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发布时间：2021-04-27 16:53所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：为满足水电厂环境监测与风险预警高效化、智能化需求，设计了一套监测预警系统。通过对水、船、物、人等数据的感知，保障了水域可视化以及工厂安全。利用智能视频设备与AI智能分析平台对大坝关键位置进行实时监控，报告水位和流速情况，完成漂浮物告警
摘要：为满足水电厂环境监测与风险预警高效化、智能化需求，设计了一套监测预警系统。通过对水、船、物、人等数据的感知，保障了水域可视化以及工厂安全。利用智能视频设备与AI智能分析平台对大坝关键位置进行实时监控，报告水位和流速情况，完成漂浮物告警弹窗与船舶智能分析;基于智慧消防物联网平台与AR全景可视化系统，实现仪表智能读取与告警联动。智慧电厂实测结果与现场勘察一致，能够为水域管理及故障识别提供全面的数据支撑。
关键词：水域分析;船舶监控;智慧消防;AR全景可视化;智慧电厂
水电厂通常建在偏僻山区，为了充分利用水资源，一条水系往往开发多个梯级电站，电站间距离远、分布广、设备多，监控与预警管理困难。随着AI技术的发展，发电厂为实现“关门电厂”目标，视频监控与预警系统向高清化、智能化方向发展。目前水利水电公司的视频监控系统只能实现基础视频预览、录像回放等功能。视频录像利用价值不高，智能化水平低下，尚处于对设备属性信息的管理层面，无法直观地表达设备的空间信息[1]。
环境论文范例：我国水处理中环境监测技术及污染防治探析
现场环境监测主要由工厂员工进行线下巡逻报告实现，容易产生监管不力、效率低下的后果。同时由于水电厂的特殊地理位置，员工自身安全不能得到有效保障。智能视频监测技术在一定程度上能降低人员的巡逻难度，提高生产安全性。传统消防系统依赖火灾报警主机实现本地报警和处理，信息无法通过网络传输到集控中心。告警时集控中心人员须到现场进行火灾确认和灭火控制，易延误灭火救援时机。
随着“物联网”概念的兴起，需要提出一套完整的智慧消防物联网规划。本文采用智能视频技术，实现电厂端水尺识别、设备状态监测、智能读表、AR全景可视化告警等应用，将传统的视频监控系统“只能看”转化为数据“智能标签化”，充分挖掘了视频监控系统的价值。智慧电厂方案的实施可提高电厂的安防水平与设备管理的效率，促进电厂的安全生产，为助力电力公司大数据系统的建设奠定基础。
1智慧电厂概述
1.1基本概念
智慧电厂[2]监控系统主要根据电厂的生产工艺、生产操作、生产环境和生产管理等不同现场需求，配置深度智能摄像机、高清摄像机、热成像摄像机等边缘节点设备[3]，配合中心管理平台，辅助生产运营，实现水域分析与船舶监控，在保证生产安全前提下提高电厂生产质量和效率。智慧风险预警则以“预防为主，防消结合”为指导思想，将消防工作由被动管理转向实时主动监测，智能读取仪表的数据，并预测设备的使用情况，最大限度地降低火灾发生概率，减小电厂管理部门压力。
1.2建设目标
结合先进的数字化和信息化技术，逐步实现水利水电建设的自动管理。将安全生产涉及的要素及其数据统一集中到智能化管理平台，便于大坝汛期全方位指挥调度。智慧电厂建设目标如下：为降低汛期值班人员的巡视工作量和危险系数，同时方便查看雨水数据与视频监控图像，希望通过一套智能视频系统将大坝上面的水尺刻度数据、大坝上游视频、溢洪道视频与大坝下游视频等在一个显示界面上进行实时展示。除了水域监测，系统还包括船只统计与分析，设备热成像预警与 AR全景可视化告警，以便根据分析结果，采取对应的安全生产管理措施。
1.3系统建设
智慧电厂系统建设总拓扑图由边缘节点、传输网络、中心系统和安全生产应用4个部分组成。基于水电站水、船、物、人等感知数据，与水电站的生产业务关联[4]，为安全生产及安防预警保驾护航。 边缘节点对站内的智能工业电视系统、智能视频周界系统、智能一脸通系统、热成像测温系统、环境监测与智能控制系统等进行了整合。
主要负责水电站信息采集、编码、存储及上传，实现智能化应用和自动化联动。传输网络与其内部网络是一个统一的整体，用于边缘节点与监控中心之间的通信以及各级监控中心之间的级联。前端系统的音视频、环境量、报警等基础信息通过网络可上传至边缘域和云中心，供各级管理职能部门和生产运营部门调用查看。监控中心系统可管理电站内部的所有设备，通过对边缘节点提取的结构化数据进行智能化分析和大数据应用，满足中心系统用户对整体态势把控的需求。安全生产应用主要包括人员管理、作业管控、智能巡检、生产复核和环境监测等模块。主要是对生产过程中的人员行为、机械设备状态、环境因素等进行实时监测和智能化的分析，保证人员与设备安全。
2应用及分析
2.1环境监测
2.1.1水域分析
通过在大坝上部署智能视频设备，对大坝关键位置(如大坝上游、大坝下游、溢洪道、闸门、水尺等)进行实时监控，报告水尺数据并分析雨水流量。 通过在水域周围部署高清智能摄像机，配套后端智能分析服务器和AI智能分析平台，可实现河道上漂浮物的检测预警。保障了水域航道通畅，船 只安全通行，闸门正常开闭。漂浮物检测系统由前端高清智能球机、传输网络、漂浮物智能检测服务器及综合管理平台组成。
前端摄像机负责定时抓拍，漂浮物检测服务器对接收图片进行分析。若检测出有漂浮物，则将报警信息推送至平台，平台接收告警弹窗后，可进行人工审核。环境监测系统采用热成像双光谱云台摄像机，兼具热成像机芯与可见光机芯两种机芯，可采集热成像视频图像与可见光视频图像。在能见度情况良好情况下，利用可见光视频查看大坝详细情况。在能见度较差的天气情况以及夜间低照度环境下利用热成像视频图像查看漂浮物轮廓及动态信息。其中，可见光图像分辨率为1920×1080pixel，热成像图像分辨率为640×512pixel。双光谱云台消除了传统监测设备在能见度低时成像模糊的缺陷。
2.1.2船舶监控通过AI技术智能识别大坝上游来船，可实现进出船流量监测。结合不同分析模块能够进一步完成船舶智能检测分析。
2.2风险预警水电站所在地区雨雾天气的比例较高，同时厂房全景监控亦十分重要，因此在水电站大坝上下游实现视频风险预警需考虑透雾性及监控范围。热成像在线测温是一种比较特殊的在线监测方式，通过非接触方式检测设备温度和运行状态，对复杂环境(大雾、大雨、黑夜)进行有效监控，极大提高了水域预警系统的实用性。在安全生产区域安装在线式热成像与AR全景摄像机，对重点设备进行24h多预置位监视，可以判断设备过热故障并对厂房进行全方位分析，有效避免由于设备异常或非法入侵导致的事故。风险预警体系包括智慧消防物联网平台与AR全景可视化告警。
2.2.1智慧消防物联网为助力智慧电厂建设，推动安防系统与生产系统的联动融合，帮助管理人员轻松、快捷、规范操作，通过各类传感器，自动采集、处理和发送被监测状态信息，并利用深度学习算法的视频智能识别技术，构建了智慧消防物联网[7-8]系统。平台业务主线自下而上依次分层，包括支撑层、服务层、应用层及表现层。支撑层分为硬件支撑平台和软件支撑平台。硬件支撑平台包括传感器设备、物联网设备、视频监控设备、服务器、网络等;软件支撑平台包括操作系统、数据库、Web应用中间件等。
3结论
智慧工程是近几年兴起的新型管理概念，已在科学和工程的许多方面完成一系列研究。以水电站厂房环境及其设备为研究对象，采用智能监测与预警方法，对水电站厂的智能化发展方案进行深入分析。非专业人员可以直观、形象地观察到整个系统的动态变化过程，减少传统监控劳动成本，降低设备故障风险。基于水电站环境监测与风险预警系统，实现了水电厂的水域分析及船舶监控智能化，完成了仪器设备在线检测与AR全景拼接的告警联动。有效推动了中国水利水电工程设计与管理向科学化、智能化方向发展，为智慧水电站工程建设提供了有效的参考价值。随着研究的不断深入，水电站监测与预警系统将趋于完善，逐步实现智能监控、精细管理、智能预警的目标。
参考文献
[1]吕灵芝，于鹏杰，李建强，等.中小型智能水电厂体系结构与改造路线探讨[J].工程技术，2016(5)：60-62.
[2]唐茂颖，段斌，肖培伟，等.双江口水电站智能地下工程系统建设方案研究[J].地下空间与工程学报，2017，13(S2)：508-512.
[3]何晓红.水电厂远程图像监控系统的开发和应用[J].水利水电科技进展，2003，23(4)：55-57.
[4]刘海滨，董海洋，秦晓康，等.水电站智能监控服务支持系统研究与应用[J].水电能源科学，2018，36(8)：162-165，213.
[5]王莹.基于光学图像的通航船舶流量及异常航迹检测方法研究[D].桂林：桂林电子科技大学，2013.
[6]周勇.基于计算机视觉技术的内河船舶智能监控系统研究与实现[D].上海：上海交通大学，2016.
[7]陈琪锋.传感器在智慧消防物联网云平台中的应用与设计[J].电子技术与软件工程，2019(2)：84.
[8]丁宏军.基于物联网技术的智慧消防建设[J].消防技术与产品信息，2017(5)：67-69.
[9]任勇.一种基于热成像温差分析报警的烟火识别及报警联动装置：CN207337609U[P].2018-05-08.
作者：于春泽
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《智慧电厂环境监测与风险预警系统研究与应用》