基于定位技術(shù)的智慧電廠作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

孫建偉，任建國，陳志曉，王道欣，潘 強(qiáng)，劉金虹

（華潤電力技術(shù)研究院，廣東 深圳 518000）

0 引 言

隨著“智慧+”對(duì)人們生活的悄然改變，電力生產(chǎn)企業(yè)也朝著智能化、智慧化方向發(fā)展。智慧數(shù)據(jù)、智慧安全、智慧運(yùn)維是融合數(shù)字化、信息化、智能化的智慧電廠表現(xiàn)形式。電廠智慧安全管控系統(tǒng)主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、定位技術(shù)、智能視頻算法技術(shù)、三維可視化技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)定位、人員歷史軌跡查看、電子圍欄、生產(chǎn)區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)、危險(xiǎn)源預(yù)警等功能。目的是解決電廠不安全作業(yè)、不安全行為的痛點(diǎn)，提高電廠作業(yè)人員的管理組織效率和安全文明生產(chǎn)。

關(guān)于人數(shù)統(tǒng)計(jì)主要有三種方式：基于傳感器系統(tǒng)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)方式、基于接觸式系統(tǒng)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)方式、基于計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)方式。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)人數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的研究主要集中在計(jì)算機(jī)視覺圖像方式。例如，田楓通過高斯混合模型計(jì)算方法進(jìn)行人數(shù)統(tǒng)計(jì)，可用在大型場(chǎng)館的客流統(tǒng)計(jì)及客車的超載檢測(cè)。高飛等基于熱點(diǎn)區(qū)域定義的人數(shù)統(tǒng)計(jì)方法研究，通過視頻監(jiān)控方式優(yōu)化算法；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，人數(shù)統(tǒng)計(jì)正確率可達(dá)93.1%，適用于多方向人流量及封閉區(qū)域內(nèi)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)。但是，這種基于圖像統(tǒng)計(jì)的方式也存在局限性，統(tǒng)計(jì)精度容易受到場(chǎng)景光照、人體姿態(tài)、溫度等因素影響，主要表現(xiàn)：①誤檢，在室外情況下，由于人臉識(shí)別攝像頭會(huì)受到強(qiáng)光、偏光、天色昏暗以及雨天等各種因素的影響，攝像頭抓拍的人臉圖像質(zhì)量偏差會(huì)影響人臉識(shí)別精度；人員有時(shí)會(huì)佩戴口罩、眼鏡等遮擋物，降低人臉識(shí)別精度，人員識(shí)別準(zhǔn)確率的降低會(huì)產(chǎn)生人員計(jì)數(shù)誤差。②漏檢，算法識(shí)別人臉需要先通過人臉檢測(cè)算法在圖像中檢測(cè)到人臉，再進(jìn)行人臉比對(duì)。但是實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)往往多人同行，或由于人員遮擋、人臉角度和光線等問題造成人臉檢測(cè)算法失效，從而產(chǎn)生人員計(jì)數(shù)誤差。③缺乏準(zhǔn)確的人員進(jìn)出邏輯判斷，一些人員進(jìn)入攝像頭抓拍區(qū)域后突然臨時(shí)折返，攝像頭無法準(zhǔn)確判斷人員的進(jìn)出狀態(tài)，從而產(chǎn)生人員計(jì)數(shù)誤差。

因此，本文提出使用室內(nèi)外定位技術(shù)，通過電廠作業(yè)人員攜帶定位終端，采集人員定位坐標(biāo)，再通過算法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)電廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人員數(shù)量和顯示人員分布情況，為生產(chǎn)區(qū)域人員統(tǒng)計(jì)提供一種新的解決方案。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電廠生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能主要基于定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括：B/S架構(gòu)的應(yīng)用平臺(tái)、人員定位功能模塊、定位終端，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

（1）定位終端

電廠生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人員攜帶定位終端，每個(gè)定位終端具有唯一身份識(shí)別號(hào)（Identity Document, ID），通過在平臺(tái)建立人員ID數(shù)據(jù)庫，確定現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員身份信息，通過定位終端確定作業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)位置。

（2）人員統(tǒng)計(jì)模塊

人員統(tǒng)計(jì)模塊通過定位終端獲取人員位置數(shù)據(jù)，并對(duì)位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的規(guī)范存儲(chǔ)，再通過人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法獲取生產(chǎn)區(qū)域人數(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域人員精細(xì)管理。

（3）智慧安全管控平臺(tái)

平臺(tái)集成三維可視化模塊，通過人員統(tǒng)計(jì)模塊為平臺(tái)提供定位數(shù)據(jù)，展示電廠人員在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)分布和動(dòng)態(tài)作業(yè)人數(shù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

基于電廠生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，使用室內(nèi)外定位技術(shù)，通過點(diǎn)在多邊形內(nèi)外的判斷算法，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人數(shù)，其人數(shù)統(tǒng)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 基于定位技術(shù)的人數(shù)統(tǒng)計(jì)流程

2.1 定位技術(shù)

（1）室外定位技術(shù)

目前，全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System, GPS）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）這兩種室外定位系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各種室外場(chǎng)景中。本文主要采用北斗RTK高精度定位技術(shù)，系統(tǒng)主要由定位終端、差分基站、通信設(shè)備及計(jì)算機(jī)組成。定位流程如圖3所示。

圖3 室外定位流程

（2）室內(nèi)定位

基于磁場(chǎng)的多源信息融合室內(nèi)定位技術(shù)，融合磁場(chǎng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）、藍(lán)牙和地圖信息，通過采集定位區(qū)域內(nèi)各位置的磁場(chǎng)信息并與所述定位區(qū)域內(nèi)各位置的信息對(duì)應(yīng)，得到數(shù)據(jù)矩陣模型，最終實(shí)現(xiàn)定位。定位流程如圖4所示。

圖4 室內(nèi)定位流程

2.2 人數(shù)統(tǒng)計(jì)

實(shí)現(xiàn)電廠生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方式：①基于三維可視化和地理信息技術(shù)，在電廠全景三維地圖上劃分出電廠生產(chǎn)區(qū)域；②基于室內(nèi)外定位技術(shù)，獲得人員實(shí)時(shí)定位坐標(biāo)；③基于點(diǎn)在多邊形內(nèi)外的判斷算法，判斷人員是否在電廠生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)部。人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法流程如圖5所示。

圖5 人數(shù)統(tǒng)計(jì)算法流程

關(guān)于點(diǎn)在多邊形內(nèi)外的判斷是計(jì)算幾何中較基本但又十分重要的算法。在計(jì)算機(jī)圖形處理、CAD/CAM、人工智能、地理信息系統(tǒng)和科學(xué)計(jì)算可視化中被大量應(yīng)用。本文對(duì)點(diǎn)在多邊形內(nèi)外判斷采用射線法，其原理是從判斷點(diǎn)開始做一條任一方向的射線，由射線與多邊形的交點(diǎn)個(gè)數(shù)判斷點(diǎn)與多邊形的位置關(guān)系。若交點(diǎn)個(gè)數(shù)是奇數(shù)，點(diǎn)位于多邊形內(nèi)；若交點(diǎn)個(gè)數(shù)是偶數(shù)，點(diǎn)位于多邊形外。

3 實(shí)例應(yīng)用

以某電力公司FR電廠為應(yīng)用實(shí)例，在FR電廠部署了室內(nèi)外定位系統(tǒng)，構(gòu)建了三維可視化地圖等融合各功能的模塊，建成了智慧安全管控平臺(tái)。

3.1 定位系統(tǒng)部署

（1）室外定位

在FR電廠部署的室外定位系統(tǒng)主要包含差分基站、定位終端及定位服務(wù)器，如圖6所示。

圖6 差分基站和室外定位終端

（2）室內(nèi)定位

在FR電廠部署的室內(nèi)定位系統(tǒng)主要包含室內(nèi)定位終端、電廠主廠房磁場(chǎng)圖及定位服務(wù)器。磁場(chǎng)圖和室內(nèi)定位采集程序如圖7所示。

圖7 磁場(chǎng)圖和室內(nèi)定位采集程序

室內(nèi)定位終端采用的是榮耀BKL-AL20智能定位手機(jī)，利用智能手機(jī)中的磁傳感器芯片采集測(cè)量磁場(chǎng)數(shù)據(jù)。室內(nèi)定位主要是在電廠主廠房，利用激光掃描儀繪制主廠房尺寸分別為0 m、6.3 m、12.6 m下的二維磁場(chǎng)圖。

3.2 生產(chǎn)區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)

在FR電廠進(jìn)行1∶1的全景三維建模，在三維地圖上劃分出生產(chǎn)區(qū)域，通過定位系統(tǒng)與三維地圖融合，在智慧安全管控平臺(tái)三維地圖上顯示人員實(shí)時(shí)定位，通過作業(yè)人員統(tǒng)計(jì)算法計(jì)算出生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人數(shù)并在平臺(tái)終端顯示，如圖8所示。

圖8 生產(chǎn)區(qū)域作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語

本文依托定位技術(shù)，通過獲取定位坐標(biāo)與算法實(shí)現(xiàn)了電廠生產(chǎn)區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)的方法落地應(yīng)用，并取得了相應(yīng)的實(shí)踐效果。與計(jì)算機(jī)視覺圖像方式統(tǒng)計(jì)人數(shù)相比，此方法避免了誤檢、漏檢等現(xiàn)象，為電廠生產(chǎn)區(qū)域人數(shù)統(tǒng)計(jì)提供了一種新的方法。通過三維可視化+定位技術(shù)的作業(yè)人數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)智慧電廠的智慧安全管控建設(shè)具有實(shí)踐意義。