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★亞信科技（中國）有限公司

1　目標和概述

亞信科技風(fēng)電廠智慧工地解決方案是亞信科技基于邊緣AI產(chǎn)品+5G專網(wǎng)技術(shù)形成的綜合的解決方案，主要解決目前風(fēng)電場施工現(xiàn)場的高效監(jiān)管問題。

風(fēng)電施工現(xiàn)場普遍存在地處偏遠、環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)覆蓋弱導(dǎo)致管理難、安全事故多發(fā)等問題。風(fēng)電廠智慧工地項目通過將5G專網(wǎng)、高清攝像頭和邊緣AI結(jié)合，打造云網(wǎng)邊端一體的智慧工地解決方案。該方案實現(xiàn)了偏遠地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、多個工地云端統(tǒng)一管控、智能化規(guī)范施工過程，以及實時智能發(fā)現(xiàn)安全隱患，從而保障了施工過程的安全和高效。同時，該方案也可為后續(xù)在風(fēng)電現(xiàn)場實現(xiàn)信息化、智能化運營提供網(wǎng)絡(luò)和軟硬件支撐，充分轉(zhuǎn)化了現(xiàn)有投資。

2　方案介紹

2.1　方案總體架構(gòu)

風(fēng)電廠智慧工地項目，通過搭建云網(wǎng)邊端一體化的平臺為風(fēng)電工地提供一站式的管理、監(jiān)控、運營以及運維能力。其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 亞信科技風(fēng)電廠智慧工地解決方案架構(gòu)圖

端：在風(fēng)電施工現(xiàn)場的關(guān)鍵制高點安裝高清攝像頭，對施工過程、物料擺放以及人員行為提供無死角的7×24小時監(jiān)控，并且能夠遠程控制攝像頭進行定期巡檢。

邊：在每一處風(fēng)電施工現(xiàn)場組建小規(guī)模監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，部署亞信自主研發(fā)的邊緣AI一體機，為監(jiān)控提供AI智能識別能力。該一體機不僅具備強大的AI算力，還配備了5G通信模塊，并且通過一體化的設(shè)計降低了功耗、提升了設(shè)備防風(fēng)、防水的能力，能夠適應(yīng)風(fēng)電施工現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，保持高效穩(wěn)定的運行。

網(wǎng)：使用亞信自主研發(fā)的5G行業(yè)專網(wǎng)一體機搭建一條屬于電廠工地專屬的信息高速公路，該一體機采用基于3GPP技術(shù)體制的5G技術(shù)，實現(xiàn)了電廠施工的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，解決了風(fēng)電施工在山地的網(wǎng)絡(luò)通信問題，為大規(guī)模視頻數(shù)據(jù)的實時傳輸、AI模型的協(xié)同提供了超大帶寬、超低時延、超高安全的通信能力。

云：在電廠內(nèi)網(wǎng)的機房中，部署云端的AI視頻能力平臺軟件，實時監(jiān)控全部施工現(xiàn)場，調(diào)度各個邊緣AI一體機部署的AI模型，發(fā)生任何異常第一時間主動發(fā)現(xiàn)并通知相關(guān)人員處理。

2.2　邊緣計算能力

考慮到風(fēng)電廠施工現(xiàn)場復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，在本案例中，亞信科技采用了以“邊緣AI+5G專網(wǎng)”為基礎(chǔ)的云網(wǎng)邊端協(xié)同、軟硬一體的綜合解決方案。

同時，為了保障AI能力在邊緣端的高度可用和安全，亞信科技采用了多種技術(shù)手段實現(xiàn)有效的云邊協(xié)同、高效管理。

（1）AI能力部署到邊緣后的高可用保障

AI部署到邊緣執(zhí)行需要解決的問題包括邊緣算力設(shè)備的穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。

邊緣AI算力設(shè)備的穩(wěn)定性：包括硬件的穩(wěn)定運行以及軟件的強壯程度。亞信邊緣AI一體機經(jīng)過嚴格的軟硬件一體測試，可根據(jù)邊緣端接入的攝像頭個數(shù)以及算法個數(shù)給出匹配的硬件規(guī)格，部署相應(yīng)設(shè)備后即可保證在符合預(yù)估的條件下穩(wěn)定運行不宕機。并且，針對風(fēng)電等極端惡劣的環(huán)境，亞信邊緣AI一體機提供Soc一體化芯片解決方案，使得在提供相同算力的基礎(chǔ)下，亞信邊緣AI一體機能耗更低，其無風(fēng)扇一體化設(shè)計比普通的一體機更加適應(yīng)大風(fēng)、雨水以及揚塵的環(huán)境，保證了AI模型的穩(wěn)定運行。

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量穩(wěn)定：風(fēng)電站施工現(xiàn)場多處于山區(qū)等無人環(huán)境，通常缺少5G基站覆蓋，而AI視頻監(jiān)控和分析需要滿足高清視頻的實時回傳，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時延都有很高的要求。亞信5G專網(wǎng)產(chǎn)品采用5G獨立組網(wǎng)方案，即無線基站、承載網(wǎng)、5G核心網(wǎng)、MEC等全套5G設(shè)備下沉至風(fēng)電施工現(xiàn)場，宏基站擬借助施工現(xiàn)場高點架設(shè)，不新建鐵塔。小微基站和室分的布置方案和數(shù)量根據(jù)平面圖和現(xiàn)場勘測設(shè)定，確保5G信號覆蓋以及7×24小時的穩(wěn)定運行。

（2）復(fù)雜天氣下的各類AI模型識別準確率提升

后向糾錯機制：視覺識別模型在實際應(yīng)用場景中常因環(huán)境、光線、角度等出現(xiàn)誤識別，尤其在風(fēng)電施工現(xiàn)場這類經(jīng)常出現(xiàn)惡劣天氣、環(huán)境因素復(fù)雜的場景。本方案通過應(yīng)用層后向容錯識別能力，對指定幀數(shù)內(nèi)靜止的目標自動剔除，配以手動標識誤識別圈選，可大幅增加識別準確率，如圖2所示。對因外形相似、光線干擾、云霧影響等所導(dǎo)致的誤識別進行應(yīng)用層后向處理，并結(jié)合“三局兩勝”機制可將識別準確率提升約10%。

圖2 亞信科技風(fēng)電廠智慧工地解決方案后向糾錯流程

復(fù)雜場景多對象檢測跟蹤：使用亞信自主研發(fā)的專利技術(shù)復(fù)雜場景多對象檢測跟蹤算法RepRetinaFace（Re-parameterization RetinaFace for Edge Embedded Platform），可保障在復(fù)雜環(huán)境下，基于邊緣端有限的算力資源，以最快速度同時識別多個人臉，提升了邊緣推理的性能，如圖3所示。

圖3 RepRetinaFace在不同算力卡上的性能提升

（3）邊緣AI推理的實時性和高效能保障

高效能邊緣AI處理架構(gòu)：邊緣AI一體機采用Jetson+DeepStream架構(gòu)，該架構(gòu)能夠?qū)⑸疃壬窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他復(fù)雜的處理任務(wù)引入到流處理管道中，以實現(xiàn)對視頻和其他傳感器數(shù)據(jù)的近實時分析。該架構(gòu)使用TensorRT進行推理或多流解碼，并通過硬件加速的插件與基礎(chǔ)硬件交互以提供最佳性能。經(jīng)過實際測試，在相同的邊緣硬件以及識別環(huán)境下，該架構(gòu)將總性能從32FPS上升到56FPS左右，提升大約1.8倍。

圖4 DeepStream流程

邊緣算力調(diào)度和QoS保障：AI視頻推理高度依賴GPU等高性能硬件資源，而GPU資源相對有限且昂貴。因此，研究更靈活智能的任務(wù)調(diào)度算法及能力，可以進一步提升算力資源利用率，提高整體系統(tǒng)容量。本方案通過采用時間、觸發(fā)式等多樣化調(diào)度技術(shù)，實現(xiàn)AI資源的按需智能調(diào)度，同時在整體任務(wù)調(diào)度框架上同步采用基于QoS的沖突處理機制，確保高優(yōu)先級任務(wù)（如火情監(jiān)測）可第一時間執(zhí)行。在面向風(fēng)電施工這類計算機視覺多模型混合應(yīng)用的場景下，本方案可有效實現(xiàn)算力資源的充分復(fù)用，可提升業(yè)務(wù)容量約30%。

圖5 算力調(diào)度過程

2.3　方案價值及優(yōu)勢

本方案定位在基于5G專網(wǎng)組網(wǎng)+邊緣AI識別的智慧化管理領(lǐng)域，它構(gòu)建了專屬管理體系，替代低效的人工管理，完成人工無法達成的任務(wù)，減少了安全事故的發(fā)生。

（1）云網(wǎng)邊端協(xié)同，滿足了各類角色管理施工現(xiàn)場的需求

總部管理人員、監(jiān)理或是其他監(jiān)管機構(gòu)：可以在總部的云平臺上實時監(jiān)控所有施工現(xiàn)場，與傳統(tǒng)的周期性去現(xiàn)場巡查相比，更加節(jié)省成本、高效，能夠隨時掌握各個工地的進展以及施工過程情況。

監(jiān)控人員：可以根據(jù)不同施工現(xiàn)場的實際情況，在云端同步調(diào)整AI監(jiān)控場景，比如，剛開始進場的工地，更多的關(guān)注規(guī)定的人員是否到位、物料擺放是否合規(guī)等，而進行中的施工現(xiàn)場，更關(guān)注操作的規(guī)范程度、是否有安全隱患等。

施工現(xiàn)場負責人員：可以及時收到來自云平臺的監(jiān)控告警，提醒他們當前工地存在的隱患以及問題，第一時間處理，避免發(fā)生安全事故。

（2）由事后追溯轉(zhuǎn)為主動，使用AI技術(shù)可主動發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題和隱患

結(jié)合工地實際需求，本方案部署了包含施工安全、設(shè)備及物料識別、過程規(guī)范、工地人員管理等多個方面的幾十個AI模型。與傳統(tǒng)的依靠人員監(jiān)控相比，AI技術(shù)能夠7*24小時不間斷地代替人工監(jiān)控，加上5G專網(wǎng)的低時延特性，能夠第一時間、不遺漏地發(fā)現(xiàn)安全隱患，并通知相關(guān)人員處理。例如，明火、抽煙這類容易造成安全事故的隱患，能被及時通知工地負責人進行處理，對于意外發(fā)生的火情也能夠做到最大限度降低損失。

圖6 面向電廠工地的AI能力

（3）快速落地擴展，一體機方式部署更加高效、穩(wěn)定

亞信5G行業(yè)專網(wǎng)一體機，將5G核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元、UPF、MEC、交換模塊、BBU（可選）集中在滿足OTII標準的一體機柜當中，實現(xiàn)即插即用，大大簡化了專網(wǎng)核心網(wǎng)的部署難度，可實現(xiàn)單日開通。

圖7 亞信邊緣AI一體機

亞信邊緣AI一體機，將AI算力芯片、AI軟件環(huán)境、5G通信模塊、視頻解析能力等整合到滿足3C標準的一體機中，輕量化、標準化交付，開機即用，并可根據(jù)不同的邊緣算力要求、環(huán)境情況選擇不同規(guī)格的邊緣一體機，極大地降低了AI能力部署到邊緣的復(fù)雜度。

（4）施工運維一體化，施工結(jié)束后可立即轉(zhuǎn)換成運維能力

風(fēng)電站施工結(jié)束后，所有的監(jiān)控設(shè)備、邊緣AI一體機以及5G專網(wǎng)，都可以用于后續(xù)電站的遠程運維，只需將對應(yīng)的AI能力替換成用于設(shè)備運維、巡檢的模型即可，從而實現(xiàn)無人化管理，節(jié)省了運維成本。

2.4　應(yīng)用與部署案例

該方案成功部署于某風(fēng)力發(fā)電場，年均上網(wǎng)電量約1.4億千瓦時（度），2022年發(fā)電1億度，建成至今發(fā)電量超過10億度。為了解決該風(fēng)電施工現(xiàn)場地處偏遠、環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)覆蓋弱導(dǎo)致管理難、安全事故多發(fā)等問題，亞信科技風(fēng)電廠智慧工地項目通過將5G專網(wǎng)、高清攝像頭和邊緣AI結(jié)合，打造了云網(wǎng)邊端一體的智慧工地解決方案。該解決方案部署架構(gòu)如圖8所示。

圖8 亞信科技風(fēng)電廠智慧工地解決方案部署架構(gòu)圖

3　代表性及推廣價值

3.1　技術(shù)創(chuàng)新性

本方案通過創(chuàng)造性的方式，通過5G+視頻監(jiān)控+AI技術(shù)，實現(xiàn)了智能化的工地管理，探索出了一條在高速公路、高鐵等復(fù)雜環(huán)境下邊緣AI高效實施的有效路徑，同時，也在技術(shù)上不斷地推進了5G技術(shù)與AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的融合程度。

（1）5G與AI技術(shù)的融合

本項目中5G技術(shù)，尤其是5G專網(wǎng)技術(shù)的引入，以及亞信科技邊緣AI一體機的引入，通過軟硬一體、云邊協(xié)同的方式，進一步增強了工地復(fù)雜環(huán)境下AI監(jiān)控和分析的實時性、管理的云邊協(xié)同性，以及部署實施的靈活性和便捷性，充分體現(xiàn)了5G時代AI技術(shù)應(yīng)用的民主化、工程化、實時性和協(xié)同性的特征。

（2）5G與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合

本項目中5G專網(wǎng)技術(shù)的引入，對于數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)安全也是一次全新的應(yīng)用實驗。而5G專網(wǎng)一體機和專網(wǎng)運營平臺的引入，更是保證了廠內(nèi)數(shù)據(jù)通過5G專網(wǎng)傳輸，數(shù)據(jù)不出廠區(qū)，設(shè)備不共享，與公網(wǎng)完全物理隔離，既有效地將風(fēng)電現(xiàn)場視頻數(shù)據(jù)、AI分析結(jié)果數(shù)據(jù)引入到電廠的大數(shù)據(jù)中心，又嚴格確保了信息安全。

3.2　應(yīng)用成效

本項目實施以來，帶來了顯著的經(jīng)濟、社會和管理效益，具體如下：

（1）經(jīng)濟效益本項目實施以后，風(fēng)電廠等施工工地智慧化管理和工程設(shè)施智慧化運營管理進一步強化，降本增效效果顯著。

在安全巡查方面，替代人工管理，節(jié)約人力成本約150萬/年；

實時視頻故障處理遠程專家會診，大幅縮減了由于故障導(dǎo)致的檢修停機時間，粗略估算，相比2021年全年，2022年此項費用節(jié)約超過200萬元人民幣；

無線數(shù)據(jù)穩(wěn)定回傳，在新業(yè)務(wù)擴展時有效避免了對現(xiàn)有光纖資源和固定線路重新鋪設(shè)的費用，節(jié)省100萬元人民幣以上；

通過實現(xiàn)實時作業(yè)監(jiān)控，風(fēng)險事件發(fā)現(xiàn)時長由小時縮短至秒級，實現(xiàn)了重大風(fēng)險的主動預(yù)防；配合高效的應(yīng)急智慧機制，可快速處置突發(fā)事件，挽救了人員和財產(chǎn)的損失，帶來間接經(jīng)濟效益500萬以上。

（2）社會效益

實現(xiàn)了全場站的無線高速覆蓋和邊緣側(cè)AI能力部署，打造了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的智慧化建設(shè)標桿；

風(fēng)險管控能力由人工轉(zhuǎn)向自動，可及時發(fā)現(xiàn)危機和潛在風(fēng)險，大幅降低了安全生產(chǎn)事故，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程零傷亡；

環(huán)境保護由被動轉(zhuǎn)向主動，降低了對周邊環(huán)境造成的空氣、噪聲、垃圾等污染，滿足了規(guī)范處置和政策監(jiān)管合規(guī)要求。

（3）管理效益

本項目成果有效提升了發(fā)電通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)資金利用率和全生命周期內(nèi)的經(jīng)濟收益，降低了發(fā)電生產(chǎn)事故風(fēng)險，提高了風(fēng)力發(fā)電的安全生產(chǎn)運營水平；

·本項目通過5G技術(shù)使建筑工地大數(shù)量數(shù)據(jù)和管理指令得到及時有效傳輸，通過AI分析模型極大提升了該工地過去粗放的、單純依靠人力的管理模式；

實現(xiàn)遠程應(yīng)急指揮，全流程定位問題、挖掘原因，實現(xiàn)了問題可定位、可回溯、可預(yù)防、可治理，促進了企業(yè)從上到下無延遲聯(lián)動機制;

實現(xiàn)了遠程運維，提升了項目管理、進度管理和質(zhì)量管理的能力和生產(chǎn)效率，推動了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；

本項目以建設(shè)和生產(chǎn)為核心，與辦公、安防等融合，構(gòu)建統(tǒng)一的智慧管控平臺及風(fēng)險預(yù)防體系，以應(yīng)對建設(shè)生產(chǎn)中的規(guī)范管理、安全防護以及日益嚴峻的信息安全隱患。

3.3　行業(yè)影響

在風(fēng)電廠等工程建設(shè)施工現(xiàn)場，環(huán)境復(fù)雜、惡劣，有時位置偏遠，有時分布點多面廣，存在著環(huán)境污染重、安全事故頻發(fā)、監(jiān)管難度大、人員管理難、信息化水平低等一系列問題。設(shè)施建成后，還有著火情、區(qū)域入侵等危機和風(fēng)險識別的需要，以及規(guī)范管理和環(huán)境保護保持的需要。而傳統(tǒng)管理方式管理成本高，無法及時識別安全隱患，無法快速響應(yīng)，因此需要規(guī)范作業(yè)管理、實時巡查監(jiān)督、預(yù)防安全事故等全方位立體化的實時監(jiān)管解決方案。

本項目融合了5G、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，一方面它通過5G專網(wǎng)組網(wǎng)，實現(xiàn)了攝像頭、感應(yīng)器等設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時采集回傳，為風(fēng)電廠等設(shè)施的發(fā)展建立了連接基礎(chǔ)，為智能化應(yīng)用提供了基本條件；另一方面它以數(shù)字化、可視化的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)了施工和日常生產(chǎn)工作中海量高清視頻的邊緣側(cè)智能、實時分析監(jiān)測，以及各項設(shè)備、人員、物料、項目進度、質(zhì)量安全的全方位、全生命周期管理。從而，幫助相關(guān)單位和管理部門實現(xiàn)了安全生產(chǎn)的數(shù)字化、智慧化管理和運營。

本項目具有跨行業(yè)的示范效應(yīng)，它所涉及的對風(fēng)電廠施工工地的智慧化管理能力，廣泛適用于各類現(xiàn)場環(huán)境惡劣、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)缺失或者較差的工程建設(shè)施工現(xiàn)場，同時也能夠無縫對接施工完成后的建筑設(shè)施及其附屬設(shè)備的智慧化運營管理。

摘自《自動化博覽》2024年4月刊