基于视频监控的电厂安全作业管理系统的制作方法

本发明涉及电厂管理，具体为基于视频监控的电厂安全作业管理系统。

背景技术：

1、电厂作业现场通常涉及作业人员、运行设备、安全防护用品、作业工具以及作业区域等多类对象。为保障作业过程安全，通常需要对作业区域内的人员进入、设备状态、工具使用、防护佩戴以及作业过程变化进行监测，并根据监测结果对作业行为进行提示、告警或者联锁控制。随着视频采集装置和图像识别技术在电厂安全管理中的应用，基于视频监控的作业安全管理方式已逐渐用于对作业现场进行过程化监管。

2、传统系统中，常见的电厂视频安全管理方案通常通过摄像装置采集作业区域画面，并利用目标检测、行为识别或者区域入侵识别等方式获得人员、设备或者防护用品等目标信息，再将识别结果与预设安全规则进行比对。当识别到人员进入限制区域、防护用品佩戴异常、设备状态异常或者工具使用异常等情况时，系统生成对应的告警信息，并将告警信息发送至安全管理终端或者现场报警装置。部分方案还会结合电子作业票、作业流程节点或者设备运行状态，对作业开始、作业执行和作业结束等环节进行辅助判断，以便对现场作业进行分阶段管理。

3、但是，在电厂作业过程中，不同作业对象之间的空间位置、状态变化和相互作用会随时间持续变化，作业阶段约束与风险状态也会随着现场对象变化而发生联动。现有视频安全管理方案在对目标识别结果、作业阶段要求以及风险处置结果进行协同处理时，通常较难持续反映作业对象之间的时序关联关系，也不便于将作业阶段偏离情况与风险发展状态进行连续联动判断，导致生成的安全管理结果与现场作业阶段变化之间的匹配性和闭环控制效果仍有提升空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了基于视频监控的电厂安全作业管理系统，以解决上述背景技术中提出的问题，具体解决现有技术存在的难以将电厂作业对象的时序关联变化、作业阶段约束校验和风险趋势处置进行连续联动，导致安全作业管理结果与现场作业过程变化匹配性不足的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于视频监控的电厂安全作业管理系统，包括视频解析模块、关系链管理模块、作业阶段管理模块、风险闭环控制模块和指令生成模块，其中：

3、视频解析模块获取电厂作业区域的连续视频画面，具体包括：

4、接收设置在电厂作业区域内的视频采集装置输出的视频流，并对视频流进行解码，得到按照时间顺序排列的视频帧；

5、按照时间戳顺序将解码得到的视频帧写入帧缓存区，形成连续视频画面；为写入帧缓存区的视频帧生成帧编号和时间戳；

6、按照当前采样帧率从帧缓存区读取视频帧，并对读取的视频帧进行图像去噪、亮度均衡和尺寸归一化处理，得到带有帧编号和时间戳的待识别视频帧；

7、其中，循环处理过程中，当前采样帧率由风险闭环控制模块确定的更新策略中的采样帧率字段确定。

8、视频解析模块从连续视频画面中识别电厂作业关联对象；具体包括：

9、将待识别视频帧输入目标检测网络，输出电厂作业关联对象的对象类别和检测框位置；

10、根据相邻视频帧中的检测框重叠情况和目标外观特征，对属于同一电厂作业关联对象的检测框分配同一对象编号，生成对象跟踪序列；

11、根据预先标定的画面坐标与作业现场平面坐标的对应关系，将检测框位置转换为作业现场平面坐标；

12、根据对象跟踪序列、作业现场平面坐标和检测框图像内容，识别电厂作业关联对象的状态变化；

13、根据对象跟踪序列、作业现场平面坐标和状态变化，生成时序变化信息；

14、其中，电厂作业关联对象包括作业人员、作业设备、安全防护用品、作业工具和作业区域标识，时序变化信息包括对象编号、对象类别、当前坐标、当前状态、帧编号和时间戳。

15、视频解析模块用于获取电厂作业区域的连续视频画面，并从连续视频画面中识别电厂作业关联对象，生成包含对象编号、对象类别、当前坐标、当前状态、帧编号和时间戳的时序变化信息；通过在循环处理过程中依据采样帧率字段调整视频帧读取方式，该视频解析模块能够为后续动态安全关系链的构建和增量更新提供带有时间顺序和状态变化特征的输入数据，使电厂作业对象的变化过程能够被持续传递至后续处理环节。

16、关系链管理模块根据电厂作业关联对象在连续视频画面中的时序变化信息构建动态安全关系链；具体包括：

17、接收视频解析模块发送的电厂作业关联对象和时序变化信息，并采用链节点表、链边表和邻接表存储动态安全关系链；

18、根据时序变化信息建立或者更新链节点表；

19、根据链节点之间的时序关系、空间关系和状态关系建立或者更新链边表；根据链节点表和链边表生成邻接表；

20、在每一时间窗口结束时，根据当前时间窗口内的时序变化信息更新链节点有效标记；

21、其中，链节点包括对象编号、对象类别、当前坐标、当前状态、状态时间戳、节点风险标记、节点有效标记和连续未检测计数；链边包括起始对象编号、终止对象编号、关联类型、链边权重、建立时间戳和更新时间戳；邻接表记录每一链节点对应的相邻链节点编号和链边编号。

22、关系链管理模块用于根据电厂作业关联对象在连续视频画面中的时序变化信息构建动态安全关系链，并采用链节点表、链边表和邻接表记录链节点、链边及其相邻关系；该关系链管理模块通过链节点表反映电厂作业关联对象的当前坐标、当前状态和节点有效标记，通过链边表反映链节点之间的时序关系、空间关系和状态关系，并在循环处理过程中根据时序变化信息对动态安全关系链进行增量更新，从而为作业阶段一致性校验和风险趋势预判提供可持续更新的关系化数据基础。

23、作业阶段管理模块根据与电厂作业区域对应的作业安全约束信息生成作业阶段约束链，具体包括：

24、读取与电厂作业区域对应的作业安全约束信息，并将作业安全约束信息写入约束字段表；

25、根据约束字段表生成作业阶段约束链；

26、其中，作业安全约束信息包括作业开始条件、作业执行条件、作业结束条件、人员准入条件、设备状态条件、防护用品条件和工具使用条件；约束字段表包括约束字段编号、目标对象类别、目标节点状态、目标链边类型和目标阶段编号；作业阶段约束链包括作业准备阶段、作业实施阶段和作业结束阶段。

27、作业阶段管理模块根据动态安全关系链和作业阶段约束链进行作业阶段一致性校验，生成作业阶段一致性校验结果；按照作业准备阶段、作业实施阶段和作业结束阶段的顺序进行阶段校验；

28、从动态安全关系链中读取链节点表、链边表和邻接表，并从作业阶段约束链中读取当前作业阶段对应的约束字段；

29、根据约束字段中的目标对象类别、目标节点状态和目标链边类型，在链节点表、链边表和邻接表中执行字段匹配；

30、根据字段匹配结果生成作业阶段一致性校验结果；

31、其中，当当前作业阶段对应的全部约束字段均完成匹配时，作业阶段一致性校验结果中的阶段一致状态为一致状态；当当前作业阶段对应的约束字段存在未完成匹配的约束字段时，作业阶段一致性校验结果中的阶段一致状态为不一致状态，并将未完成匹配的约束字段编号写入不一致内容；作业阶段一致性校验结果包括当前作业阶段、阶段一致状态和不一致内容。

32、作业阶段管理模块用于根据与电厂作业区域对应的作业安全约束信息生成作业阶段约束链，并根据动态安全关系链和作业阶段约束链进行作业阶段一致性校验，生成作业阶段一致性校验结果；该作业阶段管理模块通过约束字段表将作业开始条件、作业执行条件、作业结束条件、人员准入条件、设备状态条件、防护用品条件和工具使用条件转化为可匹配的约束字段，并在链节点表、链边表和邻接表中执行字段匹配，使当前作业阶段与电厂作业对象的时序关联变化之间能够形成对应校验关系，提高作业阶段判断与现场作业过程变化的匹配性。

33、风险闭环控制模块根据动态安全关系链以及作业阶段一致性校验结果进行风险趋势预判，生成风险趋势预判结果，具体包括：

34、读取动态安全关系链中的链节点表、链边表和邻接表，并读取作业阶段一致性校验结果；

35、根据动态安全关系链和作业阶段一致性校验结果生成风险标志位；

36、根据链边表中的关联类型生成关联强度字段；

37、根据风险标志位生成风险类型和风险对象字段；

38、根据风险标志位、关联强度字段和作业阶段一致性校验结果生成风险等级；

39、根据当前一轮循环处理生成的风险等级与上一轮循环处理生成的风险等级生成风险发展状态；

40、其中，风险标志位包括越界标志位、设备误操作标志位、防护缺失标志位、工具异常使用标志位和阶段偏离标志位；风险趋势预判结果包括风险对象字段、风险类型、风险等级和风险发展状态。

41、风险闭环控制模块根据风险趋势预判结果确定动态安全关系链的更新策略，具体包括：

42、根据风险趋势预判结果确定更新策略；

43、更新策略包括策略类型字段、目标链节点编号、目标链边编号、节点风险标记、链边权重、采样帧率字段和时间窗口字段；

44、根据风险等级确定策略类型字段、节点风险标记、链边权重、采样帧率字段和时间窗口字段；

45、根据风险对象字段和风险类型确定目标链节点编号和目标链边编号；

46、关系链管理模块根据更新策略更新动态安全关系链中的链节点表、链边表和邻接表，生成更新后的动态安全关系链；

47、视频解析模块根据采样帧率字段和时间窗口字段调整下一时间窗口内的视频帧读取方式；

48、其中，策略类型字段包括保持策略、关注策略、警告策略和禁止策略。

49、风险闭环控制模块基于更新后的动态安全关系链进行循环处理，直至满足预设停止条件，具体包括：

50、每一轮循环处理以上一轮生成的更新后的动态安全关系链作为本轮循环处理的动态安全关系链；

51、视频解析模块根据采样帧率字段和时间窗口字段，从帧缓存区读取下一时间窗口内的连续视频画面，并生成时序变化信息；

52、关系链管理模块根据时序变化信息对动态安全关系链进行增量更新，得到增量更新后的动态安全关系链；

53、作业阶段管理模块根据增量更新后的动态安全关系链和作业阶段约束链生成作业阶段一致性校验结果；

54、风险闭环控制模块根据增量更新后的动态安全关系链和作业阶段一致性校验结果生成风险趋势预判结果，并判断是否满足预设停止条件；

55、当未满足预设停止条件时，根据风险趋势预判结果确定更新策略；当满足预设停止条件时，结束循环处理，并将满足预设停止条件时对应的数据发送至指令生成模块；

56、其中，预设停止条件包括正常完成停止条件、阶段异常停止条件、提示风险停止条件、第一风险异常停止条件和第二风险异常停止条件。

57、风险闭环控制模块用于根据动态安全关系链以及作业阶段一致性校验结果进行风险趋势预判，生成风险趋势预判结果，并根据风险趋势预判结果确定动态安全关系链的更新策略，基于更新后的动态安全关系链进行循环处理，直至满足预设停止条件；该风险闭环控制模块通过风险标志位、关联强度字段、风险等级和风险发展状态，将电厂作业对象的时序关联变化与作业阶段一致性校验结果共同纳入风险趋势预判，并通过策略类型字段、目标链节点编号、目标链边编号、节点风险标记、链边权重、采样帧率字段和时间窗口字段反向影响动态安全关系链和下一时间窗口内的视频帧读取方式，从而实现作业阶段约束校验与风险趋势处置之间的连续联动。

58、指令生成模块根据满足预设停止条件时得到的作业阶段一致性校验结果和风险趋势预判结果，生成安全作业管理指令；具体包括：

59、根据满足预设停止条件时得到的作业阶段一致性校验结果和风险趋势预判结果，确定指令编码、指令对象字段、指令等级字段、时间戳字段和输出端口字段；

60、根据指令编码、指令对象字段、指令等级字段、时间戳字段和输出端口字段生成安全作业管理指令；

61、根据输出端口字段，将安全作业管理指令发送至电厂安全作业管理终端、声光报警装置或者作业联锁控制装置；

62、其中，指令编码包括作业完成确认指令编码、阶段纠偏指令编码、风险提示指令编码、作业警告指令编码和停止作业指令编码；指令等级字段包括完成等级、纠偏等级、提示等级、警告等级和禁止等级。

63、指令生成模块用于根据满足预设停止条件时得到的作业阶段一致性校验结果和风险趋势预判结果，生成安全作业管理指令，并根据输出端口字段将安全作业管理指令发送至电厂安全作业管理终端、声光报警装置或者作业联锁控制装置；该指令生成模块通过指令编码、指令对象字段、指令等级字段、时间戳字段和输出端口字段，将循环处理结束时的作业阶段一致性校验结果和风险趋势预判结果转换为对应的管理输出，使安全作业管理指令能够与现场作业阶段变化及风险发展状态相对应。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

65、1、本发明基于对现有技术问题的进一步分析和研究，认识到电厂作业过程中的安全作业管理结果，不仅取决于对电厂作业关联对象的识别结果，还与电厂作业关联对象在连续视频画面中的时序变化信息、作业阶段一致性校验结果以及风险趋势预判结果之间的连续联动关系有关；

66、为此，本发明以动态安全关系链作为统一承载基础，先由视频解析模块从连续视频画面中识别电厂作业关联对象，并生成包含对象编号、对象类别、当前坐标、当前状态、帧编号和时间戳的时序变化信息，再由关系链管理模块根据时序变化信息构建动态安全关系链，使动态安全关系链成为连接电厂作业关联对象变化过程与后续处理过程的桥接对象；

67、在此基础上，作业阶段管理模块根据动态安全关系链和作业阶段约束链进行作业阶段一致性校验，风险闭环控制模块进一步根据动态安全关系链以及作业阶段一致性校验结果进行风险趋势预判，并根据风险趋势预判结果确定动态安全关系链的更新策略，基于更新后的动态安全关系链进行循环处理，直至满足预设停止条件；

68、由此，动态安全关系链既用于承接电厂作业关联对象的时序关联变化，又用于支撑作业阶段一致性校验和风险趋势预判，并在更新策略作用下参与后续循环处理过程，从而使作业阶段约束校验与风险趋势处置形成前后衔接的连续处理链，有助于改善安全作业管理结果与现场作业过程变化之间的匹配性。

69、2、进一步地，通过根据风险趋势预判结果确定更新策略，并由视频解析模块依据更新策略中的采样帧率字段和时间窗口字段调整下一时间窗口内的视频帧读取方式，同时由关系链管理模块依据更新策略更新动态安全关系链中的链节点表、链边表和邻接表，能够使后续循环处理过程与当前一轮循环处理得到的风险趋势预判结果相衔接。由此，风险趋势预判结果不仅用于风险判断，还能够反向作用于动态安全关系链的更新和连续视频画面的后续读取过程，从而增强电厂作业对象的时序关联变化、作业阶段一致性校验结果和风险趋势预判结果之间的连续联动效果。