5G+人工智能在電力基建中的應(yīng)用研究

金瑞瓊

（云南云電同方科技有限公司，昆明 650217）

0 前言

電力基建工程作為我國經(jīng)濟建設(shè)的基礎(chǔ)性工程，是一項系統(tǒng)性工程，涉及財務(wù)預(yù)算、供應(yīng)鏈、物資管理、工程計劃及進度、工程質(zhì)量、現(xiàn)場安全等諸多方面[1]，在電力基建工程建設(shè)的高速發(fā)展時代下，大型基建工程逐步向信息化過渡，基層基建工程仍保留傳統(tǒng)的紙質(zhì)文件、表格等手段進行簡單管理，管理形式粗放。無論是信息化還是傳統(tǒng)的人工基建工程管理模式都存在一些管理難題。在財務(wù)預(yù)算方面，工程投資周期較長，財務(wù)環(huán)節(jié)眾多，項目涉及金額較大，財務(wù)投資的任何失誤都將帶來極大的財務(wù)風(fēng)險及資源浪費。在供應(yīng)鏈方面：供應(yīng)商的選擇與工程質(zhì)量直接關(guān)聯(lián)，偏向主觀性的供應(yīng)商未能對生產(chǎn)能力、技術(shù)能力、履約能力進行綜合評價，無法保障通過最優(yōu)的供應(yīng)選擇保障工程質(zhì)量及降低造價。在物資管理方面：物資需求計劃與實際需要偏差較大，存在資源浪費或非計劃采購引發(fā)的成本問題，此外物資管理存在跨部門、跨系統(tǒng)的信息協(xié)同問題。在工程計劃及進度管理方面：工程計劃設(shè)置的合理性直接影響工程進度，工程在基建工程項目實際推進過程中，往往會受到自然環(huán)境、施工材料、施工設(shè)備等因素影響，在任何一個條件發(fā)生變化時，工程計劃的調(diào)整及優(yōu)化也須及時作出動態(tài)調(diào)整，以實現(xiàn)對施工過程各環(huán)節(jié)的有效控制。在工程質(zhì)量管理方面：質(zhì)量管理是基建工程管理的核心，影響項目工程質(zhì)量的因素眾多，概括為施工人員、施工材料、施工設(shè)備、施工行為、施工環(huán)境5個方面，基于多業(yè)務(wù)指標(biāo)的工程質(zhì)量評價和風(fēng)險評估體系缺失是基建工程質(zhì)量管理中的突出問題。

2020年，國家在多次重要會議上強調(diào)加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進度，以“5G、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能”為代表的“新基建”被提到了新的高度[2]，利用數(shù)字化、智能化技術(shù)手段對傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施進行改造，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)+數(shù)字+智能的基建產(chǎn)業(yè)融合是未來的一大發(fā)展趨勢。就電力企業(yè)而言，通過技術(shù)與業(yè)務(wù)管理手段融合創(chuàng)新，優(yōu)化基建工程資源配置、數(shù)據(jù)協(xié)同共享、風(fēng)險控制，推動傳統(tǒng)基建工程轉(zhuǎn)型升級是當(dāng)前及未來一段時間的一項重要任務(wù)。大力建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)、無線專網(wǎng)等，提高采集密度，加大數(shù)據(jù)獲取量，從穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的采集通信延伸到暫態(tài)和瞬態(tài)數(shù)據(jù)的獲取，實現(xiàn)高精細化的數(shù)據(jù)采集[3]，基于人工智能強大的并行計算能力，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻流數(shù)據(jù)開展模型預(yù)測、隱患風(fēng)險識別、動態(tài)實時預(yù)警等深度算法分析工作，為基建工程管理提供決策支撐，全面提升精益管理水平，保障電力企業(yè)安全穩(wěn)定運行具有顯著的經(jīng)濟效益、管理效益及社會效益。

1 電力基建5G通信關(guān)鍵技術(shù)

以5G為代表的移動通信技術(shù)正在與 AI、大數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，開啟一個萬物互聯(lián)的全新時代[4]。2019年，各省大力推進5G基站建設(shè)，全年累計建設(shè)完成約14萬個5G基站，并完成重點區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為5G技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的深度融合積淀了有利條件。5G通信具有高速率、高容量、高可靠性、低延時及低功耗等特點，在電力基建工程管理中，對實時數(shù)據(jù)的采集，視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)的實時傳輸提供強有力支撐，相較于4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)支持海量終端設(shè)備連接，能夠真正實現(xiàn)電力基建設(shè)備的萬物互聯(lián)互通，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃员ＷC電力系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性，在協(xié)同控制場景中，低延時能夠保證及時、靈活的對各種變化作出響應(yīng)，低功耗能夠減少各類物聯(lián)設(shè)備的電池功耗。此外，5G通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電力基建工程復(fù)雜施工環(huán)境下的WiFi信號收發(fā)及傳輸，從而確保了各類危險情況下及時信號預(yù)警，減少各類安全事故發(fā)生。

依托5G通信技術(shù)低延時、高可靠性等特性，結(jié)合傳感設(shè)備及高清攝像裝置實現(xiàn)基建工程現(xiàn)場各類工況數(shù)據(jù)實時采集，統(tǒng)一接入?yún)R聚，滿足電力基建工程的遠程視頻監(jiān)控、施工升降機和危大工程監(jiān)控預(yù)警等基礎(chǔ)管理功能的同時，延伸自動化機械設(shè)備遠程操控、人員安全、移動化協(xié)同辦公、遠程工程審計、遠程專家指導(dǎo)等應(yīng)用，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)創(chuàng)新5G應(yīng)用，打造電力“5G智慧工地”，實現(xiàn)多維空間實時監(jiān)控，地面監(jiān)控與高空監(jiān)控有效聯(lián)動，全景呈現(xiàn)現(xiàn)場工況，未戴安全帽及現(xiàn)場違規(guī)行為識別，通過塔吊攝像頭及輔吊人員佩戴AR眼鏡實現(xiàn)高空風(fēng)險智能巡檢，對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備異常情況進行及時處理，利用語音、文字、視頻等多媒體交互技術(shù)進行遠程專家指導(dǎo)，及時解決施工技術(shù)難題，提升一體化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的施工現(xiàn)場過程的全面感知，互聯(lián)互通、風(fēng)險防控等精益化管理水平。

圖1 5G通信技術(shù)核心能力

2 5G+人工智能提升管理水平

構(gòu)建電力基建數(shù)字化管理平臺，依托5G高速通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電力基建工程中人、機、料、法、環(huán)各要素的互聯(lián)互通，實現(xiàn)全過程、全業(yè)務(wù)的實時數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一匯聚，支撐深度的算法分析工作，開展基建工程資源協(xié)同預(yù)測、全生命周期可視化安全管控、關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)實時在線、智能輔助決策、現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險預(yù)判預(yù)警等典型場景應(yīng)用，實現(xiàn)項目全周期安全、質(zhì)量、進度可觀、可測、可控[5]。推動電力基建工程設(shè)計數(shù)字化、施工機械化、管控智能化、數(shù)據(jù)平臺化等管理手段創(chuàng)新，支撐傳統(tǒng)的電力基建數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，平臺整體架構(gòu)如下：

圖2 電力基建數(shù)字化管理平臺架構(gòu)圖

2.1 資源協(xié)同預(yù)測

電力物資需求預(yù)測管理是電力物資需求計劃管理中第一個環(huán)節(jié)，優(yōu)化電力物資需求預(yù)測管理體系是提升物資管理水平的關(guān)鍵[6]。對影響基建物資需求的關(guān)鍵影響因素進行梳理，基于各類需求物資的歷史物資需求金額、采購訂單偏差率、物資領(lǐng)用偏差率、項目投資規(guī)模、項目建設(shè)周期等數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，從而確定影響因子權(quán)重。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對生產(chǎn)、基建、營銷等協(xié)同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)抽取，開展數(shù)據(jù)整合及深度挖掘工作，構(gòu)建關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、聚類算法、深度學(xué)習(xí)算法等協(xié)議庫存物資預(yù)測網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)各類物資需求的預(yù)測，分析物資預(yù)測數(shù)據(jù)與實際物資需求數(shù)據(jù)之間差距，向各物資需求部門進行反饋，通過動態(tài)調(diào)整投資計劃及物資需求計劃對預(yù)測模型進行迭代優(yōu)化，不斷提升模型預(yù)測的精確率，減少物資實際需求與計劃供應(yīng)之間的偏離度，優(yōu)化資源配置，將投資成本控制在最小化區(qū)間內(nèi)，減少資源浪費。

2.2 全生命周期可視化安全管控

目前，基建工程設(shè)計、采購基本脫節(jié)，工地現(xiàn)場僅依靠平面圖紙和施工經(jīng)驗進行施工方案的制訂和組織實施，在一定程度上限制了工程基建質(zhì)量及效率的提升[7]。引入三維可視化技術(shù)對基建工程全生命周期的施工進度、現(xiàn)場施工情況、物資使用情況、施工人員等信息進行可視化全景呈現(xiàn)、施工進度及施工過程的可視化模擬及施工圖紙的數(shù)字化設(shè)計，為現(xiàn)場施工提供可視化指導(dǎo)，方便施工人員能夠掌握整個施工過程，保障施工計劃的有序執(zhí)行，提高施工效率及質(zhì)量。針對復(fù)雜施工環(huán)境，通過可視化呈現(xiàn)有助于對施工人員進行技術(shù)及安全交底，規(guī)劃現(xiàn)場施工行為，實現(xiàn)對風(fēng)險的有效防控。此外，施工全過程的可視化能夠方便安全監(jiān)督人員及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的安全隱患，及時采取干預(yù)手段降低及消除潛在安全隱患，減少人員傷害事故的發(fā)生率，保障生命財產(chǎn)安全。

2.3 關(guān)鍵業(yè)務(wù)指標(biāo)實時在線分析

通過跨域的數(shù)據(jù)融合和共享，消除數(shù)據(jù)資源“壁壘”，對項目計劃投資金額、各類物資需求計劃、物資實際需求量、供應(yīng)商供貨能力、項目工程進度、工程質(zhì)量評價等業(yè)務(wù)指標(biāo)抽取、轉(zhuǎn)化、建模、分析，通過分解、量化各項重點管理指標(biāo)和工作，以圖形、表格、曲線等方式，直觀展示管理現(xiàn)狀，實時預(yù)警業(yè)務(wù)異動[8]，構(gòu)建電力基建工程數(shù)字化精益看板，提供實時綜合在線的項目信息查詢，可視化方式動態(tài)全方位業(yè)務(wù)指標(biāo)呈現(xiàn)，支持關(guān)鍵業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)深度鉆取，并自動生成各類數(shù)據(jù)報表，為各業(yè)務(wù)人員提供數(shù)據(jù)支撐，滿足電力施工運營監(jiān)控的需求。通過將數(shù)據(jù)分析工作由人工向算法方面轉(zhuǎn)移，提升電力基建工程管理的質(zhì)量及效益。

2.4 智能輔助決策

實現(xiàn)對電力基建工程異構(gòu)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合及治理，按照業(yè)務(wù)資產(chǎn)目錄進行分類存儲，基于各類機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)算法模型構(gòu)建自適應(yīng)的算法模型庫，支撐個性化主題數(shù)據(jù)分析、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聯(lián)動、智能綜合預(yù)測等需求，為電力基建工程規(guī)劃投資、物資供應(yīng)、工程質(zhì)量管理、工程進度管理、人員安全、設(shè)備安全管理等方面提供全方面、多層次的決策支持及知識服務(wù)，從而提升電力基建工程建設(shè)中管理者的數(shù)據(jù)洞察能力、科學(xué)決策能力。通過信息資源的共享和智能化決策支持來提高管理效率[9]。

2.5 現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險預(yù)判預(yù)警

利用人工智能技術(shù)開展施工過程的現(xiàn)場人員安全、施工設(shè)備及環(huán)境監(jiān)測?；诂F(xiàn)場施工監(jiān)控視頻開展人臉監(jiān)測抓拍、安全帽識別、危險行為識別、安全區(qū)域檢測、人員軌跡跟蹤等算法模型研究，加強施工現(xiàn)場人員安全管控，實現(xiàn)安全風(fēng)險隱患全面實時智能分析、及時告警。針對深基坑、高支模、機械吊裝等高風(fēng)險作業(yè)環(huán)境，通過部署傳感設(shè)備，對機械設(shè)備數(shù)據(jù)及作業(yè)環(huán)境的溫濕度、風(fēng)速、火災(zāi)、天氣等數(shù)據(jù)進行實時采集，基于智能大數(shù)據(jù)分析進行趨勢評估，對可能超出正常閾值的危險環(huán)境進行告警，全面提升對人身、機械安全隱患的防范能力[10]。

3 結(jié)束語

5G+人工智能技術(shù)能夠用于電力基建工程中的物資管理、施工人員管理、現(xiàn)場安全管理、機械設(shè)備管理及施工環(huán)境管理等應(yīng)用場景中，在滿足基層電力基建工程精益化管理的同時，通過基建工程全生命周期的數(shù)據(jù)資產(chǎn)全域協(xié)同、實時在線，實現(xiàn)電力基建施工全過程的安全可視化監(jiān)控，同時開展深度的數(shù)據(jù)分析及預(yù)測，提供領(lǐng)導(dǎo)決策輔助，助力傳統(tǒng)的電力基建工程向數(shù)字化、智能化、協(xié)同化、集約化轉(zhuǎn)型，全面提升基建工程安全管理水平。