孙建伟，任建国，陈志晓，王道欣，潘 强，刘金虹

（华润电力技术研究院，广东 深圳 518000）

0 引 言

随着“智慧+”对人们生活的悄然改变，电力生产企业也朝着智能化、智慧化方向发展。智慧数据、智慧安全、智慧运维是融合数字化、信息化、智能化的智慧电厂表现形式。电厂智慧安全管控系统主要是通过物联网技术、定位技术、智能视频算法技术、三维可视化技术、边缘计算技术等实现对电厂内现场人员的实时定位、人员历史轨迹查看、电子围栏、生产区域人数统计、危险源预警等功能。目的是解决电厂不安全作业、不安全行为的痛点，提高电厂作业人员的管理组织效率和安全文明生产。

关于人数统计主要有三种方式：基于传感器系统的人数统计方式、基于接触式系统的人数统计方式、基于计算机视觉系统的人数统计方式。目前，国内外学者对人数统计方法的研究主要集中在计算机视觉图像方式。例如，田枫通过高斯混合模型计算方法进行人数统计，可用在大型场馆的客流统计及客车的超载检测。高飞等基于热点区域定义的人数统计方法研究，通过视频监控方式优化算法；实验结果表明，人数统计正确率可达93.1%，适用于多方向人流量及封闭区域内的人数统计。但是，这种基于图像统计的方式也存在局限性，统计精度容易受到场景光照、人体姿态、温度等因素影响，主要表现：①误检，在室外情况下，由于人脸识别摄像头会受到强光、偏光、天色昏暗以及雨天等各种因素的影响，摄像头抓拍的人脸图像质量偏差会影响人脸识别精度；人员有时会佩戴口罩、眼镜等遮挡物，降低人脸识别精度，人员识别准确率的降低会产生人员计数误差。②漏检，算法识别人脸需要先通过人脸检测算法在图像中检测到人脸，再进行人脸比对。但是实际现场往往多人同行，或由于人员遮挡、人脸角度和光线等问题造成人脸检测算法失效，从而产生人员计数误差。③缺乏准确的人员进出逻辑判断，一些人员进入摄像头抓拍区域后突然临时折返，摄像头无法准确判断人员的进出状态，从而产生人员计数误差。

因此，本文提出使用室内外定位技术，通过电厂作业人员携带定位终端，采集人员定位坐标，再通过算法实时统计电厂生产区域内的作业人员数量和显示人员分布情况，为生产区域人员统计提供一种新的解决方案。

1 系统结构

电厂生产区域作业人数统计功能主要基于定位技术实现，系统结构主要包括：B/S架构的应用平台、人员定位功能模块、定位终端，如图1所示。

图1 系统分层结构

（1）定位终端

电厂生产区域作业人员携带定位终端，每个定位终端具有唯一身份识别号（Identity Document, ID），通过在平台建立人员ID数据库，确定现场作业人员身份信息，通过定位终端确定作业人员现场位置。

（2）人员统计模块

人员统计模块通过定位终端获取人员位置数据，并对位置坐标数据进行处理转化，实现定位数据的规范存储，再通过人数统计算法获取生产区域人数，实现生产区域人员精细管理。

（3）智慧安全管控平台

平台集成三维可视化模块，通过人员统计模块为平台提供定位数据，展示电厂人员在生产区域内的实时分布和动态作业人数。

2 关键技术

基于电厂生产区域作业人数统计模型，使用室内外定位技术，通过点在多边形内外的判断算法，统计现场作业人数，其人数统计流程如图2所示。

图2 基于定位技术的人数统计流程

2.1 定位技术

（1）室外定位技术

目前，全球定位系统（Global Positioning System, GPS）和北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）这两种室外定位系统已经被广泛应用在各种室外场景中。本文主要采用北斗RTK高精度定位技术，系统主要由定位终端、差分基站、通信设备及计算机组成。定位流程如图3所示。

图3 室外定位流程

（2）室内定位

基于磁场的多源信息融合室内定位技术，融合磁场、惯性导航系统（INS）、蓝牙和地图信息，通过采集定位区域内各位置的磁场信息并与所述定位区域内各位置的信息对应，得到数据矩阵模型，最终实现定位。定位流程如图4所示。

图4 室内定位流程

2.2 人数统计

实现电厂生产区域作业人数统计的方式：①基于三维可视化和地理信息技术，在电厂全景三维地图上划分出电厂生产区域；②基于室内外定位技术，获得人员实时定位坐标；③基于点在多边形内外的判断算法，判断人员是否在电厂生产区域内部。人数统计算法流程如图5所示。

图5 人数统计算法流程

关于点在多边形内外的判断是计算几何中较基本但又十分重要的算法。在计算机图形处理、CAD/CAM、人工智能、地理信息系统和科学计算可视化中被大量应用。本文对点在多边形内外判断采用射线法，其原理是从判断点开始做一条任一方向的射线，由射线与多边形的交点个数判断点与多边形的位置关系。若交点个数是奇数，点位于多边形内；若交点个数是偶数，点位于多边形外。

3 实例应用

以某电力公司FR电厂为应用实例，在FR电厂部署了室内外定位系统，构建了三维可视化地图等融合各功能的模块，建成了智慧安全管控平台。

3.1 定位系统部署

（1）室外定位

在FR电厂部署的室外定位系统主要包含差分基站、定位终端及定位服务器，如图6所示。

图6 差分基站和室外定位终端

（2）室内定位

在FR电厂部署的室内定位系统主要包含室内定位终端、电厂主厂房磁场图及定位服务器。磁场图和室内定位采集程序如图7所示。

图7 磁场图和室内定位采集程序

室内定位终端采用的是荣耀BKL-AL20智能定位手机，利用智能手机中的磁传感器芯片采集测量磁场数据。室内定位主要是在电厂主厂房，利用激光扫描仪绘制主厂房尺寸分别为0 m、6.3 m、12.6 m下的二维磁场图。

3.2 生产区域人数统计

在FR电厂进行1∶1的全景三维建模，在三维地图上划分出生产区域，通过定位系统与三维地图融合，在智慧安全管控平台三维地图上显示人员实时定位，通过作业人员统计算法计算出生产区域作业人数并在平台终端显示，如图8所示。

图8 生产区域作业人数统计

4 结 语

本文依托定位技术，通过获取定位坐标与算法实现了电厂生产区域人数统计的方法落地应用，并取得了相应的实践效果。与计算机视觉图像方式统计人数相比，此方法避免了误检、漏检等现象，为电厂生产区域人数统计提供了一种新的方法。通过三维可视化+定位技术的作业人数统计方法，对智慧电厂的智慧安全管控建设具有实践意义。