智能感知系统在变电站扩建管理中的应用研究

陈 敏

（中国南方电网广东电网有限责任公司肇庆供电局，广东 肇庆 526000）

1 应用背景

随着国家对电网投入的不断加大，基建任务日趋繁重，现场安全管理不完善，特别是在变电站改扩建工程中，现场施工环境复杂，施工专业性强，质量和安全要求很高，管理人员安全巡查工作强度高，任务量重，管理难度大给安全生产带来隐患。

现有的变电站管理单位中通常会在施工当地摄录分布视频监控中心来统一管理几个施工现场，该视频监控中心目前仅仅是视频摄录，无法做到边录边实时识别并预警。安全管理人员无法第一时间掌控并获悉现场的不安全行为等风险，进而对安全管控无法做到防患于未然。通过引入智能技术，实现对变电站施工现场人员、环境和作业车辆的统一管控，对业主单位、建设单位及监理单位等资源的统一调度，从而实现变电站施工安全预警的集中化、数字化、在线化、实时化、智能化管理，及时发现并预警不安全行为等风险情况，降低安全事故发生的可能性，保障变电站施工现场的安全。

2 深度学习技术

深度学习（Deep Learning，DL）由Hinton等人于2006年提出，是机器学习（Machine Learning，ML）的一个新领域。深度学习起源于人工神经网络，通过组合低层特征形成更加抽象的高层特征或类别，然后从大量的输入数据中学习有效特征表示，并把这些特征用于分类、回归和信息检索的一种技术，可帮助计算机理解大量图像、声音和文本形式的数据。利用多层次的神经网络，计算机能像人类一样观察、学习复杂的情况，并做出相应的反应。

基于深度学习的目标检测算法，主流的检测方式有两种：一种是基于候选区域的网络，如CNN家族系列，R-CNN、Fast R-CNN、Faster R-CNN等；另一种是无需候选区域的端到端网络，如YOLO家族系列、SSD 家族系列［1］。

3 智能感知系统概述

智能感知系统由外界感知装置、无线传输装置、智能预警装置及其他辅助设施组成。使用4G和摄像头无线WiFi自组网技术，实现现场数据的快速传输至智能预警装置，快速部署，进行实时预警分析，并将结果信息推送至相关人员。

3.1 外界感知装置

外界感知装置由人脸识别设备、移动安全行为监护设备及环境监测设备3个子模块组成。

（1）人脸识别装备

人脸识别装备由人脸识别通道道闸、智能平板等组成，并配备红外检测，支持防尾随和防冲撞功能。

（2）移动安全行为监护装备

移动安全行为监护装备由摄像头、移动三角支架及太阳能供电系统组成。其中，摄像头具备自组网功能，可以均匀布设在施工场地中，保证视频信息的实时接入至智能预警装置，同时大大节省了流量。

（3）环境监测装备

环境监测装备通过太阳能板供电，并持续收集温湿度、风速及PM2.5等环境监测信息。

3.2 无线传输装置

外界感知装置通过无线传输装置与智能预警装置实现单向、实时信息交互，信息交互内容包括既包括非结构化数据，如监控视频、人脸图像等，又包含非结构化的数据，如风速、温湿度及PM2.5等。所有信息均可在本地后台存储，又可通过云端发布预警信息。

3.3 智能预警装置

智能预警装置由计算机、无线通信设备及智能预警平台等组成。安装于变电站本地，调用深度学习算法，对外界感知装置采集的数据进行实时预警分析，并将结果信息推送至相关人员；同时可作为对外界感知装置的数据库存储。

4 典型应用场景

4.1 人脸识别智能通行

与普通行业不同，工地对于身份识别的应用技术上有很多的需求和限制。工地工人多，人员复杂，无法保障建筑工地上设备和材料的安全保管；工地塔吊和特殊工种必须专人专职，如果非专业人员操作，容易引发事故；因此，应用人脸识别技术，不仅能对工地工人实行有序管理，还能有效防止和遏制失窃和其他安全问题。

图1中，利用深度学习人脸识别技术实现对进出入施工现场的人员身份核实，对于已认证通过得到授权人员高效放行，对于未授权人员则拒之门外，对于非法人员（如全国公安系统上在逃人员），则及时报警，以实现对进出变电站施工现场人员的有效管控。

图1 人脸识别智能通行系统

4.2 安全行为监护

图2中，利用深度学习目标检测技术实现未佩戴安全帽、未正确着装、误闯工作间隔及外物入侵等场景的智能识别，拍摄记录违规行为并自动告警。同时设置电子围栏，通过摄像头智能识别，人员越界时自动发出告警，通过安全行为监控模块保障施工现场作业人员的人身安全[2]。

4.3 环境监测

在施工现场，天气原因常常对特种作业都会产生较大的影响。电网针对这一事实现象，根据风级也制订了相关规定，禁止一些有危险的工作，保障建筑施工人员的施工安全[3]。

图2 安全行为监护系统

通过智能感知传感器设备实时监测施工工地现场的环境数据并综合分析，若风力传感器的数值超过6级风力时，系统会自动及时发出停止施工的预警信号，如图3所示。

图3 环境监测智能分析系统

5 结 论

本文在变电站扩建改造施工工地现场安全管理中深度融合人工智能技术、物联网技术及移动互联网技术等先进技术的集成综合应用。通过人脸识别智能通行、安全行为监护及施工现场环境监测3个方面的建设，解决了现场环境复杂带来的环境安全管理难、人员流动带来的施工人员管理难、施工安全行为管理难及事后调查取证难等问题。本项目实现了对施工现场环境、人员等关键要素的统一集中管控，实现了科学施工、文明施工、绿色施工及生态施工，全面推动变电站施工安全管理模式向数字化、可视化、精细化、标准化的智能管理转型升级，具有很强的示范效应。