核電工程廠址全景管控的探索與實踐

劉曉東，王佳俊，劉成剛，王 健，陳海鋒，楊云斐

(中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314303)

0 引言

中共中央、國務院在《質量強國建設綱要》中提出，立足新發展階段，智能建造將物聯網、大數據等新一代信息技術與工業化建造技術深度融合，實現工程建設高效益、低消耗、高質量、低排放。國家能源局和生態環境部聯合發布《關于加強核電工程建設質量管理的通知》，進一步明確要充分發揮現代信息化技術在核電建設管理中的作用。為了滿足政策要求和項目全生命周期影像數字化存檔的需要，本文對某工程用地范圍內的場地信息技術管理、數字化圖像、視頻遠程全景監視、全過程監管的方式、設備、軟件進行了系統性研究。

1 文獻綜述和現狀分析

經查閱中國知網收錄文獻，國內未發現能夠實現場地信息技術管理、數字化圖像、視頻遠程全景監視、全過程監管要求的電廠廠址專用監控管理系統，但工業視頻監控平臺等相關信息化技術已經在運行電廠和在建電廠推廣應用。

相關應用主要集中在運行電廠和在建電廠兩個特殊子項方面。

(1)運行電廠的視頻監控系統

運行電廠基于自身需求，以降低人員輻照風險、加強工業監督和事故預防、記錄和管理設備狀態、創作培訓素材為目的[1]，構建了針對全廠重要區域和高風險工作的視頻監控系統，并進行相應的技術分析和管理。典型的應用場合包括行車起重機安全監控管理系統[2]、火警聯動視頻監控系統[3]、水處理系統集中監控[4]等通過多個固定監控探頭組網構成的監控系統；除此之外，也有通過安全帽攝像頭、手持監控終端等可移動設備構成的監控系統，應用于現場工作的遠程指導監督和過程記錄，典型的應用有通過移動式視頻監測裝置(如小型爬行視頻機器人)實現遠程特殊空間的遙控監測[5]等。

上述系統存在的問題在于：不同應用場景的監控系統相對孤立；不同監控系統的軟硬件及功能差別較大；缺乏統一設計、統一整合、統一輸出、統一管理；重點區域覆蓋面并不相同；圖像視頻的智能分析技術的應用深度不夠；新增、升級、更換設備和網絡的成本較大。

(2)在建電廠的視頻監控系統

在建電廠的視頻監控主要應用于土建、安裝的建造相關場景，如對塔吊作業的可視化防碰撞監控[6]、視頻安防監控等；也有針對部分子項以及危險作業空間場合專用監控系統，如電廠配套水庫的無線監控系統[7]，通過安全帽攝像頭、無線布控球、手持監控終端等可移動、可穿戴監控設備構成的受限空間監控系統[8]。整體來看應用場合十分有限，沒有適用于對整個建設廠址進行遠程、全景、全過程的監視平臺。

2 遠程管理監控方案論證

為貫徹落實國家能源局和生態環境部2020年12月25日聯合發布的《關于加強核電工程建設質量管理的通知》(國能發核電〔2020〕68號)中關于發揮現代信息化技術在核電建設管理中的作用的要求，同時實現某電廠廠址現場的實時、有效動態監控，保存大范圍、高精度、大跨度的影像資料，減少人員往返現場產生的資源浪費，本項目旨在探索對某電廠工程用地范圍內進行場地信息技術管理、數字化相應圖像、視頻的遠程全景監視、全過程監管，開發核電工程遠程管理監控平臺。

2.1 系統架構選擇

根據工程現場數字化全景全過程監管平臺的實際需求，需先確定本平臺的軟件結構系統。參考不同行業已有監控系統的方案，目前可供選擇的方案有4種，如表1所示。

權衡上述四種模式，本系統將采用第三種即C/S與B/S混合體系結構方式，在現場及實時控制的場合采用C/S模式，在C/S模式故障或遠程查詢瀏覽的場合采用B/S模式。

2.2 系統框圖確定

根據第三代數字監控視頻集成化、智能化、實時性、快速性、大容量儲存的特點[11]，借鑒已有系統架構，參考不同類別場景的應用方案，結合某電廠廠址數字化全景監控及后續拓展的個性要求，明確工程遠程管理監控平臺結構拓撲結構如圖1所示。

2.3 監控方式選擇

遠程監控可以采用單點監控組網和高空瞭望兩種方式實現，其特點如表2所示。

經過現場踏勘和比對，高空瞭望方式雖部分監控存在盲區，但在當前階段并不會對項目產生較大影響，可選擇合理的安裝位置有效減小監控盲區；同時在成本、長期重復利用性和可擴展性方面均存在巨大優勢，因此項目最終選擇高空瞭望方式。

2.4 遠程監控位置的選擇

某電廠廠址附近，遠程監控設備較為理想的安裝位置有2個，分別為某山頂氣象塔和某山頂移動通信塔，其優劣對比如表3所示。

表3 監控設備安裝位置對比

經現場查勘和比對：某山頂移動通信塔標高較高、監控范圍廣、監控盲區??；廠址在監控范圍內分布均勻、監控效果好；同時能對500 kV/220 kV輸電線路廊道區域進行有效監控，避免以往核電項目曾產生的未及時發現輸電線路廊道被占用，影響施工進度的問題；可在未來較長時間提供有參考價值的視頻監控資料。除產權因素外，移動通信塔方案各方面的條件均優于氣象塔方案，另經調查，通信塔產權單位同意租用鐵塔用于安放遠程監控設備，故監控設備安裝位置最終選擇為某山頂通信塔處。

2.5 高空瞭望設備的選取

根據實際需求可采用的高空瞭望設備有近、中、遠三類[12]如表4所示。

表4 高空瞭望設備對比

通過分析可知，監控距離在1.4 km以上即可覆蓋廠址全境，因此選用近距離監控設備不滿足要求，中距離監控設備滿足要求，遠距離設備也滿足要求但相較而言存在體積過大、成本過高、震動較難控制、對安裝平臺的要求較高的問題。綜合設備性能和成本因素，中距離高空瞭望云臺設備為最佳方案。

2.6 硬件設備選擇

2.6.1 攝像機的選擇

攝像機采用數字網絡攝像機，其具備彩色攝像和黑白攝像功能，彩色攝像適用于現場景物識別，黑白攝像可滿足陰天或光照不足情況下的監控需求；攝像機安裝于可垂直和水平運動的大型重載云臺上，能滿足現場360° 旋轉全景監控的需求；具備寬動態攝像功能，在日間晴天或多云天氣、明暗對比非常強烈的場合均能有效實施監控。

2.6.2 錄像機的選擇

某電廠一期項目需進行遠程、多點監控，可采用網絡攝像機開展現場監控、勘查；基于項目推進擴展的需求，可采用NVR(Network Video Recorder即網絡硬盤錄像機)通過網絡接收網絡攝像機傳輸的數字視頻碼流，并進行存儲、管理，實現網絡化帶來的分布式架構優勢，其部署靈活、安裝簡單、擴展性好，其磁盤存儲包含無間斷存儲和抓拍存儲兩塊存儲區域，抓拍畫面每一小時截取兩秒，方便后期生成整體運維期間高清無壓縮精簡影像資料。

2.6.3 視頻輸出設備的選擇

為滿足某電廠一期項目多種場景及用戶實時在線監控需求，采用便攜式手持終端、便攜式操作終端、顯示大屏等視頻輸出設備。選取屏幕較大、分辨率高、響應速度快、可擴展性好的平板電腦作為手持終端，選擇通用型筆記本電腦作為便攜式操作終端，顯示大屏根據后期現場的需要通過專網置于現場適當位置。

3 使用效果評價

使用遠程監控平臺分別對距監控設備直線距離620 m的村落房屋、1 400 m的海域、2 500 m的輸電線路桿塔進行觀測，結果如表5所示。

表5 視頻監控效果比較

平臺建設完成后，已經能在很大程度上替代人員的對廠址的定期巡檢。隨著項目的推進，對現場工作質量與安全的監控管理工作也在穩步推進，在目前回填區、海工區的詳勘工作中，平臺畫面能夠清晰顯示工作人員是否戴安全帽、有無系安全帶、潮水位置、現場天氣狀況、船體及平臺的晃動情況、有無著火點，能夠清晰辨識出每個人員的動作行為，如圖2所示，實現了對現場工作的全天遠程監控，對于現場遠程發生的危險作業和不規范行為，實行實時遠程識別監管。

圖2 現場工作情況畫面(左側紅圈處放大為右側畫面)

實時保存的視頻錄像主碼流幀率最高分辨率為：50 Hz；25 fps(2 560×1 440)，如圖3所示，滿足使用要求。關于監控盲區問題，目前有無人機智能巡飛項目正在推進中，作為本項目的補充，可以實現對整個廠址范圍的完全監控。

圖3 視頻畫面主要技術指標

根據對距攝像頭5 km外采石場的視頻畫面，平臺可以有效識別車輛、工程機械的種類和人員行為。隨著項目核準后的建設進度的進一步推進，對正挖、負挖、邊坡處理等工作的質量、安全監督也可100%覆蓋。待核電項目FCD后乃至正式商運后，仍可作為智慧工地、智慧電廠項目的有效補充持續發揮作用。

4 總結

核電工程遠程管理監控平臺的建設和使用，對電廠廠址實時動態監控，實現對現場更精準、更及時的監控；生成和保存大范圍、高精度、大跨度的影像資料，為電廠建設提供數字化影像資料。本文對場地信息技術管理、數字化相應圖像、視頻遠程全景監視、全過程監管的探索過程，也為后續電廠建設、運維智能化系統的建設和開發積累寶貴經驗。