核电工程厂址全景管控的探索与实践

刘晓东，王佳俊，刘成刚，王 健，陈海锋，杨云斐

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314303)

0 引言

中共中央、国务院在《质量强国建设纲要》中提出，立足新发展阶段，智能建造将物联网、大数据等新一代信息技术与工业化建造技术深度融合，实现工程建设高效益、低消耗、高质量、低排放。国家能源局和生态环境部联合发布《关于加强核电工程建设质量管理的通知》，进一步明确要充分发挥现代信息化技术在核电建设管理中的作用。为了满足政策要求和项目全生命周期影像数字化存档的需要，本文对某工程用地范围内的场地信息技术管理、数字化图像、视频远程全景监视、全过程监管的方式、设备、软件进行了系统性研究。

1 文献综述和现状分析

经查阅中国知网收录文献，国内未发现能够实现场地信息技术管理、数字化图像、视频远程全景监视、全过程监管要求的电厂厂址专用监控管理系统，但工业视频监控平台等相关信息化技术已经在运行电厂和在建电厂推广应用。

相关应用主要集中在运行电厂和在建电厂两个特殊子项方面。

(1)运行电厂的视频监控系统

运行电厂基于自身需求，以降低人员辐照风险、加强工业监督和事故预防、记录和管理设备状态、创作培训素材为目的[1]，构建了针对全厂重要区域和高风险工作的视频监控系统，并进行相应的技术分析和管理。典型的应用场合包括行车起重机安全监控管理系统[2]、火警联动视频监控系统[3]、水处理系统集中监控[4]等通过多个固定监控探头组网构成的监控系统；除此之外，也有通过安全帽摄像头、手持监控终端等可移动设备构成的监控系统，应用于现场工作的远程指导监督和过程记录，典型的应用有通过移动式视频监测装置(如小型爬行视频机器人)实现远程特殊空间的遥控监测[5]等。

上述系统存在的问题在于：不同应用场景的监控系统相对孤立；不同监控系统的软硬件及功能差别较大；缺乏统一设计、统一整合、统一输出、统一管理；重点区域覆盖面并不相同；图像视频的智能分析技术的应用深度不够；新增、升级、更换设备和网络的成本较大。

(2)在建电厂的视频监控系统

在建电厂的视频监控主要应用于土建、安装的建造相关场景，如对塔吊作业的可视化防碰撞监控[6]、视频安防监控等；也有针对部分子项以及危险作业空间场合专用监控系统，如电厂配套水库的无线监控系统[7]，通过安全帽摄像头、无线布控球、手持监控终端等可移动、可穿戴监控设备构成的受限空间监控系统[8]。整体来看应用场合十分有限，没有适用于对整个建设厂址进行远程、全景、全过程的监视平台。

2 远程管理监控方案论证

为贯彻落实国家能源局和生态环境部2020年12月25日联合发布的《关于加强核电工程建设质量管理的通知》(国能发核电〔2020〕68号)中关于发挥现代信息化技术在核电建设管理中的作用的要求，同时实现某电厂厂址现场的实时、有效动态监控，保存大范围、高精度、大跨度的影像资料，减少人员往返现场产生的资源浪费，本项目旨在探索对某电厂工程用地范围内进行场地信息技术管理、数字化相应图像、视频的远程全景监视、全过程监管，开发核电工程远程管理监控平台。

2.1 系统架构选择

根据工程现场数字化全景全过程监管平台的实际需求，需先确定本平台的软件结构系统。参考不同行业已有监控系统的方案，目前可供选择的方案有4种，如表1所示。

权衡上述四种模式，本系统将采用第三种即C/S与B/S混合体系结构方式，在现场及实时控制的场合采用C/S模式，在C/S模式故障或远程查询浏览的场合采用B/S模式。

2.2 系统框图确定

根据第三代数字监控视频集成化、智能化、实时性、快速性、大容量储存的特点[11]，借鉴已有系统架构，参考不同类别场景的应用方案，结合某电厂厂址数字化全景监控及后续拓展的个性要求，明确工程远程管理监控平台结构拓扑结构如图1所示。

2.3 监控方式选择

远程监控可以采用单点监控组网和高空瞭望两种方式实现，其特点如表2所示。

经过现场踏勘和比对，高空瞭望方式虽部分监控存在盲区，但在当前阶段并不会对项目产生较大影响，可选择合理的安装位置有效减小监控盲区；同时在成本、长期重复利用性和可扩展性方面均存在巨大优势，因此项目最终选择高空瞭望方式。

2.4 远程监控位置的选择

某电厂厂址附近，远程监控设备较为理想的安装位置有2个，分别为某山顶气象塔和某山顶移动通信塔，其优劣对比如表3所示。

表3 监控设备安装位置对比

经现场查勘和比对：某山顶移动通信塔标高较高、监控范围广、监控盲区小；厂址在监控范围内分布均匀、监控效果好；同时能对500 kV/220 kV输电线路廊道区域进行有效监控，避免以往核电项目曾产生的未及时发现输电线路廊道被占用，影响施工进度的问题；可在未来较长时间提供有参考价值的视频监控资料。除产权因素外，移动通信塔方案各方面的条件均优于气象塔方案，另经调查，通信塔产权单位同意租用铁塔用于安放远程监控设备，故监控设备安装位置最终选择为某山顶通信塔处。

2.5 高空瞭望设备的选取

根据实际需求可采用的高空瞭望设备有近、中、远三类[12]如表4所示。

表4 高空瞭望设备对比

通过分析可知，监控距离在1.4 km以上即可覆盖厂址全境，因此选用近距离监控设备不满足要求，中距离监控设备满足要求，远距离设备也满足要求但相较而言存在体积过大、成本过高、震动较难控制、对安装平台的要求较高的问题。综合设备性能和成本因素，中距离高空瞭望云台设备为最佳方案。

2.6 硬件设备选择

2.6.1 摄像机的选择

摄像机采用数字网络摄像机，其具备彩色摄像和黑白摄像功能，彩色摄像适用于现场景物识别，黑白摄像可满足阴天或光照不足情况下的监控需求；摄像机安装于可垂直和水平运动的大型重载云台上，能满足现场360° 旋转全景监控的需求；具备宽动态摄像功能，在日间晴天或多云天气、明暗对比非常强烈的场合均能有效实施监控。

2.6.2 录像机的选择

某电厂一期项目需进行远程、多点监控，可采用网络摄像机开展现场监控、勘查；基于项目推进扩展的需求，可采用NVR(Network Video Recorder即网络硬盘录像机)通过网络接收网络摄像机传输的数字视频码流，并进行存储、管理，实现网络化带来的分布式架构优势，其部署灵活、安装简单、扩展性好，其磁盘存储包含无间断存储和抓拍存储两块存储区域，抓拍画面每一小时截取两秒，方便后期生成整体运维期间高清无压缩精简影像资料。

2.6.3 视频输出设备的选择

为满足某电厂一期项目多种场景及用户实时在线监控需求，采用便携式手持终端、便携式操作终端、显示大屏等视频输出设备。选取屏幕较大、分辨率高、响应速度快、可扩展性好的平板电脑作为手持终端，选择通用型笔记本电脑作为便携式操作终端，显示大屏根据后期现场的需要通过专网置于现场适当位置。

3 使用效果评价

使用远程监控平台分别对距监控设备直线距离620 m的村落房屋、1 400 m的海域、2 500 m的输电线路杆塔进行观测，结果如表5所示。

表5 视频监控效果比较

平台建设完成后，已经能在很大程度上替代人员的对厂址的定期巡检。随着项目的推进，对现场工作质量与安全的监控管理工作也在稳步推进，在目前回填区、海工区的详勘工作中，平台画面能够清晰显示工作人员是否戴安全帽、有无系安全带、潮水位置、现场天气状况、船体及平台的晃动情况、有无着火点，能够清晰辨识出每个人员的动作行为，如图2所示，实现了对现场工作的全天远程监控，对于现场远程发生的危险作业和不规范行为，实行实时远程识别监管。

图2 现场工作情况画面(左侧红圈处放大为右侧画面)

实时保存的视频录像主码流帧率最高分辨率为：50 Hz；25 fps(2 560×1 440)，如图3所示，满足使用要求。关于监控盲区问题，目前有无人机智能巡飞项目正在推进中，作为本项目的补充，可以实现对整个厂址范围的完全监控。

图3 视频画面主要技术指标

根据对距摄像头5 km外采石场的视频画面，平台可以有效识别车辆、工程机械的种类和人员行为。随着项目核准后的建设进度的进一步推进，对正挖、负挖、边坡处理等工作的质量、安全监督也可100%覆盖。待核电项目FCD后乃至正式商运后，仍可作为智慧工地、智慧电厂项目的有效补充持续发挥作用。

4 总结

核电工程远程管理监控平台的建设和使用，对电厂厂址实时动态监控，实现对现场更精准、更及时的监控；生成和保存大范围、高精度、大跨度的影像资料，为电厂建设提供数字化影像资料。本文对场地信息技术管理、数字化相应图像、视频远程全景监视、全过程监管的探索过程，也为后续电厂建设、运维智能化系统的建设和开发积累宝贵经验。