煤礦隱患行為智能監(jiān)察系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

1、    煤礦隱患行為智能監(jiān)察系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用    張柳 趙德偉 康亞偉摘  要：從2000年我國建立煤礦安全監(jiān)察體制開始，全國煤礦安全生產(chǎn)形勢逐年好轉(zhuǎn)，成績顯著?；诖耍撐闹饕獙γ旱V智能隱患監(jiān)察的設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行了分析和研究，推動煤礦智能隱患監(jiān)察手段的變革，進(jìn)一步保障人員的生命安全，希望能為我國的煤礦業(yè)發(fā)展提供幫助。關(guān)鍵詞：煤礦;智能隱患監(jiān)察;ai模型： td76              文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a0 引言蔣莊煤礦隸屬于山東能源棗礦集團(tuán)，地處美麗的微山湖東畔，地里位置

2、優(yōu)越，水陸交通便利。礦井于1979年12月動土興建，1989年6月建成投產(chǎn)，原設(shè)計能力150萬t/年，核定生產(chǎn)能力275萬t/年。30年春華秋實(shí)、風(fēng)雨兼程，礦井現(xiàn)已發(fā)展成為集煤炭生產(chǎn)、洗選加工、熱電聯(lián)產(chǎn)、機(jī)械制造、精細(xì)化工、生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)為一體的國有綜合效益型現(xiàn)代化礦井。1 煤礦智能隱患監(jiān)察1.1 煤礦規(guī)?；a(chǎn)，導(dǎo)致安全監(jiān)管困境2018年1月5日，國家發(fā)改委印發(fā)關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)煤炭企業(yè)兼并重組轉(zhuǎn)型升級的意見，指出：“通過市場機(jī)制、經(jīng)濟(jì)手段、法治辦法，促進(jìn)煤炭企業(yè)加快兼并重組和上下游深度融合發(fā)展，大幅提高煤礦規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化水平，實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。到2020年底，爭取在全國形成若干個具有

3、較強(qiáng)國際競爭力的億噸級特大型煤炭企業(yè)集團(tuán)，發(fā)展和培育一批現(xiàn)代化煤炭企業(yè)集團(tuán)。”合并之后的煤礦，以集團(tuán)方式管理，管理水平隨之提升，但是所管轄的生產(chǎn)范圍變大，作業(yè)區(qū)域變多，管理難度不斷增大。以核定年生產(chǎn)能力275萬t/年的蔣莊煤礦為例，該礦屬于中型煤礦企業(yè)，井田面積36.463 km2。該礦為了及時發(fā)現(xiàn)隱患問題，避免事故發(fā)生，在煤礦井下的重點(diǎn)區(qū)域，建設(shè)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控相機(jī)達(dá)到300余臺，實(shí)現(xiàn)了井下重點(diǎn)場所全覆蓋。在井上建設(shè)了調(diào)度指揮中心，該中心采取24 h值班制，安全管理值班人員實(shí)時盯著各重點(diǎn)位置，監(jiān)控各作業(yè)過程，一旦發(fā)生隱患，遠(yuǎn)程電話通知井下，以期及時消除隱患1.2 煤礦對智能的需求需求

4、較為碎片化，特定碎片化的應(yīng)用算法和應(yīng)用在很大程度上缺乏通用性、單點(diǎn)成本高，難以規(guī)?；?，且多數(shù)應(yīng)用交付復(fù)雜，部署周期長，算法迭代慢。實(shí)際應(yīng)用涉及產(chǎn)品、施工、算法優(yōu)化、信息系統(tǒng)打通、業(yè)務(wù)流程轉(zhuǎn)型等環(huán)節(jié)，整體周期長，需求無法快速變現(xiàn)，應(yīng)用部署后，算法無法快速迭代更新。為了解決這一問題，應(yīng)用ai開放平臺和相關(guān)智能硬件，以輔助應(yīng)用快速落地。2 設(shè)計原則設(shè)計原則共有5點(diǎn)。1）先進(jìn)性。采用基于深度學(xué)習(xí)的視頻智能識別的技術(shù)，利用ai開放平臺進(jìn)行算法快速訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)隱患的智能分析。2） 穩(wěn)定性。系統(tǒng)選擇了井下特定攝像機(jī)，在獲取清晰圖像的同時，采用了深度學(xué)習(xí)算法，對隱患進(jìn)行識別，保證了系統(tǒng)的長時間穩(wěn)定運(yùn)行。3）&#

5、160; 實(shí)用性。以業(yè)務(wù)流程梳理為依據(jù)，選擇相應(yīng)點(diǎn)位安裝智能相機(jī)，且平臺基于b/s架構(gòu)開發(fā)軟件平臺，便于不同人員根據(jù)權(quán)限查看不同結(jié)果。4） 集成性。系統(tǒng)的高度集成一方面可以有效減少系統(tǒng)的故障點(diǎn)，有利于系統(tǒng)的實(shí)施與運(yùn)維，另一方面系統(tǒng)集成可以有效實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)現(xiàn)1臺設(shè)備多種功能，提高信息處理效率，避免過度建設(shè)，以適應(yīng)業(yè)務(wù)未來的發(fā)展要求。5）  可拓展性。平臺軟件可拓展性：采用模塊化設(shè)計，支持功能的模塊化升級，還可與其他平臺作數(shù)據(jù)對接1。3 煤礦智能安全隱患監(jiān)察的應(yīng)用3.1 應(yīng)用概述通過ai開放平臺訓(xùn)練各類隱患智能識別算法，并將算法加載到專用智能設(shè)備，智能設(shè)備將結(jié)果上傳平臺，平臺根據(jù)報警

6、邏輯，實(shí)現(xiàn)隱患的報警和報警處理。3.2 應(yīng)用架構(gòu)井下安全隱患識別是需要整合多個異構(gòu)管理子系統(tǒng)，以網(wǎng)絡(luò)通信及數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，為多個“信息孤島”提供協(xié)同合作的統(tǒng)一平臺，建立一套高集成、高智能化的管理機(jī)制，滿足統(tǒng)一的配置管理、數(shù)據(jù)共享、功能聯(lián)動和業(yè)務(wù)優(yōu)化等系統(tǒng)需求。3.3 應(yīng)用功能主要應(yīng)用、主要功能包括3點(diǎn)。1） ai模型管理。ai模型管理主要提供ai模型下載、模型管理、模型下發(fā)、ai分析任務(wù)下發(fā)等功能，通過高級參數(shù)配置，也可提供ai模型的自動下載、設(shè)備模型自動升級、素材自動上傳的功能。2）  行為監(jiān)管。行為監(jiān)管模塊是c/s客戶端，提供報警事件接收、圖片查看的功能，可批量對報警圖片進(jìn)行正

7、報、誤報判定，并填寫處理意見和責(zé)任單位。3）  視頻監(jiān)控。平臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對前端編碼設(shè)備、后端存儲設(shè)備、中心傳輸顯示設(shè)備、解碼設(shè)備的集中管理和業(yè)務(wù)配置，提供視頻監(jiān)控、錄像回放、解碼上墻、圖片查詢等應(yīng)用。4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計4.1 核心設(shè)備4.1.1 井下相機(jī)圖像的采集是分析的基礎(chǔ)，只有確保畫面清晰，才能進(jìn)行有效分析。但是井下普遍存在光線昏暗、光污染（頭燈、手電、火車燈、衣服反光條）、溫差大等問題，導(dǎo)致圖像模糊，達(dá)不到分析的要求。使用井下專用攝像機(jī)，主要解決3個問題。1）強(qiáng)光抑制功能：避免礦工頭燈、環(huán)境照明等引起的強(qiáng)光影響。2）密封性問題：密封性不好會引起攝像機(jī)內(nèi)部起霧，導(dǎo)致畫面模糊，

8、井下專用相機(jī)會設(shè)置2個腔體，解決密封性差的問題。3）ai分析功能：部分型號具有ai功能，可直接下載ai開放平臺相關(guān)算法。4.1.2 智能nvr智能nvr采用嵌入式設(shè)計，集成高性能gpu模塊，集ipc接入、存儲、管理、控制于一體，可加載深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的自定義智能分析，提升監(jiān)控視頻價值，服務(wù)安防大數(shù)據(jù)時代。智能nvr既可作為nvr進(jìn)行本地獨(dú)立工作，也可聯(lián)網(wǎng)組成一個強(qiáng)大的安全防范系統(tǒng)2。4.2 煤礦隱患行為智能監(jiān)察平臺4.2.1 組建邏輯架構(gòu)該平臺基于“統(tǒng)一軟件技術(shù)架構(gòu)”的先進(jìn)理念設(shè)計，采用業(yè)務(wù)組件化技術(shù)，滿足平臺在業(yè)務(wù)上的彈性擴(kuò)展。該平臺適用于全行業(yè)行為智能監(jiān)管業(yè)務(wù)，對各系統(tǒng)資源進(jìn)行了整合

9、和集中管理，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一部署、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度。該平臺核心開發(fā)了ai模型管理服務(wù)、行為監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)、行為監(jiān)管客戶端3個組件。4.2.2 視頻監(jiān)控 實(shí)時預(yù)覽視頻實(shí)時預(yù)覽即對監(jiān)控實(shí)時畫面的預(yù)覽，包括基礎(chǔ)視頻預(yù)覽、視頻參數(shù)控制、視圖模式的預(yù)覽，平臺與監(jiān)控點(diǎn)所在的攝像機(jī)對講通道的實(shí)時對講、批量廣播以及對具備云臺能力的監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時云臺控制3。 錄像回放錄像回放用于對歷史視頻錄像的查詢、定位、播放、錄像流控、片段下載等應(yīng)用。 事件查詢事件聯(lián)動是煤礦隱患行為智能監(jiān)察系統(tǒng)的事件樞紐。通過對關(guān)鍵資源點(diǎn)配置事件規(guī)則及其聯(lián)動動作，實(shí)現(xiàn)對一些生產(chǎn)過程中的異常情況的告警

10、通知，方便管理人員快速進(jìn)行處置。支持模板方式進(jìn)行事件規(guī)則的配置，支持客戶端、錄像、抓圖、短信、郵件等多種聯(lián)動方式。4.2.3 行為監(jiān)管行為監(jiān)管主要包括3個方面的內(nèi)容。1）事件監(jiān)控。生產(chǎn)過程中檢測到的異常情況會在事件監(jiān)控中實(shí)時展示，可以對有權(quán)限的區(qū)域或者資源進(jìn)行統(tǒng)一查看。支持通過行為類型進(jìn)行篩選展示實(shí)時報警;支持切換卡片模式或者列表模式進(jìn)行報警查看;支持查看當(dāng)天所有的報警以及所有歷史未處置的報警;支持在接收到實(shí)時報警時進(jìn)行聲音提示;支持報警閃爍;支持查看事件的基本信息，查看事件發(fā)生地點(diǎn)的實(shí)時圖像、歷史錄像，查看事件發(fā)生時的抓圖;支持用戶對事件進(jìn)行處置。2）事件檢索。用戶已經(jīng)完成處置的事件可以在事

11、件檢索中進(jìn)行查詢。用戶可以按照行為類型、事件發(fā)生時間、發(fā)生地點(diǎn)、處置意見、處置人員進(jìn)行過濾查詢4。3）違規(guī)行為統(tǒng)計。違規(guī)行為統(tǒng)計中支持對用戶處置為正報的報警進(jìn)行統(tǒng)計并用圖表展示，以便用戶可以更加直觀地了解生產(chǎn)環(huán)境中異常事件的發(fā)生情況。支持按照事件發(fā)生地點(diǎn)對異常事件進(jìn)行統(tǒng)計展示;支持按照日期對異常事件進(jìn)行統(tǒng)計展示;支持按照行為類型對異常事件進(jìn)行統(tǒng)計展示;支持自定義事件范圍異常事件進(jìn)行統(tǒng)計展示。4.2.4 平臺特色平臺特色主要包括4個方面的內(nèi)容。1） 組件化。統(tǒng)一軟件技術(shù)架構(gòu)以組件化方式構(gòu)成系統(tǒng)，集成了消息中間件、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、分布式緩存、應(yīng)用容器、事件分發(fā)、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備接入、存儲接入、短信接入

12、、郵件接入等各類服務(wù)，由各個組件承載相關(guān)服務(wù)能力，提供平臺及支撐組件的各種功能需求。2）可深縮性。平臺根據(jù)項目規(guī)模和應(yīng)用場景，設(shè)計時考慮了各服務(wù)的水平擴(kuò)展能力，尤其是設(shè)備接入、流分發(fā)、流存儲、事件、數(shù)據(jù)庫等關(guān)鍵服務(wù)。3）可維護(hù)性。平臺界面設(shè)計人性化，采用b/s管理，使系統(tǒng)管理和維護(hù)更方便快捷。4）多層次的安全設(shè)計。平臺從設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用多個層面考慮各類安全防護(hù)點(diǎn)，并采用多種安全控制策略。設(shè)備層面：訪問存儲設(shè)備、前端設(shè)備等各類設(shè)備均需通過設(shè)備的身份認(rèn)證才能訪問。網(wǎng)絡(luò)層面：訪問平臺支持https訪問，敏感數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一經(jīng)過安全認(rèn)可的加密方式加密后傳輸，對非本地局域網(wǎng)的外網(wǎng)通過映射少量端口

13、即可訪問平臺。主機(jī)層面：通過操作系統(tǒng)防火墻控制非平臺使用端口的訪問。4.3 ai開放平臺4.3.1 數(shù)據(jù)集管理系統(tǒng)支持訓(xùn)練數(shù)據(jù)集創(chuàng)建、修改、刪除和查看功能，用戶可以創(chuàng)建多個訓(xùn)練數(shù)據(jù)集來支撐不同的模型訓(xùn)練。系統(tǒng)支持從瀏覽器一次上傳多張訓(xùn)練圖片至訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，支持重命名或刪除訓(xùn)練圖片。用戶上傳的數(shù)據(jù)加密后保存在存儲空間中。4.3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)注系統(tǒng)支持快速標(biāo)注訓(xùn)練圖片類別或標(biāo)注訓(xùn)練圖片中的物體位置、名稱，并將標(biāo)注的標(biāo)簽保存。系統(tǒng)支持對一個圖片中的多個物體分別標(biāo)注標(biāo)簽，一張圖片最多支持16種不同類別的標(biāo)簽。4.3.3 模型訓(xùn)練系統(tǒng)支持一鍵訓(xùn)練模型，支持選擇應(yīng)用類型、模型版本和訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。其中，應(yīng)用類型包括云端推理服務(wù)和邊緣端ipc、nvr分析服務(wù)。訓(xùn)練開始時，系統(tǒng)會提示預(yù)計結(jié)束時間。訓(xùn)練時間與訓(xùn)練圖片數(shù)量有關(guān)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)量越大，訓(xùn)練時間越長。5 結(jié)語通過該項目的探索，形成全礦區(qū)