蘭洪奎

中國石油大慶油田有限責(zé)任公司 第七采油廠（黑龍江 大慶163455）

0 引言

隨著油氣田開發(fā)難度不斷增加，大量增產(chǎn)增注措施及常規(guī)維護(hù)性措施工作量逐漸增大，且油田現(xiàn)在正處于結(jié)構(gòu)性缺員的艱難時(shí)期，原有的人員上井進(jìn)行措施現(xiàn)場監(jiān)督的油氣田管理方式，已經(jīng)不能適應(yīng)新形式的要求，需要新的方案解決油氣田的施工監(jiān)管、質(zhì)量評(píng)價(jià)和施工人員管理問題。隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化、智能化油田建設(shè)已經(jīng)成為油田企業(yè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管控、提高生產(chǎn)效率效益的有效載體和有力抓手，自1999年Smart Field在《Oil&Gasjournal》提出，再到2003年，英國石油公司（BP）開始實(shí)施“未來油田項(xiàng)目”，再到大慶油田提出的“智能+”建設(shè)油田的概念，智能化這一概念已在油田上得到了較成熟的應(yīng)用[1-3]。

目前國內(nèi)外油田已大范圍使用現(xiàn)場施工可視化監(jiān)督，但主要是在施工隊(duì)伍中配備或現(xiàn)場架設(shè)數(shù)字高清攝像設(shè)備，通過手持通信設(shè)備進(jìn)行管理調(diào)度，施工管理人員仍需手動(dòng)監(jiān)控，且該監(jiān)控由于擺放角度固定，不能全方位監(jiān)控現(xiàn)場施工。同時(shí)此套系統(tǒng)僅能為事后責(zé)任劃分提供事實(shí)依據(jù)，其缺少智能化分析、自動(dòng)化監(jiān)控、人員信息收集以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)提示等功能，無法解決結(jié)構(gòu)性缺員嚴(yán)重和監(jiān)督受人為因素干擾嚴(yán)重等問題。因此介紹了一種智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置，重點(diǎn)講解了其特征、發(fā)展趨勢、解決問題方案和研發(fā)理念，以促進(jìn)現(xiàn)場監(jiān)督智能化的建設(shè)[4-6]。

1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置介紹

油田現(xiàn)場監(jiān)督智能化裝置（以下簡稱智能監(jiān)督裝置）主要是在施工隊(duì)伍現(xiàn)場架設(shè)數(shù)字高清攝像設(shè)備或者是高端的全景高點(diǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)在該設(shè)備下集成入場施工隊(duì)伍資質(zhì)、人員資質(zhì)、設(shè)備資質(zhì)等信息，在人員設(shè)備入場時(shí)進(jìn)行識(shí)別，將非本次施工的人員和設(shè)備排除在場外，并在監(jiān)控畫面中將施工場地進(jìn)行工作周界虛擬標(biāo)定為警戒區(qū)域。將采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送到管理者終端設(shè)備，通過油田現(xiàn)場施工環(huán)境特制的智能視頻分析軟件管理調(diào)度，施工管理人員對(duì)整個(gè)施工區(qū)周邊場所進(jìn)行全方位自動(dòng)/手動(dòng)監(jiān)控，以立體空間監(jiān)督施工現(xiàn)場周圍及內(nèi)部，即便現(xiàn)場施工不能同時(shí)顯示在監(jiān)控主畫面上，但是標(biāo)定的虛擬周界發(fā)生異常情況，智能視頻分析系統(tǒng)總是在主畫面主動(dòng)彈出警告畫面，用紅色畫框標(biāo)注違規(guī)操作的人形目標(biāo)。這種智能視頻分析系統(tǒng)使管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場施工警戒區(qū)域的動(dòng)態(tài)，防止異常事件發(fā)生，并為迅速處理安全事件提供科學(xué)依據(jù)。

2 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置關(guān)鍵技術(shù)及適用條件

2.1 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)自產(chǎn)生以來得到業(yè)界的廣泛關(guān)注，為施工項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工與后期管理提供了有效的支持。同時(shí)，相關(guān)技術(shù)在施工質(zhì)量安全管理中已得到一定應(yīng)用，如將3D模型以及VP（Virtual Prototyping）技術(shù)用于識(shí)別危險(xiǎn)因素并提出質(zhì)量安全管理建議；將4D模型用于質(zhì)量安全防護(hù)措施配置、質(zhì)量安全防護(hù)措施的可靠性分析及在建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析；將VP等可視化技術(shù)用于工人安全培訓(xùn)等[7]。這些研究從質(zhì)量安全管理方面提出了相應(yīng)的解決方案，特別是施工前的潛在隱患識(shí)別及安全防護(hù)措施規(guī)劃、施工中的設(shè)計(jì)不安全狀態(tài)檢測及安全培訓(xùn)等，為施工現(xiàn)場質(zhì)量安全管理提供了參考。

2.2 超高頻RFID技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)即超高頻RFID作為先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過把物品與互聯(lián)網(wǎng)、物品與物品相連接，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)控、管理。其可以在工程項(xiàng)目的施工場地內(nèi)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的通信，并以較高的頻率向設(shè)備終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳。只要員工佩戴了射頻識(shí)別技術(shù)的相關(guān)設(shè)備，并且該設(shè)備出現(xiàn)在信息識(shí)別讀取器識(shí)別的有效范圍，就可以在控制終端實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地呈現(xiàn)施工人員此刻的定位，有效解決了大型施工現(xiàn)場對(duì)于人員管理控制難度大的問題，特別是為施工現(xiàn)場的安全管理工作打下了良好的基礎(chǔ)，工程項(xiàng)目的監(jiān)督管理人員可以隨時(shí)通過設(shè)備終端查看某一區(qū)域內(nèi)的施工工作人員的數(shù)量以及他們的行動(dòng)軌跡，還可以查看此刻一個(gè)或多個(gè)人員的實(shí)際位置，記錄有關(guān)人員到達(dá)和離開某一地點(diǎn)的情況。這不僅可以確保一線施工人員按流程按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工建設(shè)，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，確保工程項(xiàng)目施工人員的人身安全[10]。

2.3 人形與人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別與人形識(shí)別是人類視覺系統(tǒng)的基本功能，也是人類互相辨識(shí)的最直接手段，因此它是生物特征識(shí)別中的重要研究內(nèi)容。人臉識(shí)別和人形技術(shù)作為一種新興的生物特征識(shí)別技術(shù)，它是一種依據(jù)人體面部特征和人體行為的自動(dòng)鑒別技術(shù)。人臉識(shí)別和人形識(shí)別綜合運(yùn)用了數(shù)字圖像/視頻處理、模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺等多種技術(shù)。在智能視頻監(jiān)控中，采用計(jì)算機(jī)視覺的方法，在不需人為干預(yù)的情況下由機(jī)器實(shí)時(shí)、自動(dòng)地分析視頻圖像源，從中識(shí)別并提取有用的關(guān)鍵信息，對(duì)動(dòng)態(tài)場景中的目標(biāo)進(jìn)行定位、識(shí)別和跟蹤，并對(duì)目標(biāo)的人臉和行為進(jìn)行識(shí)別和理解，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控、即時(shí)反映在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。如何進(jìn)行人形識(shí)別、人臉識(shí)別，有效的人體行為識(shí)別算法是該系統(tǒng)魯棒性和實(shí)用性的核心[8]?；谌诵闻c人臉識(shí)別技術(shù)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)代表著監(jiān)控行業(yè)未來的發(fā)展方向，因其實(shí)時(shí)性、高精確度、快響應(yīng)性而具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.4 各技術(shù)適用條件

以上4項(xiàng)技術(shù)為此智能監(jiān)督裝置應(yīng)用的主要技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場與數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)及智能化技術(shù)的融合，各項(xiàng)技術(shù)適用條件及評(píng)價(jià)見表1。

因此該智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置集成了各技術(shù)適應(yīng)現(xiàn)場的優(yōu)勢，采取了外置設(shè)備和終端設(shè)備兩部

表1 數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)及智能化技術(shù)情況統(tǒng)計(jì)表

分。前期利用BIM系統(tǒng)評(píng)估模擬現(xiàn)場自主識(shí)別工序風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)操作的安全隱患，根據(jù)評(píng)估參數(shù)和數(shù)據(jù)形成人形識(shí)別具體算法，并模擬現(xiàn)場對(duì)操作過程進(jìn)行捕捉。同時(shí)利用RFID技術(shù)在外置設(shè)備下集成入場施工隊(duì)伍資質(zhì)、人員資質(zhì)、設(shè)備資質(zhì)資料等信息，在人員設(shè)備入場時(shí)進(jìn)行識(shí)別，將采集的現(xiàn)場圖像經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳送到終端管理平臺(tái)，通過油田現(xiàn)場施工環(huán)境特制的智能視頻分析軟件管理調(diào)度，施工管理人員對(duì)整個(gè)施工區(qū)周邊場所進(jìn)行全方位自動(dòng)監(jiān)控，通過智能視頻分析管理系統(tǒng)使管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)場施的動(dòng)態(tài)，防止異常及安全事件發(fā)生[9-10]。

3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置設(shè)計(jì)方案

3.1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置組成

智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置包括高清攝像頭、WiFi系統(tǒng)、麥克風(fēng)、視頻服務(wù)器和配套設(shè)備的內(nèi)置超高頻RFID芯片。其配套的終端設(shè)備有BIM系統(tǒng)終端、人形與人臉識(shí)別系統(tǒng)終端和RFID后臺(tái)信息存儲(chǔ)端。應(yīng)用該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工的流程化、智能化、全方位、全過程的安全管控，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)工程信息的綜合查詢與統(tǒng)計(jì)分析。通過采用一體化管理對(duì)施工企業(yè)的安全管理做到嚴(yán)把入門關(guān)、加強(qiáng)工程精細(xì)管理關(guān)、完善現(xiàn)場管理關(guān)、加大培訓(xùn)考核關(guān)，實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”與施工工地、安全管理的融合，提高施工安全管理水平，如圖1所示。

圖1 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置工作示意圖

3.2 智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系建立

采用智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置建立全周期智能化監(jiān)督體系，實(shí)現(xiàn)及時(shí)掌握施工負(fù)責(zé)人、現(xiàn)場安全員、施工人員等關(guān)鍵崗位人員的現(xiàn)場執(zhí)行情況，為防止異常及安全事件發(fā)生，施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行和外協(xié)隊(duì)伍人員考核提供真實(shí)的客觀依據(jù)。整體流程和相關(guān)項(xiàng)目應(yīng)用技術(shù)如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)監(jiān)督體系設(shè)計(jì)思路

3.3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置架構(gòu)

整體系統(tǒng)由移動(dòng)式現(xiàn)場排查設(shè)備及后端平臺(tái)兩部分組成，其中移動(dòng)式現(xiàn)場排查設(shè)備負(fù)責(zé)作業(yè)現(xiàn)場視頻圖像信息、人像、人形等信息的采集，整體設(shè)備的3種形態(tài)分別為：智能安全帽、便攜式智能視頻記錄儀及移動(dòng)式布控設(shè)備。中心平臺(tái)為基于服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備構(gòu)建視頻圖像資源整合平臺(tái)，提供視頻、人員、車輛等信息進(jìn)行匯集、解析、比對(duì)及存儲(chǔ)服務(wù)，如圖3所示。

3.4 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置的特點(diǎn)

圖3 智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置架構(gòu)示意圖

智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置，包括智能安全帽，便攜式智能視頻記錄儀及移動(dòng)式布控設(shè)備。便攜式智能視頻記錄儀及移動(dòng)式布控設(shè)備通過便攜式斜挎（手提）套包進(jìn)行集中收納，智能安全帽入場必須佩戴。裝置具備如下特性：

1）采用專業(yè)便攜套包形式，架設(shè)簡單，輕便易攜帶。

2）布控前端采用專用吸頂云臺(tái)架構(gòu)，小巧、精致。

3）布控前端內(nèi)置13 600 mA大容量鋰電池組，8～10 h超長時(shí)間續(xù)航。

1.2.1 干預(yù)方法 兩組患者均維持常規(guī)抗精神藥物治療和常規(guī)生活護(hù)理、健康宣教和康復(fù)指導(dǎo)。干預(yù)組在常規(guī)護(hù)理基礎(chǔ)上給予團(tuán)體社交技能訓(xùn)練。

4）視頻碼率幀率隨4G/WiFi帶寬自適應(yīng)調(diào)節(jié)，確保畫面最高質(zhì)量流暢播放。

5）支持4G圖傳1 080 P高清視頻，能夠通過監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)瀏覽，錄像回放、語音對(duì)講、位置和軌跡查詢等查看操作。

6）布控前端采用國產(chǎn)芯片，支持智能人臉、人形識(shí)別，既可結(jié)合后端智能平臺(tái)進(jìn)行布控比對(duì)、告警，也可本地預(yù)先錄入布控?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行離線布控比對(duì)告警。

7）支持通過平板WiFi連接布控前端進(jìn)行本地實(shí)時(shí)瀏覽、錄像回放、PTZ控制、手動(dòng)抓拍，智能人臉、人形圖片查看等。

8）支持通過平板Vclient軟件導(dǎo)入布控人員、布控車輛數(shù)據(jù)（最大支持離線人臉1 000個(gè)，離線車牌500個(gè)），并將導(dǎo)入的布控人員、車輛數(shù)據(jù)同步到布控前端。

9）布控前端智能抓拍的人臉人形，自動(dòng)提取特征并與布控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果實(shí)時(shí)返回平板顯示，通過平板可在人員告警、車輛告警查看相應(yīng)告警信息，如抓拍圖片、布控圖片、告警時(shí)間、相似度、人員車輛告警詳細(xì)信息。

3.5 智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系的現(xiàn)場應(yīng)用

智能化現(xiàn)場監(jiān)督體系主要實(shí)現(xiàn)對(duì)工程開工前、工程施工中、工程施工結(jié)束的全過程管控，主要包括以下內(nèi)容：

1）開工前管理。施工人員將開工前的安全措施、文明施工、施工前的準(zhǔn)備情況等內(nèi)容進(jìn)行拍照、錄像，施工過程及施工工序進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，錄入人臉識(shí)別系統(tǒng)中，為入場施工提供后端數(shù)據(jù)采集。利用系統(tǒng)提供的相關(guān)模塊對(duì)即將開工的現(xiàn)場進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，進(jìn)一步對(duì)施工計(jì)劃進(jìn)行確認(rèn)，制定應(yīng)急措施，最大限度地控制風(fēng)險(xiǎn)。

2）施工中期管理。利用移動(dòng)式現(xiàn)場排查設(shè)備對(duì)人員施工過程中的關(guān)鍵點(diǎn)、安裝到位情況進(jìn)行拍照、錄像，通過人臉人形識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)違反規(guī)定操作進(jìn)行報(bào)警提示，同時(shí)通知監(jiān)督人員進(jìn)行電話或視頻確認(rèn)，實(shí)時(shí)整改確保施工全過程安全高效。

3）施工結(jié)束管理。利用移動(dòng)布控式智能監(jiān)督設(shè)備將施工結(jié)束后的整體情況、概況照片、安全保護(hù)設(shè)施拆除情況、現(xiàn)場恢復(fù)情況進(jìn)行拍照、錄像，并上傳到監(jiān)督人員后臺(tái)進(jìn)行歸檔留存，最終通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)整合施工相關(guān)資料。

4 結(jié)論與建議

1）隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化技術(shù)的不斷發(fā)展及應(yīng)用，現(xiàn)場一線施工人員和管理人員的安全管理工作取得了進(jìn)展。大型施工現(xiàn)場的人員管理也由此變得簡單，解決了現(xiàn)場管理人員工作的弊病，同時(shí)提高了監(jiān)督人員的工作效率，更精準(zhǔn)地反映施工全過程的真實(shí)情況。

2）現(xiàn)場施工管理中，通過智能監(jiān)督裝置對(duì)施工、管理人員進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的監(jiān)督，可以確保施工水平和施工安全，推動(dòng)施工的高質(zhì)量發(fā)展。

3）智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置的研究與應(yīng)用，可以更好地對(duì)外協(xié)隊(duì)伍和外協(xié)人員進(jìn)行資質(zhì)審核、安全培訓(xùn)，對(duì)人員身份信息、特殊作業(yè)工種證件、作業(yè)違章管理以及現(xiàn)場全過程管控，構(gòu)建了完善、共享的數(shù)據(jù)源。同時(shí)結(jié)合施工現(xiàn)場情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整外協(xié)隊(duì)伍信息庫、建立安全教育及技能培訓(xùn)平臺(tái)，明確了監(jiān)督方對(duì)外協(xié)隊(duì)伍安全管理的要求，引導(dǎo)并促進(jìn)外協(xié)隊(duì)伍自覺加強(qiáng)安全管理。

4）智能化現(xiàn)場監(jiān)督裝置可多方面、多渠道、多角度、多層次、立體化管理外協(xié)施工隊(duì)伍，強(qiáng)化對(duì)外協(xié)隊(duì)伍企業(yè)、工程項(xiàng)目、外協(xié)人員的安全準(zhǔn)入和動(dòng)態(tài)管控，提升了外協(xié)隊(duì)伍人員的安全管理，實(shí)現(xiàn)了“無差別”安全管理的目標(biāo)要求。同時(shí)也為監(jiān)管部門提供了信息化平臺(tái)建立的理論和實(shí)踐支撐，確保了施工現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)的可控、能控、在控。