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1　目標和概述

亞信科技風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地解決方案是亞信科技基于邊緣AI產(chǎn)品+5G專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)形成的綜合的解決方案，主要解決目前風(fēng)電場(chǎng)施工現場(chǎng)的高效監管問(wèn)題。

風(fēng)電施工現場(chǎng)普遍存在地處偏遠、環(huán)境復雜、網(wǎng)絡(luò )覆蓋弱導致管理難、安全事故多發(fā)等問(wèn)題。風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地項目通過(guò)將5G專(zhuān)網(wǎng)、高清攝像頭和邊緣AI結合，打造云網(wǎng)邊端一體的智慧工地解決方案。該方案實(shí)現了偏遠地區的5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋、多個(gè)工地云端統一管控、智能化規范施工過(guò)程，以及實(shí)時(shí)智能發(fā)現安全隱患，從而保障了施工過(guò)程的安全和高效。同時(shí)，該方案也可為后續在風(fēng)電現場(chǎng)實(shí)現信息化、智能化運營(yíng)提供網(wǎng)絡(luò )和軟硬件支撐，充分轉化了現有投資。

2　方案介紹

2.1　方案總體架構

風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地項目，通過(guò)搭建云網(wǎng)邊端一體化的平臺為風(fēng)電工地提供一站式的管理、監控、運營(yíng)以及運維能力。其總體架構如圖1所示。

圖1 亞信科技風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地解決方案架構圖

端：在風(fēng)電施工現場(chǎng)的關(guān)鍵制高點(diǎn)安裝高清攝像頭，對施工過(guò)程、物料擺放以及人員行為提供無(wú)死角的7×24小時(shí)監控，并且能夠遠程控制攝像頭進(jìn)行定期巡檢。

邊：在每一處風(fēng)電施工現場(chǎng)組建小規模監控網(wǎng)絡(luò )，部署亞信自主研發(fā)的邊緣AI一體機，為監控提供AI智能識別能力。該一體機不僅具備強大的AI算力，還配備了5G通信模塊，并且通過(guò)一體化的設計降低了功耗、提升了設備防風(fēng)、防水的能力，能夠適應風(fēng)電施工現場(chǎng)惡劣的環(huán)境，保持高效穩定的運行。

網(wǎng)：使用亞信自主研發(fā)的5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)一體機搭建一條屬于電廠(chǎng)工地專(zhuān)屬的信息高速公路，該一體機采用基于3GPP技術(shù)體制的5G技術(shù)，實(shí)現了電廠(chǎng)施工的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋，解決了風(fēng)電施工在山地的網(wǎng)絡(luò )通信問(wèn)題，為大規模視頻數據的實(shí)時(shí)傳輸、AI模型的協(xié)同提供了超大帶寬、超低時(shí)延、超高安全的通信能力。

云：在電廠(chǎng)內網(wǎng)的機房中，部署云端的AI視頻能力平臺軟件，實(shí)時(shí)監控全部施工現場(chǎng)，調度各個(gè)邊緣AI一體機部署的AI模型，發(fā)生任何異常第一時(shí)間主動(dòng)發(fā)現并通知相關(guān)人員處理。

2.2　邊緣計算能力

考慮到風(fēng)電廠(chǎng)施工現場(chǎng)復雜的現場(chǎng)環(huán)境，在本案例中，亞信科技采用了以“邊緣AI+5G專(zhuān)網(wǎng)”為基礎的云網(wǎng)邊端協(xié)同、軟硬一體的綜合解決方案。

同時(shí)，為了保障AI能力在邊緣端的高度可用和安全，亞信科技采用了多種技術(shù)手段實(shí)現有效的云邊協(xié)同、高效管理。

（1）AI能力部署到邊緣后的高可用保障

AI部署到邊緣執行需要解決的問(wèn)題包括邊緣算力設備的穩定性以及網(wǎng)絡(luò )的質(zhì)量。

邊緣AI算力設備的穩定性：包括硬件的穩定運行以及軟件的強壯程度。亞信邊緣AI一體機經(jīng)過(guò)嚴格的軟硬件一體測試，可根據邊緣端接入的攝像頭個(gè)數以及算法個(gè)數給出匹配的硬件規格，部署相應設備后即可保證在符合預估的條件下穩定運行不宕機。并且，針對風(fēng)電等極端惡劣的環(huán)境，亞信邊緣AI一體機提供Soc一體化芯片解決方案，使得在提供相同算力的基礎下，亞信邊緣AI一體機能耗更低，其無(wú)風(fēng)扇一體化設計比普通的一體機更加適應大風(fēng)、雨水以及揚塵的環(huán)境，保證了AI模型的穩定運行。

網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量穩定：風(fēng)電站施工現場(chǎng)多處于山區等無(wú)人環(huán)境，通常缺少5G基站覆蓋，而AI視頻監控和分析需要滿(mǎn)足高清視頻的實(shí)時(shí)回傳，對網(wǎng)絡(luò )的帶寬、時(shí)延都有很高的要求。亞信5G專(zhuān)網(wǎng)產(chǎn)品采用5G獨立組網(wǎng)方案，即無(wú)線(xiàn)基站、承載網(wǎng)、5G核心網(wǎng)、MEC等全套5G設備下沉至風(fēng)電施工現場(chǎng)，宏基站擬借助施工現場(chǎng)高點(diǎn)架設，不新建鐵塔。小微基站和室分的布置方案和數量根據平面圖和現場(chǎng)勘測設定，確保5G信號覆蓋以及7×24小時(shí)的穩定運行。

（2）復雜天氣下的各類(lèi)AI模型識別準確率提升

后向糾錯機制：視覺(jué)識別模型在實(shí)際應用場(chǎng)景中常因環(huán)境、光線(xiàn)、角度等出現誤識別，尤其在風(fēng)電施工現場(chǎng)這類(lèi)經(jīng)常出現惡劣天氣、環(huán)境因素復雜的場(chǎng)景。本方案通過(guò)應用層后向容錯識別能力，對指定幀數內靜止的目標自動(dòng)剔除，配以手動(dòng)標識誤識別圈選，可大幅增加識別準確率，如圖2所示。對因外形相似、光線(xiàn)干擾、云霧影響等所導致的誤識別進(jìn)行應用層后向處理，并結合“三局兩勝”機制可將識別準確率提升約10%。

圖2 亞信科技風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地解決方案后向糾錯流程

復雜場(chǎng)景多對象檢測跟蹤：使用亞信自主研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)復雜場(chǎng)景多對象檢測跟蹤算法RepRetinaFace（Re-parameterization RetinaFace for Edge Embedded Platform），可保障在復雜環(huán)境下，基于邊緣端有限的算力資源，以最快速度同時(shí)識別多個(gè)人臉，提升了邊緣推理的性能，如圖3所示。

圖3 RepRetinaFace在不同算力卡上的性能提升

（3）邊緣AI推理的實(shí)時(shí)性和高效能保障

高效能邊緣AI處理架構：邊緣AI一體機采用Jetson+DeepStream架構，該架構能夠將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )和其他復雜的處理任務(wù)引入到流處理管道中，以實(shí)現對視頻和其他傳感器數據的近實(shí)時(shí)分析。該架構使用TensorRT進(jìn)行推理或多流解碼，并通過(guò)硬件加速的插件與基礎硬件交互以提供最佳性能。經(jīng)過(guò)實(shí)際測試，在相同的邊緣硬件以及識別環(huán)境下，該架構將總性能從32FPS上升到56FPS左右，提升大約1.8倍。

圖4 DeepStream流程

邊緣算力調度和QoS保障：AI視頻推理高度依賴(lài)GPU等高性能硬件資源，而GPU資源相對有限且昂貴。因此，研究更靈活智能的任務(wù)調度算法及能力，可以進(jìn)一步提升算力資源利用率，提高整體系統容量。本方案通過(guò)采用時(shí)間、觸發(fā)式等多樣化調度技術(shù)，實(shí)現AI資源的按需智能調度，同時(shí)在整體任務(wù)調度框架上同步采用基于QoS的沖突處理機制，確保高優(yōu)先級任務(wù)（如火情監測）可第一時(shí)間執行。在面向風(fēng)電施工這類(lèi)計算機視覺(jué)多模型混合應用的場(chǎng)景下，本方案可有效實(shí)現算力資源的充分復用，可提升業(yè)務(wù)容量約30%。

圖5 算力調度過(guò)程

2.3　方案價(jià)值及優(yōu)勢

本方案定位在基于5G專(zhuān)網(wǎng)組網(wǎng)+邊緣AI識別的智慧化管理領(lǐng)域，它構建了專(zhuān)屬管理體系，替代低效的人工管理，完成人工無(wú)法達成的任務(wù)，減少了安全事故的發(fā)生。

（1）云網(wǎng)邊端協(xié)同，滿(mǎn)足了各類(lèi)角色管理施工現場(chǎng)的需求

總部管理人員、監理或是其他監管機構：可以在總部的云平臺上實(shí)時(shí)監控所有施工現場(chǎng)，與傳統的周期性去現場(chǎng)巡查相比，更加節省成本、高效，能夠隨時(shí)掌握各個(gè)工地的進(jìn)展以及施工過(guò)程情況。

監控人員：可以根據不同施工現場(chǎng)的實(shí)際情況，在云端同步調整AI監控場(chǎng)景，比如，剛開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)的工地，更多的關(guān)注規定的人員是否到位、物料擺放是否合規等，而進(jìn)行中的施工現場(chǎng)，更關(guān)注操作的規范程度、是否有安全隱患等。

施工現場(chǎng)負責人員：可以及時(shí)收到來(lái)自云平臺的監控告警，提醒他們當前工地存在的隱患以及問(wèn)題，第一時(shí)間處理，避免發(fā)生安全事故。

（2）由事后追溯轉為主動(dòng)，使用AI技術(shù)可主動(dòng)發(fā)現施工過(guò)程中的問(wèn)題和隱患

結合工地實(shí)際需求，本方案部署了包含施工安全、設備及物料識別、過(guò)程規范、工地人員管理等多個(gè)方面的幾十個(gè)AI模型。與傳統的依靠人員監控相比，AI技術(shù)能夠7*24小時(shí)不間斷地代替人工監控，加上5G專(zhuān)網(wǎng)的低時(shí)延特性，能夠第一時(shí)間、不遺漏地發(fā)現安全隱患，并通知相關(guān)人員處理。例如，明火、抽煙這類(lèi)容易造成安全事故的隱患，能被及時(shí)通知工地負責人進(jìn)行處理，對于意外發(fā)生的火情也能夠做到最大限度降低損失。

圖6 面向電廠(chǎng)工地的AI能力

（3）快速落地擴展，一體機方式部署更加高效、穩定

亞信5G行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)一體機，將5G核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元、UPF、MEC、交換模塊、BBU（可選）集中在滿(mǎn)足OTII標準的一體機柜當中，實(shí)現即插即用，大大簡(jiǎn)化了專(zhuān)網(wǎng)核心網(wǎng)的部署難度，可實(shí)現單日開(kāi)通。

圖7 亞信邊緣AI一體機

亞信邊緣AI一體機，將AI算力芯片、AI軟件環(huán)境、5G通信模塊、視頻解析能力等整合到滿(mǎn)足3C標準的一體機中，輕量化、標準化交付，開(kāi)機即用，并可根據不同的邊緣算力要求、環(huán)境情況選擇不同規格的邊緣一體機，極大地降低了AI能力部署到邊緣的復雜度。

（4）施工運維一體化，施工結束后可立即轉換成運維能力

風(fēng)電站施工結束后，所有的監控設備、邊緣AI一體機以及5G專(zhuān)網(wǎng)，都可以用于后續電站的遠程運維，只需將對應的AI能力替換成用于設備運維、巡檢的模型即可，從而實(shí)現無(wú)人化管理，節省了運維成本。

2.4　應用與部署案例

該方案成功部署于某風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，年均上網(wǎng)電量約1.4億千瓦時(shí)（度），2022年發(fā)電1億度，建成至今發(fā)電量超過(guò)10億度。為了解決該風(fēng)電施工現場(chǎng)地處偏遠、環(huán)境復雜、網(wǎng)絡(luò )覆蓋弱導致管理難、安全事故多發(fā)等問(wèn)題，亞信科技風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地項目通過(guò)將5G專(zhuān)網(wǎng)、高清攝像頭和邊緣AI結合，打造了云網(wǎng)邊端一體的智慧工地解決方案。該解決方案部署架構如圖8所示。

圖8 亞信科技風(fēng)電廠(chǎng)智慧工地解決方案部署架構圖

3　代表性及推廣價(jià)值

3.1　技術(shù)創(chuàng )新性

本方案通過(guò)創(chuàng )造性的方式，通過(guò)5G+視頻監控+AI技術(shù)，實(shí)現了智能化的工地管理，探索出了一條在高速公路、高鐵等復雜環(huán)境下邊緣AI高效實(shí)施的有效路徑，同時(shí)，也在技術(shù)上不斷地推進(jìn)了5G技術(shù)與AI、大數據等技術(shù)的融合程度。

（1）5G與AI技術(shù)的融合

本項目中5G技術(shù)，尤其是5G專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)的引入，以及亞信科技邊緣AI一體機的引入，通過(guò)軟硬一體、云邊協(xié)同的方式，進(jìn)一步增強了工地復雜環(huán)境下AI監控和分析的實(shí)時(shí)性、管理的云邊協(xié)同性，以及部署實(shí)施的靈活性和便捷性，充分體現了5G時(shí)代AI技術(shù)應用的民主化、工程化、實(shí)時(shí)性和協(xié)同性的特征。

（2）5G與大數據技術(shù)的融合

本項目中5G專(zhuān)網(wǎng)技術(shù)的引入，對于數據傳輸和數據安全也是一次全新的應用實(shí)驗。而5G專(zhuān)網(wǎng)一體機和專(zhuān)網(wǎng)運營(yíng)平臺的引入，更是保證了廠(chǎng)內數據通過(guò)5G專(zhuān)網(wǎng)傳輸，數據不出廠(chǎng)區，設備不共享，與公網(wǎng)完全物理隔離，既有效地將風(fēng)電現場(chǎng)視頻數據、AI分析結果數據引入到電廠(chǎng)的大數據中心，又嚴格確保了信息安全。

3.2　應用成效

本項目實(shí)施以來(lái)，帶來(lái)了顯著(zhù)的經(jīng)濟、社會(huì )和管理效益，具體如下：

（1）經(jīng)濟效益本項目實(shí)施以后，風(fēng)電廠(chǎng)等施工工地智慧化管理和工程設施智慧化運營(yíng)管理進(jìn)一步強化，降本增效效果顯著(zhù)。

在安全巡查方面，替代人工管理，節約人力成本約150萬(wàn)/年；

實(shí)時(shí)視頻故障處理遠程專(zhuān)家會(huì )診，大幅縮減了由于故障導致的檢修停機時(shí)間，粗略估算，相比2021年全年，2022年此項費用節約超過(guò)200萬(wàn)元人民幣；

無(wú)線(xiàn)數據穩定回傳，在新業(yè)務(wù)擴展時(shí)有效避免了對現有光纖資源和固定線(xiàn)路重新鋪設的費用，節省100萬(wàn)元人民幣以上；

通過(guò)實(shí)現實(shí)時(shí)作業(yè)監控，風(fēng)險事件發(fā)現時(shí)長(cháng)由小時(shí)縮短至秒級，實(shí)現了重大風(fēng)險的主動(dòng)預防；配合高效的應急智慧機制，可快速處置突發(fā)事件，挽救了人員和財產(chǎn)的損失，帶來(lái)間接經(jīng)濟效益500萬(wàn)以上。

（2）社會(huì )效益

實(shí)現了全場(chǎng)站的無(wú)線(xiàn)高速覆蓋和邊緣側AI能力部署，打造了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的智慧化建設標桿；

風(fēng)險管控能力由人工轉向自動(dòng)，可及時(shí)發(fā)現危機和潛在風(fēng)險，大幅降低了安全生產(chǎn)事故，實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程零傷亡；

環(huán)境保護由被動(dòng)轉向主動(dòng)，降低了對周邊環(huán)境造成的空氣、噪聲、垃圾等污染，滿(mǎn)足了規范處置和政策監管合規要求。

（3）管理效益

本項目成果有效提升了發(fā)電通信網(wǎng)絡(luò )的建設資金利用率和全生命周期內的經(jīng)濟收益，降低了發(fā)電生產(chǎn)事故風(fēng)險，提高了風(fēng)力發(fā)電的安全生產(chǎn)運營(yíng)水平；

·本項目通過(guò)5G技術(shù)使建筑工地大數量數據和管理指令得到及時(shí)有效傳輸，通過(guò)AI分析模型極大提升了該工地過(guò)去粗放的、單純依靠人力的管理模式；

實(shí)現遠程應急指揮，全流程定位問(wèn)題、挖掘原因，實(shí)現了問(wèn)題可定位、可回溯、可預防、可治理，促進(jìn)了企業(yè)從上到下無(wú)延遲聯(lián)動(dòng)機制;

實(shí)現了遠程運維，提升了項目管理、進(jìn)度管理和質(zhì)量管理的能力和生產(chǎn)效率，推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可持續發(fā)展；

本項目以建設和生產(chǎn)為核心，與辦公、安防等融合，構建統一的智慧管控平臺及風(fēng)險預防體系，以應對建設生產(chǎn)中的規范管理、安全防護以及日益嚴峻的信息安全隱患。

3.3　行業(yè)影響

在風(fēng)電廠(chǎng)等工程建設施工現場(chǎng)，環(huán)境復雜、惡劣，有時(shí)位置偏遠，有時(shí)分布點(diǎn)多面廣，存在著(zhù)環(huán)境污染重、安全事故頻發(fā)、監管難度大、人員管理難、信息化水平低等一系列問(wèn)題。設施建成后，還有著(zhù)火情、區域入侵等危機和風(fēng)險識別的需要，以及規范管理和環(huán)境保護保持的需要。而傳統管理方式管理成本高，無(wú)法及時(shí)識別安全隱患，無(wú)法快速響應，因此需要規范作業(yè)管理、實(shí)時(shí)巡查監督、預防安全事故等全方位立體化的實(shí)時(shí)監管解決方案。

本項目融合了5G、人工智能、云計算、大數據、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，一方面它通過(guò)5G專(zhuān)網(wǎng)組網(wǎng)，實(shí)現了攝像頭、感應器等設備物聯(lián)網(wǎng)數據的實(shí)時(shí)采集回傳，為風(fēng)電廠(chǎng)等設施的發(fā)展建立了連接基礎，為智能化應用提供了基本條件；另一方面它以數字化、可視化的智能系統，實(shí)現了施工和日常生產(chǎn)工作中海量高清視頻的邊緣側智能、實(shí)時(shí)分析監測，以及各項設備、人員、物料、項目進(jìn)度、質(zhì)量安全的全方位、全生命周期管理。從而，幫助相關(guān)單位和管理部門(mén)實(shí)現了安全生產(chǎn)的數字化、智慧化管理和運營(yíng)。

本項目具有跨行業(yè)的示范效應，它所涉及的對風(fēng)電廠(chǎng)施工工地的智慧化管理能力，廣泛適用于各類(lèi)現場(chǎng)環(huán)境惡劣、網(wǎng)絡(luò )基礎缺失或者較差的工程建設施工現場(chǎng)，同時(shí)也能夠無(wú)縫對接施工完成后的建筑設施及其附屬設備的智慧化運營(yíng)管理。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年4月刊