風險智能化管控平臺建設指南（試行）》的通知[R/OL].（2022-02-09）.https：//www.mem.gov.cn/gk/zfxxgkpt/fdzdgknr/202202/t20220209_407680.shtml.

[2]中華人民共和國工業和信息化部，國家標準化管理委員會.兩部門關于印發《工業互聯網綜合標準化體系建設指南（2021版）》的通知[R/OL].（2021-12-24）.https：//wap.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/tz/art/2021/art_e1e47637094e4414908f982deb88d509.html.

[3]中國國家標準化管理委員會.危險化學品重大危險源辨識：GB 18218-2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

作者單位：陜西秦風氣體股份有限公司

責任編輯：王穎振 鄭凱津