漿體管道特殊場景分析及聯(lián)動工藝的研究與應用

周傳奇 太江林 劉 敏

(云南大紅山管道有限公司)

1 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的革新、大數(shù)據(jù)的廣泛應用、計算機計算能力的提升及相關模型理論的高速發(fā)展，人工智能的應用場景逐漸豐富，各行各業(yè)正積極探索人工智能賦能生產運維管理新模式，并以此推動產業(yè)升級及數(shù)字化轉型，通過工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能賦能的數(shù)字運維將是新的趨勢。

云南大紅山管線采用多級加壓泵站，泵站最大輸送壓力為24.44 MPa，在加壓泵站出口如果發(fā)生微小霧狀泄漏，前期人眼是無法發(fā)現(xiàn)的，對于關鍵設備、區(qū)域異常和突發(fā)情況難以通過人工監(jiān)控方式及時并主動作出反應，特別是對于管道礦漿泄漏、積礦等異常情況目前很難發(fā)現(xiàn)。在原有模式中，生產控制工藝與設備可視化是分離開的，當操作員對設備進行操作的時候不能在生產工藝控制界面及時看到設備現(xiàn)場情況，包括設備周邊、設備現(xiàn)狀以及設備操作動作等情況。針對關鍵區(qū)域可視化的主動監(jiān)控及預警，需要進一步開發(fā)研究適合管道輸送關鍵區(qū)域的圖像可視化分析應用功能，建立適用于漿體管道輸送現(xiàn)場管控的智能化場景應用模型及算法，實現(xiàn)管道泄露、積礦等實時監(jiān)測、區(qū)域安全監(jiān)管、常規(guī)關鍵點位智能分析報警推送;同時，進一步把現(xiàn)場關鍵設備圖像與生產工藝控制聯(lián)動，實現(xiàn)遠程生產工藝控制與現(xiàn)場設備有效聯(lián)動，無需到眾多的視頻監(jiān)控中去調取相關設備實時監(jiān)控現(xiàn)狀或者要求現(xiàn)場人員到現(xiàn)場查看，從而提高生產組織效率和生產控制的可靠性和安全性。

2 關鍵區(qū)域圖像智能分析及預警

針對泵站智能化圖像分析的需要，圖像智能化分析包括對人員穿戴識別(如勞保服、安全帽等穿戴)、人員異常行為(如人員受傷倒地、區(qū)域長時間逗留等) 等常規(guī)應用的研究和部署，而針對泵站關鍵場景異常變化(區(qū)域泄漏、積水積礦等情況) 就需要根據(jù)泵站生產組織、場景特征等進行算法建模、測試、技術應用部署等，建立一套適合加壓泵站關鍵場景的可視化分析和預警功能模型;該功能模型主要是通過利用關聯(lián)部署的AI算法應用開發(fā)平臺，對生產現(xiàn)場環(huán)境中可能出現(xiàn)的需要識別和預警的場景和行為進行數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)標注、算法模型訓練、算法模型校驗與生成、模型優(yōu)化等方面開展研究，最終將符合預期識別精準度的算法程序進行發(fā)布、服務平臺部署、監(jiān)控點關聯(lián)應用等。

漿體管道輸送關鍵區(qū)域可視化智能算法建模與應用主要是根據(jù)管道輸送工藝特殊應用場景，需要對特殊區(qū)域進行不同場景的模擬，包括管道出口高壓區(qū)微小霧狀泄漏、廠房積水積礦等生產狀況的有效模擬，針對野外加壓泵站出現(xiàn)大霧等天氣情況，智能算法平臺將加入泵站外圍圖像進行比對和區(qū)分，進一步完善圖像特征數(shù)據(jù)庫以及抗干擾能力;在AI智能分析算法平臺中進行數(shù)據(jù)標注、模型訓練、模型校驗等，通過大量訓練以保證識別效率達到93 %以上，并將算法程序封裝、發(fā)布，下裝到平臺服務器，再與前端攝像機進行關聯(lián)運用。

目前，算法平臺主要完成大紅山管線加壓泵管道出口霧狀泄漏、積水積礦、勞保用品穿戴和人員倒地等算法的開發(fā)訓練和應用，也是首次實現(xiàn)關鍵設備或區(qū)域可視化在線分析及預警，完成關鍵設備或區(qū)域的有效性覆蓋成為遠程集中管控的重要輔助功能，主要針對主泵進出口閥體、管道關鍵閥門連接部位等關鍵核心設備或區(qū)域進行全覆蓋，如圖1所示，進一步推動管道智能運維，實現(xiàn)智能工廠提供支撐和保障。

圖1 主泵關鍵區(qū)域圖像智能化分析

3 生產控制工藝聯(lián)動現(xiàn)場設備圖像的研究

針對公司前端視頻監(jiān)控系統(tǒng)平臺對應的SDK程序包進行研究，利用平臺開源SDK二次軟件開發(fā)資源包，使用MicrosoftVisualStudio2010 開發(fā)環(huán)境對SDK程序包中所需要的功能函數(shù)及參數(shù)進行編譯，并建立擴展名為DHSGDTXDY.0CX的調用控件，并確保在SCADA控制系統(tǒng)(INT0UCH12.0版本) 能調用該控件，再通過SDK包中相應功能函數(shù)的句柄調用實現(xiàn)對視頻流信號的讀取，實現(xiàn)對生產控制工藝與現(xiàn)場生產圖像的聯(lián)動。主要步驟包括(1) 初始化SDK:對整個網(wǎng)絡SDK系統(tǒng)的初始化，內存預分配等;(2) 設置連接超時時間:設置SDK中的網(wǎng)絡連接超時時間，不調用則使用默認值;(3) 異?；卣{函數(shù):此接口用于設置接收預覽、報警、回放、透明通道等模塊發(fā)生異常的報警信息，可讀取各個模塊異常消息的接收和處理;(4) 從解析服務器獲取設備:通過此接口輸入服務器的地址、設備的名稱或序列號等信息查詢該設備的IP地址，該接口也可提供在線設備名稱或序列號的情況下從解析服務器獲得設備IP地址，同時也可直接使用函數(shù)搜索到局域網(wǎng)內的所有攝像頭信息，從而實現(xiàn)獲取相關設備信息;(5) 用戶注冊設備:實現(xiàn)用戶注冊驗證后，注冊調用控件ID作為能操作的唯一標識，可進行功能的調用;(6)釋放SDK:當調取窗口關閉使用sdk 后，釋放其使用的資源。

基于SDK開發(fā)資源包進行集成控件開發(fā)完成后，再將控件安裝到INT0UCH上位畫面開發(fā)軟件中，將控件及功能函數(shù)的調用存放到工業(yè)數(shù)據(jù)庫中，并與關鍵設備故障或操作指令信息進行關聯(lián)，確?？丶恼{用和封裝功能函數(shù)的可用性，在現(xiàn)有wonderware上位畫面中進行控件的調用開發(fā)，對關鍵設備(包括主泵、喂料泵) 進行操作時同時關聯(lián)功能函數(shù)調用，并將設備生成的唯一函數(shù)調用參數(shù)發(fā)送到對應的設備前端，將讀取的設備流媒體信息窗口顯示在人機界面指定人機界面坐標位置，實現(xiàn)對關鍵設備的生產控制與現(xiàn)場視頻監(jiān)控的有效聯(lián)動，如圖2所示，從而有效保障遠程集中控制模式下對現(xiàn)場情況的高效管控。

圖2 生產控制工藝聯(lián)動現(xiàn)場設備圖

4 取得的效果

4.1 實現(xiàn)漿體管道特殊場景可視化分析和預警

通過前期的研究開發(fā)，建立的平臺算法對大紅山管線加壓泵管道出口霧狀泄漏、生產現(xiàn)場積水積礦等生產現(xiàn)場能較早較快的提醒，實現(xiàn)管道輸送特殊場景可視化分析和預警，進一步提升管道輸送的可靠性和安全性。

4.2 實現(xiàn)生產操作工藝與現(xiàn)場設備圖像聯(lián)動的功能

通過前期研究，操作人員在生產控制的人機界面上選擇相關的設備進行操作的時候，生產操作可及時調取控制設備所關聯(lián)的攝像頭，把所對應的現(xiàn)場圖像立即調取出來顯示在操作工藝界面上，使得操作人員能夠及時準確的看到操作設備的現(xiàn)場情況，便于操作人員根據(jù)設備的周邊情況及時采取正確的操作方法，進一步提高了長距離漿體管道輸送系統(tǒng)的運行效率。

5 結束語

通過本文所提出的技術實施應用，完成管道輸送特殊場景可視化的分析與預警，進一步完善了漿體管道輸送在可視化場景分析與預警的應用研究，特別是針對管道高壓出口區(qū)存在微小泄漏的可視化分析和預警，極大的保障了管道輸送的安全，同時也保障了現(xiàn)場巡檢人員的人身安全。同時，操作員在對關鍵設備進行操作的時候，設備關聯(lián)的現(xiàn)場圖像將及時展示到生產工藝控制界面，便于操作員全面掌握設備情況，進一步提高遠程操控的可靠性和安全性。