新型配电网生产作业安全数字化防控技术及智能装备

西易纪工大学 武汉夫学 WOHAWTINEWERXOTT 新型配电网生产作业安全数学化防控技术及智能装备 马富齐 2023.11 2023年配电网绿色发展西部论坛 团队介绍 电力数字化安全课题组长期从事于输配 判别模型 用电安全隐患辨识、电力深度视觉、智类脑风险 能巡检及安全影像解译等方面研究，主作业过程安全风险智慧研判 动态行为类作业人员安全状态智慧认知 持或参与相关领域国家重点研发计划项目、国家自然基金、省部级重点项目、国网/南网总部指南项目20余项，发表相 关EI/SCI论文50余篇，申请发明专利20 余项，创新性提出平面-立体-全息的数 字化安全防控技术体系，研究成果荣获固定监控执法仪 国际日内瓦发明金奖、中国发明协会创 双目深度感知混合深度感知像解构 双目摄像头吉成像模组红外模组 安全规章制度 新成果奖二等奖等奖励 机器人智慧安全帽摄像模组激光雷达电场传感器磁场传感器电力安全文库电力安全先验知识！ 平面立体全息认知 从平面-立体-全息的数字化安全防控技术体系 2023年配电网绿色发展西部论坛 NesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwo 研究背景 数字化安全防控技术-平面 目录数字化安全防控技术-立体 CONTENT四数字化安全防控技术-全息 五数字化安全防控-智能装备 六结语 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwo 第一部分 研究背景 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistribution 研究背景 习近平总书记指出：要做好新时代国家安全工作，以系统思维构建大安全格局，以人民安全是国 家安全的宗旨，坚持把防范化解国家安全风险摆在出位置 数字化管理平台 E荷 XX 新型电力系统安全可归纳为： 电网安全（电网故障或自然灾害）生产安全（人身安全或作业安全） 储信息安全（网络安全或信息安全） 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwor 早 研究背景 配电网安全生产通常面临高电压、强电流等危险环境，由于生产现场人员安全意识淡薄、作业过 程不规范、安全管控措施不到位等因素导致作业事故频繁发生，严重威现场工作人员生命安全。 70 6053 ■起数■死亡人数 622010年西安供电局8.15事故 2013年宁德供电局3.7事故 504344 3940383738 4035 2017年安溪供电局6.7事故 3230 302020湖南7.2事故 202020年桂林供电局“9.21” 10配网作业人身触电受伤事故 0 2017年2018年2019年2020年2021年2022年 2017-2022年电力安全事故统计电力领域生产安全事故案例 根据国家能源局公开数据，2017-2022年共发生278起电力电力安全事故的发生，会对国家和社会造成不良的影响，且 事故，平均每起电力事故死亡1.554人，具有事故发生频率高会对电力企业造成巨大的经济损失和负面影响！ 危害大的特点。 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwor 研究背景一国家政策 十九大报告提出“树立安全发展理念，弘扬生命至上、安全第一的思想”以及构建“安全 高效的能源体系”发展目标。 广家能源局文体 2018年，国家能源局印发《电力安全生产行动计划（2018-2020年）》 2020年，国家能源局发布《关于印发2020年电力安全监管重点任务的通知》 2020年，中国国务院安委会推出《全国安全生产专项整治三年行动计划》 2016年推出《国家电网公司生产作业安全管控标准化工作规范（试行）》 国家电网有限公司2017年，国家电网推出《国家电网公司关于强化本质安全的决定》 STATEGRID 2018年，南方电网公司推出《南方电网公司关于推进本质安全型企业建设的指导意见》 中国南方电网 由此可见，提高电力系统本质安全水平是国家和电力企业的迫切需求 2023年配电网绿色发展西部论坛 研究背景一安全防护需要体系化思考 以触电为例，触电诱因可能有接地等电网内在故障、作业人员的不安全行为、设备不安全状态等 因素，也可能有电气火灾、不注意带电警示牌、安全距离不够等因素一风险主体多、风险诱因多 电力总体安全 不同风险主体电网安全设备安全人身安全公共安全 多元诱因接地故障短路故障设备故障人员不安全行为工器具问题外力破坏垂钓电气火灾 电网本体电力设备人员工器具外力涉电 态，“解析”关键诱因特征，“表征”安全风险知识，“认知”安全风险属性系统化、体系化进行安全管控 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwor 研究背景一安全难在哪 1.配电网生产领域人力防护方法--人防 主要是通过人员、组织和管理机构等人工方式对电力生产过程进行监督和管理，以保障生产现场人员及 设备的安全，即为电力领域的人防。 》虽然现场安全监督办法较为完善，但主要依 靠人工进行安全管理规定的执行落实 》个人在安全管理规定知识水平及负责任程度 具有较大差异 电力领域的人防 电力生产领域人力防护方法是电力生产现场最基础的安全防护手段，生产安全风险防护的基本屏障。 2023年配电网绿色发展西部论坛 VesternForumonGreenDevelopmentol 研究背景一安全很难防 2.电力生产领域实体防护方法--物防 通过工器具、安全设施等实体工具对电力生产过程进行安全风险防护，主要起到保护或隔绝安全危险源对人员或设备的伤害，从而阻止或延迟生产安全事故的发生，即为电力领域的“物防” 》依据不同的生产作业类型配置 等多种安全防护设施 安全帽工作服安全围栏》通过安全管理规定对作业过程 中人员着装和安全工器具使用 等进行严格的要求及规范 电力领域的传统实体防护工具 绝缘手套线手套绝缘梯 电力生产领域传统实体防护方法是保障作业过程人员安全的基本工具，其使用规范在电力生产作业过 程有严格要求。 2023年配电网绿色发展西部论坛 lesternForumromGreer 研究背景一安全很难防 2.电力生产领域实体防护方法--物防 随着电力物联网和数字电网的提出与发展，电力生产领域中涌现多种新型实体防护装置，为生产现场 作业过程监督及防控提供更多样的实体防护手段。 视频监控 布控球 主要以摄像头、高性能传感器等 新型信息采集设备为基础 执法仪》对生产过程人员外在行为状态、内在生命特征和工器具使用情况 20:36等进行远程监控与记录 电力领域的新型实体防护装置 智慧安全帽电子手环UWB设备 新型实体防护方法是人力防护的延伸，为管理人员的安全监督提供信息化、可视化的高效管理工具。 2023年配电网绿色发展西部论坛 VesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetw 研究背景一安全很难防 3.技防--基于图像处理的生产风险防护方法 作服等典型生产作业违章风险进行告警。为提高生产现场安全督查效率、解放生产力提供一种技术思路。 身份鉴定（人脸识别）安全防护措施检测安全帽检测 （目标检测）（语义分割） 语音或声光风险告警 总体而言：相关研究主要围绕图像分辨率低、镜头被遮挡等图像问题，对目标检测或动作识别方法进行优 化或适配性应用，尚未满足实际生产需求。 2023年配电网绿色发展西部论坛 研究背景一难在哪？ 实际电力生产作业过程是一人涉及人员、防护工具、设备机械和环境等多元交互融合的复杂动态过程，安全风险通常蕴藏在人员与电力设备，工具和场景等的动态交互关系中，导致电力生产安全风险呈现出多元化特征 （1）违章动态性一人员主观行为的动态连贯性 （2）场景依存性一部分违章风险与场景强相关 （3）风险瞬时性一生产风险都是在瞬时发生的 （4）距离强相关一生产风险与安全距离强相关 （5）复杂多样性一风险类型多样、风险诱因多样 验电作业时，未戴绝缘手套作业时，作业人员和带电体过近 关键问题：如何在电力生产人-机-物复杂环境下全过程风险辨识与防控 2023年配电网绿色发展西部论坛 lesternForumonGreenDevelopmentofDistribution 研究思路一数字化安全管控 建 构 类脑风险 判别模型 静态着装类动态行为类安全距离测量施工机械距离感知！ 声-光融合成像 作业过程安全风险智慧研判 多物理场融合成像 作业人员安全状态智慧认知 →立体－ 风险知识推理知识间答立体匹配立体转换 解译 安全知识图谱场景理解视差感知目标匹配 成像成像分析缺陷辨识 解析风险解析成像认知 全 1知识 人类知识排序安全知识挖掘 建构 吉果奖励模型安全知识生成 三维点云像素匹配安全风险推理安全知识关联 对象语义分割目标跟踪 解析 动作识别 七素深度估计 图像融合成像规则 成像图像配准图像解构文本特征提取文本知识生成 目标检测 双目深度感知混合深度感知自然 语言超大自然语言文本语言模型 I处理推理预训练 固定监控 布控球 执法仪 双目摄像头声成像模组红外模组 维基百科安全规章制度 机器人 智慧安全帽摄像模组激光雷达 电场传感器磁场传感器电力安全文库电力安全先验知识 全息的体系化安全风险防护技术架 平面立体全息2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwor 第二部分 数字化安全防控技术-平面 2023年配电网绿色发展西部论坛 WesternForumonGreenDevelopmentofDistributionNetwor 数学化安全防控技术-平面化安全行为解译 基本内涵 平面数字化防控技术：以固定视频监控、布控球、执法仪、机器人和智慧安全帽等作业现场新型安全风险防护工具为基础，采集生产作业过程安全风险的平面影像，借助视觉影像处理方法进行生产现场安全风险的智能辨识，并对识别出的安全风险进行及时告警，从而避免生产安全事故的发生。 着装风险识别 安全标识牌识别 动态违章动作 安全帽识别 标识牌字符识别 登高作业识别 安全手套识别 标识牌缺失识别 倒闸作业判别 工作服识别 标识牌外观异常识别 作业现场打电话 工作服识别 安全带识别 误入带电间隔检测 关键作业节点分割翻越电子围栏 视觉 固定监控布控球执法仪处理 机器人智慧安全帽 平面影像感知终端常见可视化违章风险（以代替人为导向） 2023年配电网绿色发展西部论坛 lesternForumonGreenDevelopmentofDistribution 数字化安全防控技术-平面化安全行为解译 技术框架 ■提出了基于知识驱动的 影像感知层 对象解析层场景理解层风险解译层 作业场景 安全影像智慧解译方法，余裁剪 实现了对生产过程中静态 目标检测语义分割动作识别 高层特征提取图机器学习 对象目标 风险元素目标、人员动态边缘 违章行为和复杂生产场景 图像降噪 智能 图像增强 电力深度视觉模型 模型压缩 对象视觉特征空间拓扑特征 多模态融合特征 风险存在性 等险诱因的智能识别及风 图像去模糊特征融合模型压缩结果风险潜在性 险认知，基于此研发了全 同构影像预处理 数据 人员工器具电力设备人体姿态 验电倒闸变压器试验融合 风险主体 融合 过程可视化生产安全智慧生产安全知识图谱层 管控系统，实现对作业前 对象目标场景理解 风险因素风险解译 中后生产安全风险的高精 安全规章制度作业安全规范实体抽取关系抽取属性抽取 电力生产安 先验安全知识实践安全经验知识加工知识更新知识融合全知识图谱 度辨识。电力生产安全基础知识生产安全知识图谱构建 效可辨识风险类型20种，风险辨识精度95%，产品性能