智能監(jiān)控分析技術(shù)助推石油化工企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級

何英博

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

0 引言

石化行業(yè)作為國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，正處于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵時期。現(xiàn)階段，針對石化企業(yè)的各類需求，智能監(jiān)控分析在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的深度融合中越來越完備，可以適應(yīng)數(shù)字化、智慧化、智能化領(lǐng)域發(fā)展的新趨勢，以軟硬件結(jié)合的方式加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型的步伐，實現(xiàn)高安全、高要求、高質(zhì)量、高效率的運行模式。

智能監(jiān)控分析技術(shù)要解決人工現(xiàn)場監(jiān)控和實時現(xiàn)場決策中存在的交涉問題，把現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)護儀的可見、可知、可感的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)識別監(jiān)控報警平臺，用數(shù)據(jù)信息的分析結(jié)果填充數(shù)據(jù)庫，支撐智能化轉(zhuǎn)型升級[1]。

1 智能監(jiān)控分析業(yè)務(wù)痛點

目前，石化企業(yè)存在監(jiān)護范圍達不到全方位、現(xiàn)場作業(yè)交互效率不高、特殊區(qū)域作業(yè)內(nèi)存在危險、廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在盲區(qū)、視頻實時回傳無法解析、其他業(yè)務(wù)范圍仍待拓展等業(yè)務(wù)需求。在研發(fā)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)智能監(jiān)控分析技術(shù)時，針對多個應(yīng)用場景展開科研分析是非常有必要的，可以形成運行安全高效的區(qū)域監(jiān)護系統(tǒng)，并實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集分析、實現(xiàn)自動報警、突發(fā)事件應(yīng)急處理等功能。

（1）監(jiān)護范圍達不到全方位：石化區(qū)內(nèi)有大量的臨時施工作業(yè)范圍存在視頻監(jiān)控盲區(qū)，需要監(jiān)護人員全程監(jiān)護。為解決安全施工中存在的風險隱患，需要軟硬件聯(lián)合監(jiān)護，保障安全施工。

（2）現(xiàn)場作業(yè)交互效率不高：企業(yè)需要監(jiān)護人員前往現(xiàn)場，用紙質(zhì)或App 電子作業(yè)許可系統(tǒng)進行許可認證，但施工點位多、距離遠，導(dǎo)致每次施工前開票時間極長。據(jù)不完全統(tǒng)計，施工隊平均需要等待1h 左右才可取得作業(yè)票，時間成本高，難以切實維修設(shè)備[2]。

（3）特殊作業(yè)區(qū)域內(nèi)存在風險：在高塔、火炬等廠區(qū)高處施工時，現(xiàn)場監(jiān)護人員會因?qū)崟r管控的要求同施工人員一起就位，而且作業(yè)空間十分狹窄，嚴重擠占作業(yè)空間資源，受影響的施工操作極易發(fā)生危險事故。

（4）廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在盲區(qū)：企業(yè)對于如鉆井、裝置區(qū)設(shè)備等需長時間施工才會解決的施工內(nèi)容，多采用布設(shè)監(jiān)控攝像頭的方案，處理挖溝、埋線等現(xiàn)場操作事項，施工成本高且時間長。傳統(tǒng)4G 無線布控球雖然可以解決布線施工難的問題，但是4G 網(wǎng)絡(luò)寬帶低，再加上存在多處施工點，難以保障監(jiān)控視頻的清晰度。且市面上多為單目布控球，存在監(jiān)控盲區(qū)。多數(shù)布控球不具備智能分析功能，需要工作人員時刻監(jiān)控并發(fā)現(xiàn)問題。

（5）視頻實時回傳無法解析：石化區(qū)的作業(yè)場景不同于其他行業(yè)，由于缺乏大量案例分析，數(shù)據(jù)庫不成熟，不能應(yīng)用成熟的AI 圖像識別技術(shù)[3]?，F(xiàn)如今，現(xiàn)場作業(yè)中違章識別、煙霧內(nèi)的行為識別、烴檢測等還存在諸多空檔，需要進行廣泛測試和對比分析。在健全AI 識別模型方面，行業(yè)上還未有應(yīng)用案例，需要充分考慮多樣應(yīng)用場景所帶來的復(fù)雜性，投入充足的樣本進行訓練，接軌轉(zhuǎn)型發(fā)展的新篇章。

2 智能監(jiān)控分析解決方案

智能監(jiān)控分析解決方案以“硬件+平臺”的技術(shù)路線為主方向，通過作業(yè)監(jiān)護儀的AI 算法模型，對各類數(shù)據(jù)進行分析識別、實時報警，并實時回傳到智能監(jiān)控分析平臺，輔助工作人員監(jiān)管和規(guī)范作業(yè)內(nèi)容，保障施工人員的工作安全。硬件層采用本安電源，路由器采用多路供電，自行開發(fā)出ARM 架構(gòu)，整體架構(gòu)涉及紅外影像、變焦定焦的功能展示；平臺層分為分析、識別、報警三項功能服務(wù)，涉及數(shù)據(jù)流設(shè)計和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。主體思路上，智能監(jiān)護儀會將采集到的視頻流接入存儲器中，現(xiàn)有的智能監(jiān)控分析平臺可以獲取存儲器中的視頻數(shù)據(jù)，推送至AI 推理服務(wù)、AI 訓練服務(wù)中。

在深入研究計算機視覺技術(shù)的過程中，不僅要高效化運用機器視覺，而且要對復(fù)雜應(yīng)用場景中結(jié)構(gòu)化的人、物、景進行快速分析，拓展到石化區(qū)多樣化的作業(yè)場景，實現(xiàn)監(jiān)控預(yù)警的目的。傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)采集到的圖像中，數(shù)據(jù)本身并沒有價值，深入挖掘數(shù)據(jù)的真相才能產(chǎn)生實用價值。投入大量的樣本，在設(shè)備端和平臺端對數(shù)據(jù)展開深度學習。它模擬人腦的分析學習能力和行為思考能力，用新的監(jiān)控方式實現(xiàn)智能保護。

智能監(jiān)控分析技術(shù)立足于石化企業(yè)去頂層設(shè)計，后期可擴展到除安防系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)。一方面，系統(tǒng)要采用開放性、標準化的設(shè)備、軟件及信息資源，與原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫相連接；另一方面，系統(tǒng)也秉承創(chuàng)新理念，未來對于可能增添的新的子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、功能、用戶都會留有接口和二次開發(fā)API，更迭出先進和成熟的技術(shù)，使產(chǎn)品和技術(shù)在很長的生命周期內(nèi)有持續(xù)的可維護性和可擴展性。其技術(shù)的可靠性原則、安全性原則、智能化原則更符合后續(xù)的系統(tǒng)建設(shè)。

3 智能監(jiān)控分析技術(shù)框架

智能監(jiān)控分析技術(shù)在設(shè)計理念上，將架構(gòu)體系全覆蓋到應(yīng)用場景中。通過對現(xiàn)場作業(yè)視頻的全景分析，可以對人員管控、環(huán)境監(jiān)測、事故應(yīng)急等業(yè)務(wù)需求及時進行協(xié)調(diào)處理。管理人員可以根據(jù)智能監(jiān)控分析平臺反饋的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)操作流程，警示并解決現(xiàn)場作業(yè)期間穿戴安全、邊界入侵、高空墜物等異常情況的出現(xiàn)。除此之外，針對某些油氣泄露區(qū)域、重點監(jiān)護機泵區(qū)域，可以采取強化檢測的手段，將多臺設(shè)備端部署到現(xiàn)場，展開無死角、不間斷的管控，從而降低現(xiàn)場人員的巡檢頻次，解決安全管理的需要。應(yīng)用本身解決的是處理現(xiàn)場異常響應(yīng)的力度和速度問題，降低現(xiàn)場風險發(fā)生的概率，協(xié)同現(xiàn)場作業(yè)受控系統(tǒng)來達到更好的現(xiàn)場安全管控效果。Web 服務(wù)器Nginx 做反向代理，采用MYSQL 數(shù)據(jù)庫，使請求分布到應(yīng)用服務(wù)器微服務(wù)集群中，從而達到負載均衡的目的[4]。

平臺系統(tǒng)選擇spring-Boot-grpc 架構(gòu)，融合了微服務(wù)架構(gòu)的理念，是現(xiàn)代開源的高性能RPC 框架，可以在任何環(huán)境下運行?？梢詫?shù)據(jù)中心內(nèi)核跨數(shù)據(jù)中心有效地服務(wù)于可拔插的負載均衡、跟蹤、健康檢查和認證。這樣的技術(shù)框架也適用于分布式計算，將不同設(shè)備、移動應(yīng)用程序和瀏覽器連接到后端服務(wù)?；贖TTP/2 傳輸?shù)碾p向流式傳輸，可拔插的認證、跟蹤、負載均衡和健康檢查。

系統(tǒng)架構(gòu)以“總平臺集中管理，分平臺獨立互聯(lián)”為目標。總監(jiān)控平臺中心部署上級平臺，通過級聯(lián)方式集成下級視頻匯聚設(shè)備，實現(xiàn)控制指令和視頻數(shù)據(jù)的傳遞和交互。方案的核心價值體現(xiàn)在視頻的整合能力、應(yīng)用的擴展能力、網(wǎng)絡(luò)的安全性能和平臺的集成性能方面，把采集來的分布式視頻在平臺上高度統(tǒng)一管理起來，達到多方落地、多方共享、多方協(xié)同的優(yōu)勢[5]。

（1）系統(tǒng)平臺能力：通過基于IP 數(shù)據(jù)交換的“高內(nèi)聚、松耦合”的方式完成系統(tǒng)聚合，組成大型分布式視頻集成系統(tǒng)，滿足多層級、多地域、高并發(fā)的系統(tǒng)應(yīng)用需求。未來，統(tǒng)一管理專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)上萬視頻點位是集中管理模式的標配，能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通。

（2）系統(tǒng)分析能力：AI 推理分析系統(tǒng)，采用高性能的GPU 服務(wù)器，搭配智能算法，對視頻監(jiān)控中的百路重點位置視頻展開智能化分析。不限于火焰識別、安全帽識別、工作服識別、抽煙識別、打手機識別等多種算法分析，利用人工智能技術(shù)模擬仿真現(xiàn)有應(yīng)用場景的各類行為動作，為未來提供技術(shù)優(yōu)化支持，提升識別率。其可擴展和可進化的智能化算法，不局限于滿足以上行為的分析，還具備后期為其他算法提供擴展支持的能力。

（3）系統(tǒng)層級設(shè)計：具備PaaS 層和SaaS 層兩大核心層級，PaaS 層基于大數(shù)據(jù)、云計算、AI 技術(shù)體系來承擔基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建，解決大數(shù)據(jù)場景下的數(shù)據(jù)接入、存儲、匯聚、容錯等難題；SaaS 層基于PaaS 層的能力進行封裝，對外輸出行業(yè)化價值。

4 智能監(jiān)控分析技術(shù)簡介

智能監(jiān)控分析技術(shù)的核心價值是運用技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動力推進“硬件+平臺”式解決方案，為企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型打下高效互聯(lián)的軟硬件基礎(chǔ)。軟件層面可以匯聚集成硬件層的數(shù)據(jù)，接入各類數(shù)據(jù)展開全面分析。不同的行業(yè)會有不同服務(wù)形式的劃分，設(shè)計出適配石化區(qū)內(nèi)應(yīng)用場景的服務(wù)架構(gòu)，其中針對視頻流像素分辨率、照度有下限標準要求，使其準確率隨著后續(xù)數(shù)據(jù)樣本在數(shù)量、質(zhì)量上的不斷投入變得更加精確。

智能監(jiān)控分析技術(shù)的服務(wù)組成包括六大層。（1）表現(xiàn)層：可以接受用戶傳輸來的數(shù)據(jù),并將交互式操作界面投入系統(tǒng)運行，將最終顯示數(shù)據(jù)給用戶端；（2）數(shù)據(jù)交換層：客戶端可以通過HTTP 協(xié)議、JSON、XML 方式與服務(wù)端交換數(shù)據(jù)；（3）服務(wù)支持層：Nginx 應(yīng)用負載均衡，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能負載均衡的Tomcat 集群，以及基于系統(tǒng)應(yīng)用模塊拓展出來的微服務(wù)，可上傳文件至微服務(wù)中。其最大的優(yōu)點是大多應(yīng)用程序能夠比傳統(tǒng)的應(yīng)用程序更高效地調(diào)用計算資源，也是由于它們會通過擴展組件的方式來突破功能瓶頸問題；（4）服務(wù)實現(xiàn)層：系統(tǒng)主要技術(shù)體現(xiàn)；（5）數(shù)據(jù)存儲層：數(shù)據(jù)存儲層主要采用Redis 和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫；（6）基礎(chǔ)設(shè)施層：Tomcat 應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)層是由多個小業(yè)務(wù)單元的微服務(wù)組成，不同的微服務(wù)分布在不同的物理機服務(wù)器上，并且會進行冗余部署，以實現(xiàn)去中心化，保證服務(wù)的高可用性。

5 智能監(jiān)控分析實施方法

基于現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)護儀及企業(yè)系統(tǒng)平臺的交互，將前端可視化、AI 數(shù)據(jù)分析、喊話報警平臺異常事件回溯等功能整合起來，用人工智能和圖像處理相關(guān)技術(shù)，對監(jiān)控內(nèi)容進行自動捕捉、智能識別、快速處理，實現(xiàn)對作業(yè)人員違規(guī)行為、作業(yè)環(huán)境異常事件的監(jiān)控分析，用報警燈來警示傳達氣體泄漏等異常狀況[6]。

生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域的現(xiàn)場作業(yè)監(jiān)護儀具備分析識別、實時報警的功能，能夠通過利用自研的AI 算法模型，達到安全監(jiān)控的目的。本技術(shù)旨在加快現(xiàn)場異常響應(yīng)和處置速度，降低現(xiàn)場風險引發(fā)后果的嚴重程度，協(xié)同現(xiàn)場作業(yè)受控系統(tǒng)，達到更好的現(xiàn)場安全管控效果。

6 結(jié)語

智能監(jiān)控分析技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用應(yīng)與前沿技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合，將先進的視頻監(jiān)控技術(shù)與圖像處理技術(shù)融合起來，應(yīng)用于石化企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)區(qū)多樣化的場景，最終將高清直觀、動態(tài)捕捉的圖像信息及時高效地呈現(xiàn)在值班人員及決策者面前，為石化企業(yè)安全生產(chǎn)的進行提供有力的保障及支撐，具備極大的研究價值及應(yīng)用前景[7]。

現(xiàn)階段，隨著人工智能、計算機視覺等技術(shù)與石化行業(yè)領(lǐng)域的深度融合，數(shù)字化轉(zhuǎn)型會成為未來的關(guān)鍵，需統(tǒng)一標準、統(tǒng)一規(guī)劃，將人工智能技術(shù)深度融合到系統(tǒng)集成化平臺，實現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享。石化行業(yè)需要的是資源集中管理，共享、協(xié)同、安全，促進平臺資源的綜合創(chuàng)新、融合應(yīng)用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。