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1 方案目標概述

1.1 建設背景及行業(yè)面臨的挑戰

（1）監控系統發(fā)展需求：在監控系統的發(fā)展過(guò)程中，從前端攝像頭到信號傳輸到后臺存儲再到后臺對前端設備的控制，各種技術(shù)和設備一直在進(jìn)行著(zhù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，然而絕大部分存量的公共空間分散應用系統依然要靠24小時(shí)人為不間斷通過(guò)大屏幕觀(guān)察解決異常情況的監控問(wèn)題。

（2）工業(yè)智能化的需求：隨著(zhù)智慧水電站、智慧電站、智慧工廠(chǎng)等各工業(yè)領(lǐng)域智能化建設的推進(jìn)，對智慧安防監控技術(shù)的需求旺盛，通過(guò)系統將原來(lái)的工業(yè)攝像頭數據進(jìn)行接入，獲取數據信息，進(jìn)行統一識別分析，對原有監控系統進(jìn)行智能升級。

（3）在很多工業(yè)現場(chǎng)，目前仍采用傳統的人工作業(yè)方式，存在效率偏低，及時(shí)性、安全性不高，可靠性、穩定性偏弱，誤報、漏報現象時(shí)有發(fā)生，無(wú)法及時(shí)快速追蹤現場(chǎng)情況等諸多問(wèn)題。引入工業(yè)智慧運維系統輔助、替代人工檢查，提高檢查效率和運行可靠性。

1.2 主要目標

工業(yè)智慧運維系統以智慧監控為基礎，充分將云計算、人工智能、深度學(xué)習算法、大數據等各項技術(shù)高度融合，在監控中心遠程操控，實(shí)現定時(shí)、周期遙控巡檢，監控及數據報表分析、及時(shí)識別各種報警和異常等數字化、智能化的管理與反饋機制，助力智慧工業(yè)的建設。

1.3 總體概述

工業(yè)智慧運維系統是基于傳統視頻監控系統的智能識別+報警系統，通過(guò)硬件承載軟件系統組成。工業(yè)智慧運維系統產(chǎn)品架構圖如圖1所示。

圖1 工業(yè)智慧運維系統產(chǎn)品架構圖

工業(yè)智慧運維系統主要通過(guò)工業(yè)現場(chǎng)現有的監控設備，采用國內領(lǐng)先的深度學(xué)習算法、大數據處理和分布式集群管理技術(shù)，實(shí)現并發(fā)不少于240路1080P實(shí)時(shí)視頻實(shí)戰平臺分析或不少于240路離線(xiàn)高清視頻的目標結構化分析，實(shí)現在海量歷史視頻文件和圖片中快速查找目標完成工業(yè)場(chǎng)景預警或者嫌疑人鎖定?？蓪?shí)時(shí)輸入區域內的所有監控點(diǎn)的視頻監控抽幀圖片，運用深度學(xué)習算法分析出所有行人特征、車(chē)輛特征以及公共場(chǎng)合內行人行為、設備運行狀態(tài)分析。其識別類(lèi)型主要分為：

（1）人員違規行為識別

對監控視頻中人員的行為規范方面進(jìn)行識別，如有無(wú)正確佩戴安全帽，著(zhù)裝是否規范、是否存在睡覺(jué)、看手機等異常行為。

（2）設備運行狀態(tài)類(lèi)識別

對監控視頻中設備是否存在跑、冒、滴、漏等異?，F象，以及設備是否存在缺陷進(jìn)行識別并報警。

（3）作業(yè)結果類(lèi)識別

針對自動(dòng)化或半自動(dòng)化作業(yè)的結果進(jìn)行無(wú)人檢查并反饋結果。

（4）作業(yè)過(guò)程類(lèi)識別

對作業(yè)過(guò)程情況進(jìn)行無(wú)人化檢查。如輸煤系統皮帶停止、皮帶跑偏、皮帶堆料等異常進(jìn)行識別報警。

2 方案介紹

2.1 系統架構

系統采用分布式系統構架，主要由大數據接入、大數據結構化及存儲、大數據應用平臺三部分組成。

大數據接入負責接入現場(chǎng)各個(gè)監控視頻資源，同時(shí)支持直接導入離線(xiàn)視頻；大數據處理采用深度學(xué)習算法，負責對視頻、圖片數據進(jìn)行轉換、分析處理，將非結構化數據轉化為標準的結構化數據集，供挖掘和分析使用。目前可以支持對視頻中的人、車(chē)輛及人的行為、設備運行狀態(tài)進(jìn)行分析，形成以上目標的矢量特征。大數據存儲中心構建在成熟的云存儲體系之上，具備存儲的復雜均衡，軟硬件的動(dòng)態(tài)擴展和刪除以及數據的自動(dòng)備份和恢復功能，負責對結構化數據集進(jìn)行管理，同時(shí)負責維護系統建立的各種專(zhuān)題庫。大數據應用以IE客戶(hù)端方式提供各類(lèi)視頻流和圖片的可視化展示，諸如統計、報表、報警信息可視化展示，配備聲光報警設備等服務(wù)應用。

工業(yè)智慧運維系統架構如圖2所示。

圖2 工業(yè)智慧運維系統架構

2.2 硬件平臺

（1）PC桌面電腦帶顯卡

（2）NVR數字硬盤(pán)錄像機（用戶(hù)現場(chǎng)提供）

（3）運行環(huán)境

接口系統：獨立服務(wù)器Web端；

CPU：雙核1.5G以上；

顯卡：1024*768，16位色以上。

2.3 軟件平臺

（1）系統開(kāi)發(fā)

操作系統：windows、linux；

集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為eclipse、Myeclipse、IDEA，碼云作為源代碼管理工具。

（2）系統運行

系統采用基于web平臺的java技術(shù)作為主要的開(kāi)發(fā)技術(shù)，jdk版本為1.8.0以上，兼容瀏覽器IE（7.0以上）、360SE、Chrome、Safari、QuikTime、FireFox。

2.4 數據通信

本系統的數據、命令通信協(xié)議采用TCP/IP（Socket）、SOAP、HTTP等協(xié)議。接口系統與web端采用json格式數據進(jìn)行通信。

2.5 安全措施

（1）系統應用于特殊巡檢，故重點(diǎn)考慮數據儲存、數據傳輸的安全性，以及系統的物理安全和管理安全。采用成熟、先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)，確保系統的穩定性。

（2）工業(yè)智慧運維系統滿(mǎn)足“技術(shù)先進(jìn)，安全可靠；功能完善，使用簡(jiǎn)便；靈活機動(dòng)，部署快捷”的應用要求，通過(guò)專(zhuān)業(yè)化、規范化的運維服務(wù)，達到行業(yè)規范和標準的要求，保證設備和系統處于最佳運行狀態(tài)，發(fā)揮系統的最大效能。

（3）系統設有安全權限管理。不同范圍的人員對不同功能模塊有不同的使用權。

3 應用情況

工業(yè)智慧運維系統已在輸煤皮帶廊、鋼廠(chǎng)（四高及精整包裝線(xiàn)）、熱電廠(chǎng)（零米汽機、GIS室、控制室）等場(chǎng)景下開(kāi)展應用，且運行效果俱佳，切實(shí)提高了工業(yè)領(lǐng)域的設備健康水平和管理水平，取得良好示范效應。

下面以輸煤皮帶廊智慧運維系統為例具體說(shuō)明解決方案。

輸煤皮帶智慧運維系統為輸煤系統提供一套完整的無(wú)人值守巡檢解決方案，具備輸煤系統無(wú)人化檢查、輸煤系統皮帶停止、皮帶跑偏、皮帶堆料識別報警等核心功能，配套輸煤系統集控軟件能夠對整個(gè)輸送帶監控設備控制、并能夠對大量的輸送帶系統數據進(jìn)行采集與大數據分析、系統報警為一體的智能化運維。

輸煤皮帶智慧運維系統提供了完整的解決方案，可提高工作人員的巡檢進(jìn)度，對巡檢質(zhì)量實(shí)現由人工管理到電子化管理的轉變，并進(jìn)行考評，保證檢查工作的正常開(kāi)展。管理者可以通過(guò)該系統對閥門(mén)、各管道、線(xiàn)路等設施的巡檢實(shí)現科學(xué)化的管理，同時(shí)依托大數據計算技術(shù)，能夠對異常狀況進(jìn)行提前預判分析，在辦公室內足不出戶(hù)即可通過(guò)各類(lèi)電子報表掌握巡檢的實(shí)施質(zhì)量和設施的運行狀況。

（1）系統采用多種通用協(xié)議：WebSocket協(xié)議、HTTP協(xié)議、TCP/UDP協(xié)議、FTP文件傳輸協(xié)議、RTSP實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議，可接入其他系統及接收其他設備數據。

（2）具有可視化地圖管理模塊，可實(shí)現地圖創(chuàng )建、地圖編輯、巡檢點(diǎn)采集等基本功能，便于巡檢任務(wù)的指定。

（3）后臺界面可根據采集到的數據自動(dòng)產(chǎn)生巡檢報告，分為日、周、月、年和監控報表，并支持對報表的管理、查詢(xún)、自定義。

（4）多巡檢任務(wù)進(jìn)行管理，巡檢列表中包括巡檢點(diǎn)設置、巡檢任務(wù)計劃制定、巡檢任務(wù)瀏覽和巡檢任務(wù)跟蹤等任務(wù)。

（5）提供所有巡檢數據日志報告的導出。

（6）監控后臺能攝像頭進(jìn)行手動(dòng)操作。

（7）服務(wù)器存儲不少于3個(gè)月的設備巡檢圖片。系統定期自動(dòng)備份數據庫數據，防止數據丟失。

（8）集控平臺建設遵循“統一規劃、分級應用”的建設思路，制定一體化的系統架構，實(shí)現數據規范、功能模塊的統一與標準化，具備標準化的數據接口，實(shí)現數據高速交互，數據能夠與運維自動(dòng)化系統等專(zhuān)業(yè)系統互聯(lián)互通。同時(shí)，系統設計具備良好的功能擴展性，既滿(mǎn)足現階段生產(chǎn)需求，又考慮未來(lái)功能升級或網(wǎng)級巡檢中心的數據采集要求。

（9）能將站內已有的安防系統、視頻系統、監控系統融合到我們的機器人進(jìn)行識別分析，并將識別結果存到數據庫，可在管理界面查看，并將故障展示到顯示界面。

（10）平臺架構采用B/S模式，實(shí)現與其他系統的數據通信，按照數據類(lèi)型將數據層劃分為多個(gè)獨立模塊，增加數據的處理效率和提高穩定性。

（11）與第三方平臺進(jìn)行數據對接

操作方式有三種：

一是把系統的單個(gè)功能網(wǎng)頁(yè)給用戶(hù)，用戶(hù)把網(wǎng)頁(yè)嵌入到用戶(hù)已有系統，進(jìn)行對應的數據展示；

二是給用戶(hù)提供數據接口，用戶(hù)可以通過(guò)接口獲取巡檢系統相應的數據；

三是甲方提供數據接口，可以向用戶(hù)的數據接口寫(xiě)入相應巡檢的數據，進(jìn)行對應的數據展示。

①歷史數據查看功能

可以查看近一年的所有巡檢歷史數據、圖片等?？梢詮臅r(shí)間和檢測對象兩個(gè)維度進(jìn)行查看。

②報表功能

巡檢數據可自動(dòng)形成巡檢報告，并可導出巡檢報表和故障報表。

③報警功能

具備設備檢測數據的分析、診斷、預判及報警功能；報警發(fā)生時(shí)，立即發(fā)出報警信息，并伴有聲光提示，并能人工退出/恢復；報警信號能遠傳。

識別流程圖如圖3所示。

圖3 識別流程圖

4 代表性及推廣價(jià)值

4.1 技術(shù)亮點(diǎn)

（1）智慧能力庫建設：已建立了工業(yè)領(lǐng)域的能力庫，借助圖像視頻采集、標注、深度學(xué)習算法，讓“工業(yè)智慧巡檢系統”在各類(lèi)工業(yè)應用場(chǎng)景中快速應用，持續優(yōu)化演進(jìn)。

（2）全信息感知：系統自動(dòng)監控，全信息感知；用戶(hù)可進(jìn)行定制化、全天候持續不間斷地數據采集。

（3）靈活易用：借助APP工具，對任何一個(gè)攝像頭可進(jìn)行靈活部署和識別能力的賦能，用戶(hù)可進(jìn)行任意的更改，擴展性強，操作簡(jiǎn)單方便。

（4）協(xié)同共享：針對NVR\DVR一個(gè)系統范圍內裝一臺工業(yè)智慧巡檢系統，多臺可匯集共享一個(gè)后臺系統。

（5）邊緣智能+云智能

工業(yè)智慧運維系統通過(guò)搭載具有高可用高穩定性的智能算法板，對實(shí)時(shí)產(chǎn)生的巡檢數據做實(shí)時(shí)智能AI運算處理及數據分析。同時(shí)判斷告警系統是否產(chǎn)生了預警信息，如果產(chǎn)生了預警信息告警系統會(huì )通過(guò)聲音，亮燈等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)預警。同時(shí)會(huì )把處理好的數據結果保存到系統服務(wù)當中，如果告警系統當前和云服務(wù)已經(jīng)聯(lián)通，通過(guò)邊緣智能處理的數據會(huì )實(shí)時(shí)地傳輸至云服務(wù)器，云服務(wù)器可以對數據進(jìn)行大數據分析，分析每個(gè)點(diǎn)位出現預警頻率，在數據足夠充分的情況下甚至能分析出哪些設備將要出現預警，可以提前告知工作人員，提前進(jìn)行查看維護。

邊緣智能，將云計算能力拓展至用戶(hù)現場(chǎng)，可以提供臨時(shí)離線(xiàn)、低延時(shí)的計算服務(wù)，包括消息規則、函數計算、AI推斷。隨著(zhù)收集數據并將其轉換到云端進(jìn)行處理的物聯(lián)網(wǎng)設備數量增加，邊緣智能應運而生?；谶吘売嬎氵@一新型的計算模式，邊緣智能在更加靠近用戶(hù)和數據源頭的網(wǎng)絡(luò )邊緣側這一位置訓練和部署深度學(xué)習模型，從而改善人工智能應用的性能、成本和隱私性。

作為云計算向網(wǎng)絡(luò )邊緣和終端用戶(hù)的擴展，邊緣計算將計算資源和服務(wù)從遠離用戶(hù)的云端下沉到網(wǎng)絡(luò )邊緣側，從而有效降低網(wǎng)絡(luò )延遲和帶寬消耗，并加強隱私保護。相比于傳統應用，物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景下的基于視頻分析、圖像和語(yǔ)音識別技術(shù)等新興人工智能應用的計算和數據都更為密集，對延遲和隱私保護要求也更為嚴苛。同時(shí)大大地降低了用戶(hù)在服務(wù)器集中進(jìn)行運算的硬件成本。

（6）巡檢點(diǎn)位智能快速部署

自動(dòng)獲取NVR的監控設備信息，并對監控設備當前位置進(jìn)點(diǎn)位行初始化。

4.2 經(jīng)濟效益/商業(yè)價(jià)值

“工業(yè)智慧運維系統”直接替代目前部分（大部分）人工觀(guān)察大屏幕監控職責；其二是進(jìn)行異常圖片智慧保存，建立快速檢索機制，進(jìn)一步提升存量系統的建設價(jià)值、解放大量低級無(wú)趣工作下的勞動(dòng)力并對新構建的分散性監控系統提升價(jià)值。在大數據技術(shù)支持下，對公共空間的安全風(fēng)險進(jìn)行預測和警報，真正提升公共空間的安全性降低各種安全風(fēng)險。

“工業(yè)智慧運維系統”產(chǎn)品具有存儲輕量化（視頻數據經(jīng)過(guò)結構化處理，輸出形式為圖片甚至文本，極大地降低了占用的存儲空間和傳輸壓力）、處理高效化（具有高性能并行處理能力，并支多線(xiàn)程圖片幀抓取，能成倍提高視頻數據的結構化處理能力）、應用多樣化（系統內嵌應用管理系統，能夠提供統計、報表、報警信息可視化展示，配備聲光報警設備等各類(lèi)豐富應用）特點(diǎn)，其應用面廣，用戶(hù)接受度高，商業(yè)價(jià)值高。

4.3 社會(huì )價(jià)值

“工業(yè)智慧運維系統”充分將云計算、人工智能、深度學(xué)習算法、大數據處理等各項技術(shù)高度融合，實(shí)現定時(shí)、周期遙控巡檢，監控及數據報表分析、及時(shí)識別各種報警和異常等數字化、智能化的管理與反饋機制，解決現有監控系統的痛點(diǎn)問(wèn)題（如系統自身無(wú)法提前預警、人工監視存在遺漏、人式監視低效枯燥、事后取證復雜、存儲時(shí)間受限、存儲數據價(jià)值無(wú)開(kāi)發(fā)等），減輕（替代）人工作業(yè)（檢查、監視）勞動(dòng)強度，提高作業(yè)效率、解決及時(shí)性、安全性、可靠性及穩定性問(wèn)題。

隨著(zhù)智慧水電站、智慧電站、智慧工廠(chǎng)等各工業(yè)領(lǐng)域智能化建設的推進(jìn)，以及智慧城市、智慧醫院、智慧學(xué)校等其它領(lǐng)域智能化建設從概念走向落地，對智慧安防監控技術(shù)的需求旺盛，通過(guò)系統將原來(lái)的工業(yè)攝像頭數據進(jìn)行接入，獲取數據信息，進(jìn)行統一識別分析，形成智慧運維系統（智慧化視頻監控），解決公共空間監控系統的直接升級。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年10月刊