人工智能技術(shù)在電力基建領(lǐng)域的研究與實踐

馬紅雙，楊加圣，尹雯姣

（江蘇電力信息技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

作為一項系統(tǒng)性工程，電力基建覆蓋的作業(yè)面較廣，需要完成大量信息數(shù)據(jù)的處理工作。而傳統(tǒng)的作業(yè)模式效率較低，難以滿足當前電力基建在快速發(fā)展下的根本需求。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)為電力產(chǎn)業(yè)的高效率作業(yè)提供了便利條件。兩者融合發(fā)展不僅有利于優(yōu)化整個電力基建的作業(yè)體系，還能夠大幅提升數(shù)據(jù)獲取、整合、處理以及發(fā)布指令等各個環(huán)節(jié)的完成質(zhì)量。

1 在電力基建領(lǐng)域應(yīng)用人工智能技術(shù)的概述

1.1 研究背景與意義

隨著國家對電網(wǎng)建設(shè)重視度的不斷提高，政府部門與相關(guān)單位等都在不同程度上擴大了對電網(wǎng)的投資，為其主配網(wǎng)建設(shè)施工項目的大幅擴充奠定了良好基礎(chǔ)。同時為了切實提升工程的完成質(zhì)量，無論是面對物資設(shè)備的引入和現(xiàn)場施工的管理，還是針對施工質(zhì)量與作業(yè)進度的調(diào)控以及造價信息的把關(guān)等，政府部門和相關(guān)單位都提出了更加精準和更高標準的管理與控制要求。面對這樣的發(fā)展形式與現(xiàn)實需求，傳統(tǒng)的電力工程監(jiān)管方式已明顯滯后，存在人工巡視的效率低、對人力資源依賴性高、手工的紙質(zhì)記錄便捷性不足以及工作效率低下的缺點，難以滿足現(xiàn)代化電力工程的管理需求，也無法貼合其高質(zhì)量與高水平的建設(shè)標準[1]。

1.2 需求分析

電力基建工程在管理方面涵蓋十分復(fù)雜與繁重的工作任務(wù)。以人員管理為例，各個專業(yè)下的施工隊伍數(shù)量較多，并且存在較強的流動性。由于缺乏嚴格規(guī)范的管理制度，隨意進出施工場地的工人使得建設(shè)現(xiàn)場趨于混亂，管理人員也無法及時地驗證每個人的身份信息，難以實時地制止各類人員的違章行為。而運用人工智能技術(shù)可以有效解決此類問題。借助于安裝監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個電力基建工程現(xiàn)場全過程和全方位的監(jiān)控，通過識別人臉提高人員管理效率。利用行為識別還能夠有效地在第一時間監(jiān)控到個別人員存在的違章行為，避免出現(xiàn)站班和換班無法及時監(jiān)控的問題，從而大幅提高電力基建作業(yè)人員管理的智能化水平。

在現(xiàn)場監(jiān)測作業(yè)中應(yīng)用人工智能技術(shù)可以監(jiān)測到實時的環(huán)境信息，并精準識別進出工程建設(shè)場地的車輛，通過智能抄表大幅減輕管理人員的任務(wù)量與工作負擔，全方位地管理施工工地的實際狀態(tài)，為項目作業(yè)提供更為客觀的指導(dǎo)依據(jù)，從而確保管理決策制定的科學性、可行性以及準確性。面對電力基建工程中高風險的施工內(nèi)容時，將以智能技術(shù)為核心的傳感設(shè)備裝載并合理部署到機械設(shè)備上，有助于管理人員與操作人員精準監(jiān)測并有效把握設(shè)備的實時運行情況，確保高支模、深基坑以及機械吊裝等大型施工環(huán)境的作業(yè)安全。此外，人工智能技術(shù)還具備統(tǒng)計分析大數(shù)據(jù)的功能，可以結(jié)合現(xiàn)有的資料信息等對后續(xù)趨勢給出科學評估，為施工人員和機械設(shè)備使用的安全提供堅實保障，并大幅提升電力基建工程在預(yù)防和管控安全隱患方面的落實水平[2]。

1.3 研究內(nèi)容與目標

將人工智能技術(shù)引入到電力基建領(lǐng)域的根本目的是構(gòu)建智慧工地與智能管控平臺，其中運用到的先進技術(shù)包括大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)以及BIM等。全范圍和全過程地有力把控人員管理、機械設(shè)備管理以及環(huán)境監(jiān)控等工程施工場地內(nèi)的重點管理內(nèi)容，意在通過實時監(jiān)控的作業(yè)模式動態(tài)采集所需的所有數(shù)據(jù)信息，進而在充分利用識別內(nèi)容的基礎(chǔ)上達到科學預(yù)警的目的，確保電力基建工程在整個建設(shè)施工周期內(nèi)的安全，保障完成質(zhì)量，并最大程度上幫助管理人員有效把控整體施工進度，構(gòu)建具有可測性、可觀性以及可控性的智能化和一體化管理體系。

2 在電力基建領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用人工智能技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計

2.1 應(yīng)用功能

以人工智能技術(shù)為核心的智慧管控平臺主要涵蓋項目總覽（對整個電力基建工程施工流程的梳理）、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)測以及現(xiàn)場監(jiān)管4個方面。整個以智能技術(shù)為背景的項目管理工作主要凸顯出高效性的特點，不僅涉及到對項目概況信息的實時更新與管理、各部分與各專業(yè)人員的管理以及各流程下施工安全的管理，還包含監(jiān)理部分的監(jiān)督和管控以及工程建設(shè)施工文檔的資料管理等。借助于系統(tǒng)化收集與整理的實時動態(tài)圖形數(shù)據(jù)，相關(guān)人員需要結(jié)合具體要求進行規(guī)范化的統(tǒng)計與分析。在對項目各類信息予以準確把握的前提條件下才能結(jié)合工程現(xiàn)場的實時施工狀態(tài)制定針對性的管理策略，從而達到有效把握整體施工質(zhì)量的目的，并最大程度上消除現(xiàn)場存在的安全隱患，合理調(diào)控整個工程內(nèi)各個項目的作業(yè)安排，確保相應(yīng)管理體系的有序運轉(zhuǎn)[3]。

環(huán)境監(jiān)測是電力基建工程項目管理的重要組成部分，能夠根據(jù)施工現(xiàn)場內(nèi)的溫度、濕度以及揚塵PM值等利用智能設(shè)備進行實時監(jiān)測，便于管理人員有效把握工程建設(shè)現(xiàn)場的環(huán)境信息。此外，利用智能技術(shù)還可以檢測場地的風速與噪音值等。這些收集到的數(shù)據(jù)信息可以為管理人員制定后續(xù)決策提供幫助。相關(guān)人員以此為基礎(chǔ)還可以結(jié)合實踐經(jīng)驗科學預(yù)判未來階段內(nèi)的環(huán)境變化和天氣變化等。當各項數(shù)據(jù)值達到一定的臨界值后，環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備可以自行啟動，為電力基建工程現(xiàn)場施工人員的人身安全提供保障，并為其維持良好的作業(yè)環(huán)境。

當前，人工智能技術(shù)在電力基建領(lǐng)域內(nèi)的高級應(yīng)用也得到了快速發(fā)展，主要是為相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)搭建對接橋梁，進一步提高數(shù)據(jù)對接與傳輸?shù)乃俣扰c效率，進而幫助多方面的管理人員在聯(lián)動狀態(tài)下共同分析電力工程建設(shè)施工的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對KPI的動態(tài)化監(jiān)控與管理，打造輕量化的模式，提高對集成BIM的應(yīng)用效果。同時，在運用人工智能技術(shù)管理并監(jiān)控工程的施工場景時，還可以應(yīng)用無人機、3D打印以及智能機器人等技術(shù)，或是借助于VR技術(shù)站在不同的視角下分析并觀察建設(shè)過程[4]。

2.2 系統(tǒng)部署

以分布式多層結(jié)構(gòu)為核心的電力基建工程智慧管控平臺具有高效化和規(guī)范化的優(yōu)點，一方面能夠良好適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，另一方面還可以滿足多變性業(yè)務(wù)規(guī)則的各種要求，在多系統(tǒng)渠道中準確地發(fā)布信息。是這一管控系統(tǒng)具有移植性強和擴展性高的鮮明特點，內(nèi)部包含3個層次結(jié)構(gòu)。首先，采集層。數(shù)據(jù)采集層與其他普通的管理系統(tǒng)有所不同，具有較強的感知功能，主要的內(nèi)部構(gòu)成包括算法、主站、傳感器以及攝像頭等。其中智能終端被設(shè)置在工地上，承擔的基本功能是采集施工現(xiàn)場內(nèi)大部分的數(shù)據(jù)信息，并將其錄制成視頻，通過智能識別特定的信號或現(xiàn)象等，精準執(zhí)行由主站下發(fā)的一系列控制命令。其次，通信層。智能管理系統(tǒng)的通信層屬于一種可靠、安全且高效的通信信道，具有雙向傳輸數(shù)據(jù)的功能，可以運用公共的通信網(wǎng)絡(luò)，也可以依托于電力基建工程的通信專網(wǎng)，在主站、攝像頭以及傳感器等部件的支持下，為上下層的銜接做好實時準備。最后，主站層。智慧管理系統(tǒng)的主站層內(nèi)包含安全中心與管理中心，涵蓋的管理內(nèi)容較為廣泛，如平臺的密鑰管理、權(quán)威認證以及服務(wù)監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)平臺等。相關(guān)人員還可以利用主站層查詢工程日志[5]。

2.3 軟件體系架構(gòu)

電力基建工程智慧管理系統(tǒng)的軟件體系架構(gòu)方面需要重點突出可靠性與安全性的特點，同時為了滿足實際應(yīng)用需求，應(yīng)適當提高可用性、伸縮性以及擴展性等功能。此外在面向全方位的服務(wù)過程中，應(yīng)注重防止形成信息孤島，爭取在最大限度內(nèi)充分利用系統(tǒng)內(nèi)有限的信息資源。

3 在電力基建領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用人工智能的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)

電力基建工程建設(shè)規(guī)模在逐步擴大的過程中面對的是海量的數(shù)據(jù)信息。以大數(shù)據(jù)技術(shù)為重要組成部分的智慧管理系統(tǒng)不僅需要涵蓋整個工地內(nèi)不同日期、月份以及時間下的所有信息數(shù)據(jù)，還需要承擔一系列的統(tǒng)計與分析任務(wù)，以結(jié)構(gòu)化的形式分層處理大量的視頻數(shù)據(jù)等監(jiān)測內(nèi)容。只有在依據(jù)具體標準科學計算并加工處理所有的原始數(shù)據(jù)后，才能確保其能夠符合相關(guān)的使用要求。因而在設(shè)計系統(tǒng)的組織架構(gòu)時，應(yīng)該在充分考慮數(shù)據(jù)處理效率的基礎(chǔ)上最大化優(yōu)化系統(tǒng)的運行與應(yīng)用性能，選擇適宜的數(shù)據(jù)庫類型，合理設(shè)定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，科學把控數(shù)據(jù)訪問的頻率承能力，還要遵循展現(xiàn)數(shù)據(jù)與處理業(yè)務(wù)的流程與邏輯。同時運用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以構(gòu)建專有格式的文件，用來存儲有價值的數(shù)據(jù)信息，有效避免多余的系統(tǒng)應(yīng)用等對數(shù)據(jù)庫的內(nèi)存資源進行嚴重占用。此外，若是需要應(yīng)用實時數(shù)據(jù)或是對部分參數(shù)予以常態(tài)訪問，均可以借助于實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，合理規(guī)劃各類服務(wù)的存儲方法，達到大幅減輕數(shù)據(jù)服務(wù)器運行壓力的效果，有效提升整個系統(tǒng)的使用性能，可用性與穩(wěn)定性更強。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠為電力基建工程智慧管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析提供有力的技術(shù)支撐。當前，對商用報表工具的應(yīng)用與推廣已十分成熟，在分析方式方面也呈現(xiàn)多元化和多維度的趨勢特點，如旋轉(zhuǎn)法、切片法以及鉆取法等，在預(yù)測指標與挖掘深層數(shù)據(jù)方面也逐漸發(fā)展出了多種多樣的挖掘算法。要想提高主題分析的準確性，應(yīng)緊密結(jié)合實際情況，獨立建模。此外前臺應(yīng)用的實際響應(yīng)速度是影響模型分析的關(guān)鍵要素，因此無論是初始化操作方式，還是開展后續(xù)的學習與訓(xùn)練作業(yè)，均需在后臺環(huán)境下有序完成。

3.3 人工智能技術(shù)

在電力基建工程的現(xiàn)場管理中，人工智能技術(shù)主要應(yīng)用在人臉的檢測與抓拍、車輛車牌的識別以及安全帽的識別上，此外還可以利用電子設(shè)備檢測周邊環(huán)境。以人臉檢測為例，當人臉出現(xiàn)在監(jiān)控畫面上時，智能系統(tǒng)能夠?qū)θ四槍嵤┳詣幼R別，通過摳圖等處理方式將人臉畫面轉(zhuǎn)化為元數(shù)據(jù)，然后完成上傳工作。通過智能網(wǎng)絡(luò)攝像機，管理人員便能夠第一時間內(nèi)在Web頁面上觀看到人臉。車牌識別功能也具有較強的實用性，當畫面視野中出現(xiàn)過往的車輛時，智能檢測系統(tǒng)內(nèi)的車別識別算法可以自行啟動，檢測并跟蹤車輛的具體動向。在整個跟蹤階段，它能夠精準定位車牌的實時位置，通過去模糊化和矯正處理等一系列的預(yù)處理步驟后得到準確的車牌信息。電子周界檢測功能能夠有效拓寬管理人員的管理視角。在智能視頻設(shè)備覆蓋的整個區(qū)域范圍內(nèi)，用戶可以對重點的監(jiān)控區(qū)域和顯示形狀等進行個性化的設(shè)置。當對象出現(xiàn)在監(jiān)測視野內(nèi)并處于重點監(jiān)控區(qū)域時，設(shè)備會快速地發(fā)出報警信息，這主要是由于在特定情境下目標的像素變化過快，超過了預(yù)設(shè)范圍。

4 結(jié) 論

當人工智能技術(shù)逐步滲透并落實到各行各業(yè)的發(fā)展中時，人們的生活與工作方式發(fā)生了顯著改變。將人工智能引入到電力基建工程領(lǐng)域內(nèi)，可以為現(xiàn)場施工管理工作提供不可多得的高效化、現(xiàn)代化以及智能化的發(fā)展契機。