一種基于圖像識別的電力施工安全告警系統(tǒng)的設(shè)計

吳宇紅，鄭 軍，沈先山，林 鵬，費繼華

（1.國網(wǎng)浙江德清縣供電有限公司，浙江 湖州313200；2.浙江大學臺州研究院，浙江 臺州318000；3.德清欣電電力建設(shè)有限公司，浙江 湖州313200）

大中型電力施工場所中一般都會有各種類型的危險區(qū)域，需要現(xiàn)場作業(yè)人員提高警惕并注意安全。例如在高壓有電的區(qū)域要避免人員靠近，防止觸電；在有大型工程車輛作業(yè)的區(qū)域，需要和大型工程車輛保持安全距離；也可能會有無防護的高臺，不可以太靠近邊緣，防止跌落；施工中有可能掉落雜物，需要防止人員進入可能有墜物的區(qū)域。此外，施工現(xiàn)場人員混雜，應防止與施工無關(guān)的非授權(quán)人員進入。

安全生產(chǎn)是施工場所管理的第一要務(wù)，但是大中型施工現(xiàn)場往往有作業(yè)面積廣、現(xiàn)場施工人員分散和安全風險管控點多等特點，從而產(chǎn)生安全管理困難、管理效率低下和安全管理效果不顯著等問題。

為了解決施工現(xiàn)場作業(yè)人員的安全風險管控問題，已經(jīng)有了一些可行的解決方案[1-4]，其中利用視頻圖像識別分析的技術(shù)最為成熟，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

本文所提出的一種電力施工安全告警系統(tǒng)，在前人的一些研究成果之上提升了應用的靈活性，完善了施工現(xiàn)場的安全風險管控流程，能更好并更普遍地適用于各種施工現(xiàn)場。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

統(tǒng)的主要工作原理是由圖像識別控制中心實時分析施工現(xiàn)場的多路攝像頭所采集的視頻監(jiān)控畫面，如檢測到異常，圖形識別控制中心將向所連接對應的安全告警信息反饋終端發(fā)送告警信息。

圖1 施工安全告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 施工現(xiàn)場圖像采集裝置

施工現(xiàn)場的圖像采集裝置主要由高清監(jiān)控攝像頭、紅外成像攝像頭、電源系統(tǒng)和信號傳輸系統(tǒng)4大部分組成，它們被安裝在了一個可靈活移動的支架上，可以方便地放置在施工現(xiàn)場的危險區(qū)域附近，施工現(xiàn)場內(nèi)可以放置多個圖像采集裝置。

高清監(jiān)控攝像頭用于獲取施工現(xiàn)場的實時清晰圖像，為人臉識別、行為分析和危險區(qū)域的是否入侵判斷提供優(yōu)質(zhì)的圖像信息。紅外成像攝像頭用于在現(xiàn)場光線不佳或無法識別出人員的面部特征時，輔助判斷人體的行為信息，提高整個系統(tǒng)視頻圖像分析的準確性。在使用時，將圖像采集裝置上的攝像頭對準需要監(jiān)控的危險區(qū)域即可。

由于整個圖像采集裝置幾乎可以靈活地移動放置在施工現(xiàn)場的任意位置，那么圖像采集裝置的供電和視頻信號傳輸裝置也需要方便移動。施工現(xiàn)場一般不方便進行有線供電和有線視頻信號傳輸，本系統(tǒng)在設(shè)計上保留了有線供電和有線視頻傳輸?shù)墓δ芤苑奖阌芯€連接的應用場合。對于不方便有線連接的應用場合，施工現(xiàn)場圖像采集裝置的供電將由鋰電池進行供電，而視頻信號的傳輸則經(jīng)由4G/5G移動信號傳輸。

1.2 圖像識別控制中心

圖像識別控制中心是整個安全告警系統(tǒng)的中樞，負責信息的輸入、處理與輸出功能，主要分為信息錄入、系統(tǒng)設(shè)置管理、圖像分析計算和告警信息分發(fā)4大模塊[5]。

信息錄入模塊的主要功能為錄入施工人員的基本資料，包含姓名、性別、年齡、血型和工種等基本信息，此外最重要的是施工人員的面部特征和體態(tài)特征，用于人員識別。

設(shè)置管理模塊是對整個告警系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)置和人員管理，其最重要的功能為規(guī)劃危險區(qū)域、設(shè)置該區(qū)域的危險動作和設(shè)置參與施工的人員。

圖像分析計算模塊是整個告警系統(tǒng)的技術(shù)核心，承擔著危險區(qū)域入侵和危險行為分析判斷的重要職責。圖像分析計算模塊接收施工現(xiàn)場的高清攝像頭圖像信息，輔以紅外成像攝像頭的人體紅外信息，通過人臉識別、體態(tài)步伐識別、人工智能和深度學習等前沿技術(shù)，判斷當前危險區(qū)域是否有人員靠近或危險行為[6]，自動產(chǎn)生告警信息。告警信息的級別可分為2 大級別，分別為：進入危險監(jiān)控范圍，需要注意安全；已接近危險區(qū)域或有危險行為動作發(fā)生，告警立即遠離危險區(qū)域或停止危險行為動作。

告警信息的分發(fā)模塊可以根據(jù)設(shè)置，將不同級別的告警信息發(fā)送至施工現(xiàn)場的擴音喇叭、施工現(xiàn)場的管理人員終端和指揮中心的監(jiān)控大屏上，提示相關(guān)人員注意安全風險或者前往施工現(xiàn)場實地查看。

1.3 安全告警信息反饋終端

安全告警信息的反饋終端主要有3 種，分別為擴音喇叭、可移動手持終端和指揮中心大屏幕。

擴音喇叭遍布于整個施工現(xiàn)場，使得在整個施工現(xiàn)場的每個角落都能清楚地聽到告警提示音。擴音喇叭可分為全局擴音喇叭和局部擴音喇叭2 種，全局擴音喇叭負責播報全局事件的告警提示音，而局部擴音喇叭一般安裝在可靈活移動的施工現(xiàn)場圖像采集裝置上，這樣就能在小范圍內(nèi)播報當前監(jiān)控區(qū)域范圍內(nèi)相對應的告警提示音。

可移動手持終端可以是施工現(xiàn)場管理人員手中的手機等智能設(shè)備，當收到來自圖像識別控制中心發(fā)出的安全告警信息時，施工現(xiàn)場的管理人員可以根據(jù)收到的安全告警信息作出相應的風險防范措施，如決定是否前去安全告警信息事發(fā)現(xiàn)場查看實地情況等行動。

監(jiān)控指揮中心的大屏幕上可以看到施工現(xiàn)場的所有實時監(jiān)控視頻和告警信息，在監(jiān)控指揮中心的工作人員可以根據(jù)告警信息發(fā)出的現(xiàn)場實際情況作出相應的指揮調(diào)度決定。

2 系統(tǒng)的運作方式

2.1 施工現(xiàn)場的布置方式

圖2 施工現(xiàn)場布置方式示意圖

如圖2 為施工現(xiàn)場人員安全告警系統(tǒng)在施工現(xiàn)場的布置方式示意圖。圖中的標號1 為高清監(jiān)控攝像頭和紅外成像攝像頭；標號2 為播放局部告警信息用的擴音喇叭；標號3 為陰影部分表示需要被監(jiān)控告警的監(jiān)控區(qū)域；標號4 為現(xiàn)場的施工人員；標號5為整個施工現(xiàn)場圖像采集裝置。

由圖2 可知，監(jiān)控攝像頭和擴音喇叭被同時安裝在了施工現(xiàn)場圖像采集裝置上，整個施工現(xiàn)場可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境的需要，放置任意多個圖像采集裝置，將攝像頭對準需要進行監(jiān)控并安全告警的區(qū)域即可。

2.2 工作流程

型和工種等基本信息，還須錄入人員的面部特征和體態(tài)特征，為接下來的人臉識別和行為動作識別做好基礎(chǔ)的比較數(shù)據(jù)。

圖3 系統(tǒng)工作流程圖

接下來在施工現(xiàn)場確定好幾處需要進行安全管控的危險區(qū)域，在每一處附近放置一個或多個圖像采集和告警信息播報裝置，將攝像頭對準危險識別區(qū)域。

在圖像識別控制中心，使用專用的軟件，調(diào)整好每一路的攝像頭視野，然后在攝像頭的視野范圍中畫出危險區(qū)域的形狀輪廓，還可以畫出比危險區(qū)域范圍更大的用于普通級別提醒的區(qū)域。對于需要識別危險行為動作的區(qū)域，可以在系統(tǒng)的行為動作分析庫中勾選要識別的危險行為動作。

在每天開始施工前，需要在管理系統(tǒng)中加入當天參與施工的工作人員，這樣能夠有效地防止施工場所進入無關(guān)人員，當檢測到非施工現(xiàn)場人員進入時就會發(fā)出告警信息。

在設(shè)置完系統(tǒng)必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息后，整個安全告警系統(tǒng)即可自動運行。其核心的檢測工作流程為如果在監(jiān)控范圍內(nèi)識別到了不屬于已添加的施工參與人員時將發(fā)出告警信息，現(xiàn)場施工管理人員在手持終端收到告警信息后，可以根據(jù)情況決定是否前去查看處理；如果檢測到了有人進入預警范圍時，現(xiàn)場的擴音喇叭將播報普通級別的安全提醒信息；如果檢測識別到了有靠近預設(shè)的危險區(qū)域或危險行為動作時，將在多個終端發(fā)布告警信息，提醒注意安全，如果此時還能正確地識別出是誰的話，將會播報出姓名，并記錄行為，方便后期考核和對個別人員著重加強安全風險防范的意識。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種基于圖像識別的施工安全告警系統(tǒng)的實現(xiàn)方式，能在發(fā)現(xiàn)人員即將進入危險區(qū)域或有危險行為動作時進行多終端告警，實現(xiàn)對各種有危險區(qū)域的電力施工現(xiàn)場進行人員安全風險的管控。在應用了本套施工現(xiàn)場人員安全告警系統(tǒng)之后，能夠有效地提高安全生產(chǎn)水平，降低生產(chǎn)事故的發(fā)生概率。