一种基于图像识别的电力施工安全告警系统的设计

2021-05-27吴宇红沈先山费继华

农村电气化 2021年5期

吴宇红，郑军，沈先山，林鹏，费继华

（1.国网浙江德清县供电有限公司，浙江湖州313200；2.浙江大学台州研究院，浙江台州318000；3.德清欣电电力建设有限公司，浙江湖州313200）

大中型电力施工场所中一般都会有各种类型的危险区域，需要现场作业人员提高警惕并注意安全。例如在高压有电的区域要避免人员靠近，防止触电；在有大型工程车辆作业的区域，需要和大型工程车辆保持安全距离；也可能会有无防护的高台，不可以太靠近边缘，防止跌落；施工中有可能掉落杂物，需要防止人员进入可能有坠物的区域。此外，施工现场人员混杂，应防止与施工无关的非授权人员进入。

安全生产是施工场所管理的第一要务，但是大中型施工现场往往有作业面积广、现场施工人员分散和安全风险管控点多等特点，从而产生安全管理困难、管理效率低下和安全管理效果不显著等问题。

为了解决施工现场作业人员的安全风险管控问题，已经有了一些可行的解决方案[1-4]，其中利用视频图像识别分析的技术最为成熟，被广泛应用于工业生产领域。

本文所提出的一种电力施工安全告警系统，在前人的一些研究成果之上提升了应用的灵活性，完善了施工现场的安全风险管控流程，能更好并更普遍地适用于各种施工现场。

1 系统结构

统的主要工作原理是由图像识别控制中心实时分析施工现场的多路摄像头所采集的视频监控画面，如检测到异常，图形识别控制中心将向所连接对应的安全告警信息反馈终端发送告警信息。

图1 施工安全告警系统结构

1.1 施工现场图像采集装置

施工现场的图像采集装置主要由高清监控摄像头、红外成像摄像头、电源系统和信号传输系统4大部分组成，它们被安装在了一个可灵活移动的支架上，可以方便地放置在施工现场的危险区域附近，施工现场内可以放置多个图像采集装置。

高清监控摄像头用于获取施工现场的实时清晰图像，为人脸识别、行为分析和危险区域的是否入侵判断提供优质的图像信息。红外成像摄像头用于在现场光线不佳或无法识别出人员的面部特征时，辅助判断人体的行为信息，提高整个系统视频图像分析的准确性。在使用时，将图像采集装置上的摄像头对准需要监控的危险区域即可。

由于整个图像采集装置几乎可以灵活地移动放置在施工现场的任意位置，那么图像采集装置的供电和视频信号传输装置也需要方便移动。施工现场一般不方便进行有线供电和有线视频信号传输，本系统在设计上保留了有线供电和有线视频传输的功能以方便有线连接的应用场合。对于不方便有线连接的应用场合，施工现场图像采集装置的供电将由锂电池进行供电，而视频信号的传输则经由4G/5G移动信号传输。

1.2 图像识别控制中心

图像识别控制中心是整个安全告警系统的中枢，负责信息的输入、处理与输出功能，主要分为信息录入、系统设置管理、图像分析计算和告警信息分发4大模块[5]。

信息录入模块的主要功能为录入施工人员的基本资料，包含姓名、性别、年龄、血型和工种等基本信息，此外最重要的是施工人员的面部特征和体态特征，用于人员识别。

设置管理模块是对整个告警系统的系统设置和人员管理，其最重要的功能为规划危险区域、设置该区域的危险动作和设置参与施工的人员。

图像分析计算模块是整个告警系统的技术核心，承担着危险区域入侵和危险行为分析判断的重要职责。图像分析计算模块接收施工现场的高清摄像头图像信息，辅以红外成像摄像头的人体红外信息，通过人脸识别、体态步伐识别、人工智能和深度学习等前沿技术，判断当前危险区域是否有人员靠近或危险行为[6]，自动产生告警信息。告警信息的级别可分为2 大级别，分别为：进入危险监控范围，需要注意安全；已接近危险区域或有危险行为动作发生，告警立即远离危险区域或停止危险行为动作。

告警信息的分发模块可以根据设置，将不同级别的告警信息发送至施工现场的扩音喇叭、施工现场的管理人员终端和指挥中心的监控大屏上，提示相关人员注意安全风险或者前往施工现场实地查看。

1.3 安全告警信息反馈终端

安全告警信息的反馈终端主要有3 种，分别为扩音喇叭、可移动手持终端和指挥中心大屏幕。

扩音喇叭遍布于整个施工现场，使得在整个施工现场的每个角落都能清楚地听到告警提示音。扩音喇叭可分为全局扩音喇叭和局部扩音喇叭2 种，全局扩音喇叭负责播报全局事件的告警提示音，而局部扩音喇叭一般安装在可灵活移动的施工现场图像采集装置上，这样就能在小范围内播报当前监控区域范围内相对应的告警提示音。

可移动手持终端可以是施工现场管理人员手中的手机等智能设备，当收到来自图像识别控制中心发出的安全告警信息时，施工现场的管理人员可以根据收到的安全告警信息作出相应的风险防范措施，如决定是否前去安全告警信息事发现场查看实地情况等行动。

监控指挥中心的大屏幕上可以看到施工现场的所有实时监控视频和告警信息，在监控指挥中心的工作人员可以根据告警信息发出的现场实际情况作出相应的指挥调度决定。

2 系统的运作方式

2.1 施工现场的布置方式

图2 施工现场布置方式示意图

如图2 为施工现场人员安全告警系统在施工现场的布置方式示意图。图中的标号1 为高清监控摄像头和红外成像摄像头；标号2 为播放局部告警信息用的扩音喇叭；标号3 为阴影部分表示需要被监控告警的监控区域；标号4 为现场的施工人员；标号5为整个施工现场图像采集装置。

由图2 可知，监控摄像头和扩音喇叭被同时安装在了施工现场图像采集装置上，整个施工现场可以根据现场环境的需要，放置任意多个图像采集装置，将摄像头对准需要进行监控并安全告警的区域即可。

2.2 工作流程

型和工种等基本信息，还须录入人员的面部特征和体态特征，为接下来的人脸识别和行为动作识别做好基础的比较数据。

图3 系统工作流程图

接下来在施工现场确定好几处需要进行安全管控的危险区域，在每一处附近放置一个或多个图像采集和告警信息播报装置，将摄像头对准危险识别区域。

在图像识别控制中心，使用专用的软件，调整好每一路的摄像头视野，然后在摄像头的视野范围中画出危险区域的形状轮廓，还可以画出比危险区域范围更大的用于普通级别提醒的区域。对于需要识别危险行为动作的区域，可以在系统的行为动作分析库中勾选要识别的危险行为动作。

在每天开始施工前，需要在管理系统中加入当天参与施工的工作人员，这样能够有效地防止施工场所进入无关人员，当检测到非施工现场人员进入时就会发出告警信息。

在设置完系统必要的基础数据信息后，整个安全告警系统即可自动运行。其核心的检测工作流程为如果在监控范围内识别到了不属于已添加的施工参与人员时将发出告警信息，现场施工管理人员在手持终端收到告警信息后，可以根据情况决定是否前去查看处理；如果检测到了有人进入预警范围时，现场的扩音喇叭将播报普通级别的安全提醒信息；如果检测识别到了有靠近预设的危险区域或危险行为动作时，将在多个终端发布告警信息，提醒注意安全，如果此时还能正确地识别出是谁的话，将会播报出姓名，并记录行为，方便后期考核和对个别人员着重加强安全风险防范的意识。