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1 方案背景與目標

隨著全球?qū)嶓w經(jīng)濟與數(shù)字經(jīng)濟融合發(fā)展，社會對安全生產(chǎn)的重視程度不斷加強，工業(yè)企業(yè)數(shù)智化升級需求迫切。針對各行業(yè)安全生產(chǎn)管控需求及痛點，深圳鯤云信息科技有限公司（以下簡稱：鯤云科技）基于自主研發(fā)的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片及一系列具備高性價比和易用性的軟硬件產(chǎn)品，高性能、低延時、高算力性價比的智慧安監(jiān)AI視頻分析解決方案，可對前端圖像數(shù)據(jù)進行實時識別分析預警，并通過AI推理平臺對預警結(jié)果進行直觀展示。

通過深度學習算法對接入的視頻進行數(shù)據(jù)處理，識別作業(yè)區(qū)域的人員安全帽、工服，違規(guī)區(qū)域人員闖入，以及液體泄露、煙霧、火焰等環(huán)境風險，并為企業(yè)搭建可視化監(jiān)控中心，實時查看 AI 報警分析結(jié)果和視頻流數(shù)據(jù)，實現(xiàn)風險報警處理率80%，違規(guī)數(shù)量較部署前降低30%，人員管理效率提升70%，企業(yè)安全監(jiān)管效率和應(yīng)急處理效率提高30%。該方案涵蓋安全生產(chǎn)、儲存、使用、經(jīng)營、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，涉及人員管理、資源管理、場地管理多個場景，支持人員行為、環(huán)境風險、生產(chǎn)設(shè)備、特殊作業(yè)的實時智能監(jiān)測報警，助力化工、石油、礦山、能源等20+行業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)管理智能化。

2 方案詳細介紹

圖1.基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流的AI視頻分析解決方案

鯤云科技的智慧安監(jiān)AI視頻分析解決方案，其AI算力層基于鯤云科技數(shù)據(jù)流AI芯片及其算力產(chǎn)品，硬件自主可控；軟件層基于鯤云科技自主研發(fā)的深度學習算法，高精度圖像算法，準確率達95%以上；平臺層采用人工智能圖像識別推理平臺“星云AI視覺分析平臺”，軟硬件深度結(jié)合。其中，

（1）算力層：基于數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA的算力產(chǎn)品，高算力性價比

工業(yè)智能化升級過程中，安全生產(chǎn)是至關(guān)重要的一環(huán)，其中，視頻智能分析的時效性和準確性關(guān)乎到生產(chǎn)安全和效率，高性能硬件的支持極為重要。

基于鯤云全球首款數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA，提供不同邊緣計算平臺，支持橫向擴縮容的多類型計算節(jié)點，實現(xiàn)多路視頻結(jié)構(gòu)化分析，具更高的算力性價比；最低3ms延時，更適合實時應(yīng)用；提供PCIe 3.0×8 接口，適用于邊緣端服務(wù)器設(shè)備，部署簡易，應(yīng)用設(shè)備為服務(wù)器、工作小站、工控機，可適配多種計算平臺。搭載基于數(shù)據(jù)流AI芯片的加速卡其利用率可高達95.4%，相比市面常用深度學習加速硬件提供最高10倍以上資源利用率，為企業(yè)提供高性能高算力性價比的計算加速方案。

（2）軟件層：高精度場景算法，準確識別異常，提升安全管理效率

算力層以搭載數(shù)據(jù)流AI芯片的AI加速卡、AI智能分析服務(wù)器為核心，視頻數(shù)據(jù)通過硬盤錄像機進行存儲，同時通過本地網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紸I分析服務(wù)器進行視頻解碼，搭配人工智能后臺的深度學習算法進行人員行為、環(huán)境狀態(tài)、物體設(shè)備的實時分析和識別，發(fā)現(xiàn)異常則及時預警。

依托安監(jiān)場景通用算法或基于園區(qū)場景數(shù)據(jù)定制開發(fā)的高精度算法，對監(jiān)控視頻圖像的智能分析，捕捉特定目標，提取需求屬性，識別違規(guī)現(xiàn)象，做到事前預警、事中管控、事后取證。

（3）平臺層：人工智能圖像識別推理平臺，實現(xiàn)軟硬件深度融合

基于自主研發(fā)的數(shù)據(jù)流AI芯片及其算力產(chǎn)品，鯤云科技提供軟硬一體化的解決方案，平臺層采用人工智能圖像識別推理平臺“星云AI視覺分析平臺”，可以實現(xiàn)人工智能算法快速落地，由網(wǎng)頁端節(jié)點和智能計算服務(wù)節(jié)點構(gòu)成，部署安全帽識別、反光衣識別、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)識別等智慧安監(jiān)算法，支撐采油廠、化工園區(qū)、工業(yè)園區(qū)、建筑工地、水泥廠等園區(qū)場景實現(xiàn)安全管理智能化。平臺支持多種流媒體服務(wù)平臺接入，充分兼容已有安防監(jiān)控系統(tǒng)，可通過DVR、NVR、平臺SDK等快速集成，支持多種部署架構(gòu)，適配多種視頻分析場景；并提供多層次開放能力，從業(yè)務(wù)層的restful API到服務(wù)層的算法調(diào)用API，助力企業(yè)按需定制。

圖2. 智慧化工園區(qū)AI安全監(jiān)控中心

圖3. 部分智能算法

3 代表性及推廣價值

3.1 核心競爭力：95.4%高算力利用率的數(shù)據(jù)流架構(gòu)CAISA

人工智能領(lǐng)域應(yīng)用目前處于技術(shù)和需求融合的高速發(fā)展階段，不同行業(yè)對AI算力的需求正處于高速增長，成本考量和物理學特性等因素將會壓制傳統(tǒng)AI硬件性能的上升勢頭。傳統(tǒng)的指令集架構(gòu)是目前國內(nèi)外研發(fā)AI芯片的主流框架，受限于指令間的依賴、指令間協(xié)同的時鐘不確定性，指令內(nèi)部的計算單元會出現(xiàn)閑置等挑戰(zhàn)，進一步提升芯片峰值算力所帶來的收益有限，而在芯片利用效率上仍有非常大的提升空間，存在“馮諾依曼瓶頸”。

聚焦于安全生產(chǎn)的邊緣計算中更廣泛的AI推斷算力需求，鯤云科技提出新的AI計算平臺的架構(gòu)實現(xiàn)方式——自主研發(fā)“定制數(shù)據(jù)流架構(gòu)”CAISA3.0并發(fā)布全球首款可商用數(shù)據(jù)流AI芯片CAISA，目前已實現(xiàn)量產(chǎn)。相對于傳統(tǒng)指令集架構(gòu)下的AI芯片，CAISA芯片真正實現(xiàn)底層架構(gòu)創(chuàng)新，不存在指令依賴，依托數(shù)據(jù)流的流動次序控制計算執(zhí)行次序，數(shù)據(jù)計算與數(shù)據(jù)流動重疊，實現(xiàn)芯片實測算力上的技術(shù)突破。

不同于基于馮諾依曼的指令集架構(gòu)，數(shù)據(jù)流架構(gòu)依托數(shù)據(jù)流的流動次序控制計算執(zhí)行次序。在這種計算方式下，解決指令集架構(gòu)的幾大核心問題：

（1）數(shù)據(jù)流架構(gòu)中數(shù)據(jù)流動次序即計算執(zhí)行次序，沒有指令概念，移除了由于指令帶來的控制冗余以及等待指令讀取譯碼帶來的計算單元閑置；

（2）數(shù)據(jù)流架構(gòu)支持時鐘級的精確計算，每個數(shù)據(jù)流動及計算在每個時鐘都可精確預計，從而支持將數(shù)據(jù)流動與計算深度重疊，大幅降低計算單元閑置；

（3）數(shù)據(jù)流架構(gòu)中一個數(shù)據(jù)流流水線中可深度整合大量計算單元，從而打破指令集架構(gòu)中峰值算力提升與芯片利用率的沖突問題：通過不斷加深數(shù)據(jù)流流水線，可以在提升峰值算力同時，不降低流水線中計算單單元閑置時間。

該芯片架構(gòu)具有的技術(shù)理論優(yōu)勢主要有三個方面：

（1）高算力性價比：CAISA芯片實測芯片利用率高達95%，較同類產(chǎn)品在芯片利用率上最高提升了10倍以上；

（2）高架構(gòu)通用性：支持各種深度學習算法，包括目標檢測、分割、分類等領(lǐng)域應(yīng)用的主流算法；

（3）高軟件易用性：提供 RainBuilder 開發(fā)工具鏈，自頂層深度學習開源框架中算法至底層CAISA架構(gòu)時鐘精確映射，端到端自動化工具兼容現(xiàn)有人工智能開發(fā)框架、生態(tài)及軟件。

定制數(shù)據(jù)流CAISA架構(gòu)具有高芯片利用率高、低延時、高通用性等優(yōu)點，且已初步實現(xiàn)了AI計算加速方案產(chǎn)品的量產(chǎn)化。

3.2 推廣價值

在算力層上，該方案采用開創(chuàng)性的可重構(gòu)數(shù)據(jù)流架構(gòu)AI芯片CAISA，芯片利用率最高可達95.4%，在芯片成本為國際同類產(chǎn)品1/3的情況下，最高可提供4.12倍以上的實測性能，為安全生產(chǎn)數(shù)智化落地節(jié)省30%以上的AI算力部署成本；在算法層面，該方案打破了數(shù)據(jù)壁壘，開發(fā)了匹配各類應(yīng)用場景的高精度算法如安全帽識別、煙火識別、打電話識別、原油泄漏、危化車輛識別、滅火器識別等多種異常行為識別，延遲3s以內(nèi)，單服務(wù)器Callback向外推送事件的能力可達每秒1000+事件，準確率達99%以上；基于自研的算力算法，該方案采用人工智能圖像識別推理平臺“星云AI視覺分析平臺” 支持多種流媒體服務(wù)平臺接入，充分兼容已有安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，降本增效；可通過DVR、NVR、平臺SDK等快速集成，支持多種部署架構(gòu)；并提供多層次開放能力，從業(yè)務(wù)層的restful API到服務(wù)層的算法調(diào)用API，按需定制。

基于可重構(gòu)數(shù)據(jù)流AI芯片推出的AI視頻分析解決方案，解決了傳統(tǒng)安監(jiān)系統(tǒng)視頻結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用率低、監(jiān)控過于被動、警情處置效率低的痛點，給石油、化工、電力、加油站等存在安全隱患的國民支柱行業(yè)的智能化升級和安全生產(chǎn)監(jiān)控，實現(xiàn)從芯片到操作平臺、用戶最終界面的一體化標準。

方案能夠充分利舊降低成本，兼容已有監(jiān)控系統(tǒng)，基于原有攝像頭進行圖像分析，適合批量上線，極大降低部署成本；并提供多層次開放API，方便快速集成，在現(xiàn)有的信息化能力手段上，融合視頻AI智能管控，通過實時分析、報表圖表、反饋、提供決策依據(jù)和管理依據(jù)，讓系統(tǒng)代替部分人工崗位，使管理效率和應(yīng)急處理效率更高。

該方案榮獲中國電子技術(shù)標準化研究院“AI芯”標準典型應(yīng)用案例、中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會年度智慧化工園區(qū)適用技術(shù)、山東省新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)新技術(shù)新產(chǎn)品等多項行業(yè)認可。通過發(fā)揮算力與算法的聯(lián)合優(yōu)勢，提升風險識別準確率、預警響應(yīng)速度、多事件Callback向外推送事件等多種能力，解決安全生產(chǎn)中的隱患排查不精準、全員參與不充分、整改情況難追溯等痛點難點問題。