火电厂封闭煤场智能安全管控系统

华能国际电力股份有限公司上安电厂 刘文智 王 钊 华能国际电力股份有限公司河北分公司 刘延达

在我国发电能源构成中火力发电占总发电量比例达60%以上，燃料则是火电厂生产成本中最高的部分，根据不同的火电厂装机容量，燃料支出可占发电成本的较大部分。随着信息技术的提高，我国工业正在向智能化阶段发展。目前我国大部分火力发电机组自动化程度都达到较高水平，信息化基础较好，通过数据分析、图像识别等方式解决现场实际问题成为电力智能化的一种解决方案。煤场中输煤皮带、堆取料机等设备属于对人身危险性较高的设备，加之储煤场地的重要性，对封闭煤场进行全方位监控具有较强的实际需求，同时煤场智能安全管控也是打造数字化煤场过程中不可或缺的一环。

1 功能需求分析

1.1 研究现状

为降低储煤扬尘污染风险，本文研究煤场目前已搭建煤棚实现储煤封闭化存放，目标是建立封闭煤场内部智能安全管控系统。封闭煤场安全主要分为两方面：一是物的安全，包括储煤安全与堆取料设备、输煤皮带等；二是人身安全，人员工作安全在电力生产中属于最重要的因素，在工作中可能会遇到多种危险因素，对人员现场行为实现多方位监控，是提高现场安全管理效果的一项可行手段。

随着计算机技术的不断进步，国内关于煤场智能化方面应用正在逐渐开展。浙江某公司将自动控制、5G 无线通讯、高清视频监控等技术与实际储煤库行车需求相结合，就火电厂煤储库内的行车智能化自动运行给出了较完备的方案[1]；张冬练，李伟等人针对斗轮机定位精度差、管控程序落后等缺点，基于UWB 技术精确定位开发了堆取料指导系统，提升了堆取煤精度[2]。

关于电厂安全监控方面，王鑫结合某电厂安防现状提出智慧电厂安防总体实施规划设计方案，设计了智慧电厂包括智能视频监控系统、智能巡检系统、人员定位系统和智能门禁及出入口车辆管理系统的安防前端系统[3]；薛明华，艾春美等人根据电厂安全现状，针对人员不正确佩戴安全帽进入生产现场作业行为，设计了一种基于掩膜区域卷积神经网络的图像识别算法实现对作业人员安全帽佩戴行为的高精度识别[4]；韩超，马欣欣等人基于对安全监控的需求分析，根据结果提出智慧安全系统整体架构和应用功能，分析、研究和阐述智慧安全新技术在火电厂重大危险源中的应用及价值提升点[5]。

1.2 现状分析

目前燃料运行过程中安全监控方面存在一些痛点：输煤系统运行时值班人员需监视多个画面，在对输煤系统运行状态的监视中难以完全将注意力集中于监控系统。目前监控矩阵观察重点主要在输煤皮带上，且本项目原视频监控系统显示画面数目明显少于摄像头数目，可能造成包含重要信息的视频信息无法及时显示到值班人员面前，漏过一些重要的视频报警。现有的视频监控系统起到的是传统硬盘刻录功能，将一定时间的视频录像数据存储起来，在事件发生后进行视频的查找和调取，可能导致查找录像耗费较多的时间，降低实际事件处理效率。

将智能识别技术与当前业务需求相结合，使用智能视频技术对监控画面中的视频数据进行有效分析，可建立一套智能安全管控系统。根据现场生产安全管理所需制定相应的规则，进行智能识别和报警，将会为运行人员高效监测煤场人、物安全状况带来极大的帮助，从而降低运行人员监控压力，提高安全管理效率。

1.3 功能描述

本项目所在煤场面积大，现场作业人员、车辆多，安全管控难度大。为解决目前煤场监控中的痛点，通过使用高清摄像、网络传输、智能分析、智能识别等先进技术手段搭建智能化煤场中的智能化安全管控系统软件应具备人员、设备、燃煤三方面安全监控功能。

人员安全管理方面：安全帽佩戴识别功能。利用视频监控系统自动识别出人员是否正确佩戴安全帽，若不满足正确佩戴安全帽的要求则生成报警；吸烟识别功能。利用煤场高清监控系统自动识别人员是否有抽烟行为；人员举手识别功能。利用煤场高清监控系统对人员举手动作进行识别报警功能，当现场人员发现问题时可通过该功能及时通知集控运行人员，增加与运行人员的沟通渠道，避免通讯受限等极端情况引发的后果；区域入侵识别功能。利用煤场高清监控系统在汽车沟及其他重点区域内划定虚拟界线作为防入侵区域，若有人闯入该识别区域则快速识别并发出报警；人员倒地识别功能。利用煤场高清监控系统识别人跌倒时的动作，当持续一段时间后自动生成报警，保障人身安全。

煤场设备状态方面：皮带跑偏功能。通过在封闭煤场输煤皮带头部与尾部增加摄像机，实现皮带跑偏报警功能，提高皮带运行安全监控效率；燃煤安全监控方面：烟火识别功能。利用煤场高清监控系统，当储煤区域出现烟、雾、火等情况时迅速检测火情并准确生成报警信号。

2 煤场安全智能管控系统设计

封闭煤场智能安全管理监控系统整体共分为四个层次：现场层、网络层、数据模型层、应用层。

现场层：主要是由高清摄像机进行视频信号的采集，将现场图像信息传输至工业监控网络。采用高清摄像机可以提高图像分辨率，收集更多的视频信息，提高视频监控效率。各高清摄像机的安装位置主要针对不同功能进行确定，面向人员进行监控的摄像机应安装在较低的位置以清晰拍摄工作人员状态，考虑人员经过较多的步道及煤棚出入口位置。针对皮带进行拍摄的摄像头安装位置应位于皮带上方较近处，以确定输煤皮带运行是否正常。

网络层：高清摄像机采集视频信号后接入对应的网络交换机，靠近的网络交换机接入总网络交换机，最终将视频信息以码流的状态输入智能分析终端，实现视频信息数据从现场至服务器端的传输。

数据模型层：其硬件设备主要由智能分析终端和智能识别服务器组成。由智能分析终端对网络数据层输出的数据进行接入和处理，实现视频数据的实时浏览和存储、录像检索和回放等功能，之后将图像特征相关数据送入智能识别服务器中进行煤场安全管控功能算法识别，从而根据现场识别实时输出报警信号。

应用层：主要为基于B/S 结构建立的人机交互界面（图1），分为前台界面与后台界面两部分。在前台界面运行人员可在上位机浏览视频监控画面，根据工作所需对视频信息进行浏览、回放、报警记录查询等操作。数据模型层输出的报警信号采用声光报警与画面显示同时输出的形式第一时间对运行人员进行通知，以避免重要信息被忽略；在后台界面，可对各视频画面对应的识别规则及安全管控区域进行修改，以适应生产现场状况变化及硬件维护需要。

图1 系统应用层结构

3 系统实施与应用

本系统基于煤场原有监控系统升级，利用部分原有摄像机与新增高清摄像机共同构成视频信息采集部分，共新增摄像机23台，型号为DS-2CD7A2D-AQM/TB(2.8～12mm)。其中输煤皮带路基两侧10台，于两侧道路护栏Z 型间隔安装，安装高度2米；煤场出入口正对门安装4台；汽车沟出入口正对门安装2台；汽车沟内部安装3台以覆盖内部全部区域；皮带东侧正对皮带安装2台实现输煤皮带状态监测；连廊与煤棚连接处两侧各安装1台实现对燃煤与堆取料机运行状态检测。新增摄像机后工业电视系统可实现对受监测煤棚全方位24小时监控。

本系统根据数据模型层设计安装4台智能分析终端满足接入多路视频数据的需要，安装1台专用智能识别服务器以满足智能识别算法模型与软件部署的需求。煤场智能安全管理控制系统软件部署上线后，由调试人员针对安全帽识别、工装识别、吸烟识别、人员倒地识别、人员举手识别、皮带跑偏识别、区域入侵识别等不同功能分别进行测试。可发现本系统对人员违规行为识别、输煤皮带跑偏识别、区域入侵识别准确度均较高，烟火识别受堆取料机灯光影响较大，易出现误报情况。

系统正式上线后，实现了封闭煤场全天候、全方位智能监控，改变以往完全由运行人员对监控画面进行监视和分析的模式，依靠计算机强大的算力处理海量视频数据，为用户提供更高效的信息，辅助运行人员决策。

综上，本文建立的煤场智能安全管控系统实现了煤场工业电视监控系统的智能化升级，以智慧化的分析系统辅助运行人员决策，加强了煤场安全风险管控能能力，提升了企业安全风险防范水平。本系统仍存在一些不足，受限于现场复杂工况，系统可能会出现部分误报情况，相信未来会有更先进的技术逐渐应用于电力生产中，带来电力生产安全管理的进一步提升。