基于泛在电力物联网建设的人员物资溯源管理研究

敖勇 宋海涛

摘   要：以泛在电力物联网在电力基建行业内应用为大背景，针对目前基建现场存在的乙供物资信息不全面、进场人员信息不全面、二维码管理不统一3类主要问题，应用现有技术有段，建立对线路工程和变电工程现场全景式无死角立体化的全方位管控系统，实现施工人员的各类信息管理、入场物资全生命周期管理的电子化。进而达到对人员物资管理的实时监管和可靠记录，形成电子档案，达到事后可追溯性。

关键词：人脸识别技术  泛在物联网  溯源管理  基建现场  智能识别

中图分类号：TN929.5                             文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）08（b）-0158-03

随着城市化进程不断加快，国家对工程安全质量管控逐步形成高压态势，住房和城乡建设部年初发布《工程质量安全监管司2019年工作要点》，要求开展建筑施工安全专项治理。国家电网有限公司2019年工作会议中明确提出，强化安全生产管理，强化各类生产作业管控和基建施工管理，严格执行安规和“十不干”，重点抓好标准化作业和反违章，全力防范人身伤亡事故。

在传统电力基建现场，分包单位的施工作业人员通过胸卡进行身份识别，存在人盯人的低效监管模式。特别是分包人员的人员基本信息、电力培训数据、安规考试数据、违章作业数据因为人员身份识别问题得不到贯通。同样，物资管理方面，尤其是分包队伍负责采购的乙供物资的管理，一直存在管理上的空白，没有实现物资信息留底可追溯，为安全生产留下隐患。本系统可实现对电力建设现场的施工队伍人员和乙供物资的精准管理，实现可视化创新管理模式，智能管理人员违章行为，达到全景式电子管控和电子档案记录，全面提升施工现场管理的全息感知和泛在连接能力，保障施工工程的安全和质量。

1  应用技术简介

本文应用的人员物资溯源管理平台，综合应用了边缘处理智能摄像头、智能安全帽、智能通道等感知设备，将人员管理、工程方案优化、物资管理、现场违章管理等功能集成于平台的物联监测端、业务管理端、总控端，实现现场安全质量监管。其中涉及应用的技术，做如下简介。

1.1 边缘计算

本文中，利用边缘计算，前端智能摄像机可有效识别并处理常见违章，实现智能化为现场管控。视频监控的广泛，可有效对实现多个时空的实时同步连接，是集中化现场管理的有效有段，也是泛在电力物联网不可或缺的“眼睛”。然而传统视频监控系统前端摄像头内置计算能力较低，同时其智能视频监控系统的智能处理能力也不尽如人意。为此，以5G发展为契机，结合云计算和互联技术，将边缘计算模型和视频监控分析技术结合，可通过视频监控前端处理能力有效解决数据传输带来的问题，提升管理时效性和准确度，提升管理智能化和管理效率。通过对图像视频的预处理，可过滤冗余信息，将前端多个终端视频流传输到附近处理器中，利用边缘计算机制，有效处理分析结果。边缘处理中心将处理结果和关键信息进行云上传。这种处理方式，一方面提高了数据利用率，另一方面也有效提升了数据传输效率。

1.2 人脸识别技术

利用人脸识别技术，在施工现场入口处设置智能通道，通过视频设备采集的人脸图像对比本地人脸信息数据库，加上人员实名制信息卡和生物活体检测技术，多维度保障进场人员信息可靠真实，从根源上杜绝了不合格人员的入场。同样，在厂区内活动人员，通过智能摄像头的采集端以及智能布控球、固定球机等智能摄像采集终端，可对识别出的违章人员自动进行人脸信息比对确认，从而实现对违章行为与人员绑定处罚等刚性处理功能，防止了现场人员瞒报等问题的出现。

BP神经网络（Back Propagation）是由Rumelhart与McCelland科学家实验组在1986年提出的误差反相传播算法训练的多层前馈网络，其核心内容是将机器学习过程划分为两个部分，即正向传播过程和误差反向传播过程。在正向传播过程中，输入样本经过输入层输入后经过处理在输出层输入，当输出结果与期望结果存在较大的差别时可转入误差反向传播将输入误差通过隐含层向输入层反向船体，由各层的所有单元分摊误差，获得各单元的误差信号，将信号作为各单元的修正权值进行网络学习训练，直至输出误差降低到与预期接近为止停止训练。将BP神经网络应用与人脸识别方面，以两个人脸的识别为例进行说明，当输入人脸图像A，网络预设各单元连接权值为随机小浮点数，经过隐含层到达输出层的结果为1则说明识别准确，会反向增加每个权值的数值。输出若为0则识别错误，会反向减少每个权值的数值。经过多次的识别后权值基本收敛稳定，BP神经网络将按照收敛的权值记忆人脸A，当再次输入人脸A时会准确识别出该人脸。

2  系统功能设计

平台系统设计上围绕着对施工现场的人员和物资进行有效管理，根据泛在物联网要求，拓展系统泛在连接能力，其功能结构图如图1所示。

（1）智能视频查看。

本模块含有现场部署的所有视频采集端的图像查看功能，可看回放和违章抓拍照片。首先在人员进场处，可查看进场人脸识别情况：首先分包人员进行登记时通过对人脸样本的提取将分包人员人脸图像保存到数据库中，并指向分包人员的基本信息。当分包人员进场时，设置在智能闸机上的人脸识别设备将对比采集的图像，与系统提取分包人员人脸图像进行数据库搜索匹配，判断分包人员的身份，同时匹配人员详细数据。在厂区的智能摄像头，包含移动式和固定式，以及智能安全帽上的摄像头，通过手机APP和电脑端可进行实时调取查看。同时，具有存储功能的摄像头，可通过视频回放查看功能以及违章抓拍查看功能，查看具体抓拍的照片，达到人员违章管理的二次校正。

（2）个人征信管理。

分包人员档案管理模块对分包人员的档案进行管理记录分包人员的基本信息、人脸样本信息、分包人员访问信息。建立CUserView类，记录分包人员基本信息包含分包人员的人员基本信息、电力培训信息、安规考试信息、违章作业信息等字段;人脸样本信息存储分包人员一组人脸图像，并且通过分包人员编号与人脸样本信息进行绑定，保证人脸样本与分包人员之间通信唯一性;分包人员访问信息记录分包人员每次使用系统进行身份识别的信息记录，为管理员进行系统安全管理提供依据。同时，分包人员的违章行为和该工程下的积分将自动统计，当达到境界情况时，系统将自动警告和推送消息，负责人可及时掌握情况。

（3）违章统计。

系统违章统计模块，通过对违章问题的自动识别，结合人脸信息便是违章人员身份。根据违章类型和职业征信积分制度，系统将自动开出违章罚单，并同步推送给相关人员。同时，系统后台将记录分析各个人员、各个部门、个工程阶段的违章情况，针对违章分布情况等信息，进行数据分析挖掘，给出重点管控点等管理建议。同时，对于“停工红线违章”问题，系统设计审批功能，违章发生将实时停工处理。当违章整改情况上传至审批人，并且同时审批人审批通过后，系统才默认允许重新开工。

（4）方案定制。

本文涉及系统结合三维BIM模型，利用BIM模型5D模块，综合分析物资、人员、碰撞检测、工序优化、进度管理等因素，给出当前最优施工方案。当实际施工情况发生改变时，系统会重新进行评估分析，给出结合实际情况下的新方案。

（5）天眼查。

本平台设计的天眼查功能，实现了对输变电现场的特种作业人员的资质证件的智能自动识别校驗功能，同时可以对物资信息进行识别查看。物资从原材采购、运输、生产、入场校验、分批、使用等全生命周期各个阶段，都会通过二维码等实物ID方式记录下来。APP通过扫描可查看相应审批资料和环节负责人，监督物资使用合乎国网标准。同时，溯源管理方式可有效记录物资使用在工程上的情况，一旦发生工程质量问题，事后追责问题有据可依。

（6）语音定位。

语音定位模块配置在智能安全帽中，实现对现场配备人员的实时语音对讲。通过定位模块，实现人员轨迹查看，遇险人员紧急呼救和位置确定。可拓展电子围栏，设定危险区域，当定位人员定位进入危险区域时，系统自动发出警告，提示人员远离。

3  风险对策分析及效益分析

3.1 安全、风险与对策

本文设计的系统，在应用过程中可能存在诸多风险，针对风险应制定合理有效管控措施，保障系统运行的可靠性和鲁棒性，如下所述。

首先，数据安全上。物资管理和分包队伍系统内含有大量工程信息和人员物资涉密信息，数据一旦泄露，将对相关方产生不利影响。因此，系统将采用国密算法进行加密，对可能发生的系统风险做好应急处理、容灾备份、物理隔离等，设置授权访问机制，防止恶意攻击。

其次，设备安全。在该项目中涉及的硬件设备，将严格按照国家标准进行审查，保障项目涉及的硬件设备的质量安全。同时政策，考虑到国网统推物资管理系统（如ERP系统）等功能替代问题，本系统设计上，将系统对接融合考虑进来，开放接口，为与第三方数据互通共享提供可能性，将政策上的变化对本平台带来的不利影响降至最低。

最后，技术开发风险。本平台设计上将考虑利用软件企业成熟技术，涉及到多方联合开发等问题。为防止开发风险，本平台研发过程中，将在启动前签订多方保密协议、项目进展协议等，对专利和论文等及时申报，保障技术开发风险可控。

3.2 经济社会效益分析

本文设计平台为监管人员提供远程管理渠道，应用本平台可有效使得管理人员“年到现场天数”、公派用车的“油耗数”减少80%，应用至某地区电力公司在建的400多项基建工程，预计可实现每年节约成本可达2300余万元，若推广至国网27个省公司，预计可为国网公司每年节约成本约6.5亿元。

安全效益显著。项目解决了施工现场安全质量监管问题，保障工程顺利开展的同时大大提高了施工现场安全水平，消除施工现场安全隐患，避免由于安全问题造成人身和经济损失，从而保障人民生命财产安全，助力社会平稳健康发展。

引领行业升级。本平台应用中引入BIM模型指导施工，加强现场信息感知，开启数字化建造新模式，同时运用大数据分析，深入挖掘数据价值，为专业管理、行业管理相关趋势、风险的数字化分析提供决策支撑，促进行业升级、价值提升。

4  结语

本文在泛在电力物联网建设的大背景下，提出设计了一种应用在电力基础建设施工现场的综合管理平台。利用平台有效地对输变电工程中线路工程和变电工程中涉及的人员和物资进行有效管理，在提升管理效率的同时，拓展尝试了新的业务管理方式方法。通过效益分析和试点工程验证，本文设计的平台有较好的应用效果和前景。

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