CN111931605A - 一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法 - Google Patents

一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法，包括监护中枢模块，目标检测模块，文字识别模块，语音识别模块，空间信息模块和人机交互模块。该方法，包括如下步骤，操作前确认阶段；操作监护阶段；操作结束阶段。本发明的有益效果在于：目标检测模块实时识别设备类别、设备状态、设备位置以及人手位置，文字识别模块实时识别设备对应的编码，监护中枢模块结合上述信息实时获取具体设备状态并根据操作规程判断操作进程，完成操作前的设备编码、设备状态确认，通过语音合成模块或人机交互界面进行反馈或警示。

Description

一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法
技术领域
本发明属于核电厂风险监护方法，具体涉及一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法。
背景技术
安全生产是工业领域永恒的话题，尤其是在核电领域，核安全永远是第一位。每个核电厂的反应堆在冷停、热停、临界、热备、功率运行等各个运行状态下以及各状态转换期间都涉及到大量的控制操作，包括但不限于各类试验等，而这些操作的其中大部分具有较高的执行风险，如果操作不当，轻则导致机组瞬态，重则直接造成反应堆停堆或设备损伤，不但直接影响电厂经济效益，还严重威胁了核安全。
为保障各类操作准确性，防止人因失误，各核电厂要求在所有工作中使用防人因失误工具，而监护就是其中最重要的工具之一，具体是指：在实施某项具体行动之前和期间，由操作人和监护人在同一时间同一地点一起实施该行动，操作人负责执行具体行动，监护人负责同步确认，防止执行人出现失误。
目前，核电厂在各类操作中普遍使用监护来防止人因失误，尤其是在涉及高风险操作的工作中，大多实行全程监护。而现阶段的监护仍具有明显短板：一方面，监护消耗的人力成本极高。高风险操作往往需要一个至少工作五年以上的专业工程师或操纵员来担任监护人，大部分电厂更是优先使用高级别人员如值长、科长、班长等，考虑到核电厂各类操作的大量、高频、长时间属性，这是一笔极大的人力成本；另一方面，监护效果由于人的固有局限性无法保证稳定。监护极其消耗监护人的精力，尤其在现场噪音、高温等环境下，监护的效果极易受到影响。
近年来，工业领域对安全生产、安全管理愈发重视，随着大数据、物联网、人工智能等技术的发展，更安全、智能的智慧电厂建设已被国内各核电厂提上日程，以新型传感、物联网、大数据、虚拟现实、人工智能等技术支撑的一体化三维智能管理成为趋势。在此背景下，融合机器视觉、语音识别等技术的智能监护方法应运而生并有着广泛的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电厂高风险操作智能监护系统及方法，使用该方法可替代监护人执行监护工作，大幅降低核电厂高风险操作的监护人力成本，并且能稳定、有效预防人因失误，降低因操作失误导致机组瞬态、停机停堆和设备损伤等的风险。
本发明的技术方案如下：一种核电厂高风险操作智能监护系统，包括监护中枢模块，目标检测模块，文字识别模块，语音识别模块，空间信息模块和人机交互模块；
所述的目标检测模块与文字识别模块连接，目标检测模块、文字识别模块、语音识别模块和空间信息模块与监护中枢模块连接，监护中枢模块与人机交互模块连接。
所述的目标检测模块实时采集图像，实时识别或按需识别图像中的各个物体类别及其所在状态。
所述的文字识别模块具有两种模式，一种是从目标检测模块获取设备标识信息，识别信息并将识别结果送至监护中枢模块；另一种是从目标检测模块获取图像，自行检测设备标识信息，识别并将结果送至监护中枢模块。根据不同的识别环境，启动不同的识别模式。
所述的语音识别模块实时采集并识别工作人员的语音，将识别出的文字信息送至监护中枢模块，可支持语音唤醒。
所述的空间信息模块负责测量并计算图像中各物体的空间位置，将空间信息送至监护中枢模块，支持实时计算和按需调用计算两种模式。
所述的监护中枢模块，将目标检测模块送来的信息与文字识别模块送来的信息融合，识别出具体设备、人手及其状态、位置；将具体设备信息和语音信息与操作规程相比照，判断工作指令的正确性以及操作进程，产生示警信息或正常反馈信息；在有复述语音指令的环境下，如一个唱票、一人操作、一人监护的三人工作模式，将复述的语音指令，具体的设备、人手及其位置与空间信息融合，识别出人手操作意图，产生示警信息或正常反馈信息；在无复述语音指令的环境下，如一人唱票、操作，一人监护的两人工作模式，将具体的设备、人手及其位置与空间信息融合，识别出人手操作意图，产生示警信息或正常反馈信息；在图像中标记各个物体及其信息，并将标记后的图像送至人机交互模块；将示警信息和正常反馈信息送至人机交互模块；接收人机交互模块的界面指令信息，对相应的模块发出启动、停止或调用等指令。
所述的人机交互模块，人机交互模块包括语音合成子模块和交互界面模块：语音合成子模块负责将示警信息合成语音提示工作人员；交互界面模块负责显示操作的具体进程、示警信息和经过标记的图像，并将一些界面指令送至监护中枢模块。
一种核电厂高风险操作智能监护方法，包括如下步骤，
操作前确认阶段；
操作监护阶段：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令；
(3)检查指令是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(4)实时采集(操作人员复述的语音指令、)图像和空间信息；
注：若在有复述语音指令的环境下，如一个唱票、一人操作、一人监护的三人工作模式，则采集操作人员复述的语音指令；若在无复述语音指令的环境下，如一人唱票、操作，一人监护的两人工作模式，可不采集语音指令。
(5)判断操作意图是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(6)实时采集语音和图像；
(7)识别操作后的设备状态、操作响应；
(8)检查设备状态和响应是否与规程或预期一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
操作结束阶段。
所述的操作前确认阶段包括：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和初始状态；
(3)检查指令、设备编码和初始状态是否与规程一致，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
所述的操作结束阶段包括：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和状态；
(3)检查设备是否恢复初始状态，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
所述的三种阶段可根据需要单独或随意组合使用。
本发明的有益效果在于：目标检测模块实时识别设备类别、设备状态、设备位置以及人手位置，文字识别模块实时识别设备对应的编码，监护中枢模块结合上述信息实时获取具体设备状态并根据操作规程判断操作进程，完成操作前的设备编码、设备状态确认，通过语音合成模块或人机交互界面进行反馈或警示；
语音识别模块实时识别工作人员的操作指令，送至监护中枢模块，判断工作人员是否遵守并使用规程，通过语音合成模块或人机交互界面进行反馈或警示；
结合(复述的操作指令、)空间信息模块的空间信息、人手和设备位置信息，监护中枢模块识别人手操作意图，判断操作正确性，通过语音合成模块或人机交互界面进行反馈或警示；
同理，在执行人操作后，目标检测模块、语音识别模块识别设备状态及响应，监护中枢模块根据操作规程判断是否符合预期，并通过语音合成模块或人机交互界面及时给出反馈或警示。
上述智能监护方法，能够有效预防高风险操作人因失误，降低因操作失误导致机组瞬态、停机停堆和设备损伤等风险。智能监护方法以机器化换人、智能化助人的方式提高效率、降低成本，提升电厂安全性、可靠性、经济性。
附图说明
图1为本发明所提供的一种核电厂高风险操作智能监护系统示意图；
图2为本发明所提供的一种核电厂高风险操作智能监护方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种核电厂高风险操作智能监护系统包括：监护中枢模块，目标检测模块，文字识别模块，语音识别模块，空间信息模块，人机交互模块。各模块功能以及数据交互过程如下：
目标检测模块与文字识别模块连接，目标检测模块、文字识别模块、语音识别模块和空间信息模块与监护中枢模块连接，监护中枢模块与人机交互模块连接。
具体的如下所述：
目标检测模块，目标检测模块负责实时采集图像，实时识别或按需识别图像中的各个物体类别及其所在状态，包括但不限于旋转开关、试验开关、指示灯、报警窗、电流/电压表、设备标识等。根据识别环境将采集的原始图像或识别出的设备标识信息送至文字识别模块，其余信息送至监护中枢模块。
文字识别模块，文字识别模块具有两种模式，一种是从目标检测模块获取设备标识信息，识别信息并将识别结果送至监护中枢模块；另一种是从目标检测模块获取图像，自行检测设备标识信息，识别并将结果送至监护中枢模块。根据不同的识别环境，启动不同的识别模式。
语音识别模块，语音识别模块实时采集并识别工作人员的语音，将识别出的文字信息送至监护中枢模块。该模块支持语音唤醒。
空间信息模块，空间信息模块负责测量并计算图像中各物体的空间位置，将空间信息送至监护中枢模块，支持实时计算和按需调用计算两种模式。
监护中枢模块，将目标检测模块送来的信息与文字识别模块送来的信息融合，识别出具体设备、人手及其状态、位置，如旋转开关386CC在P2位置；将具体设备信息和语音信息与操作规程相比照，判断工作指令的正确性以及操作进程，产生示警信息或正常反馈信息；将(复述的操作指令、)具体的设备、人手及其位置与空间信息融合，识别出人手操作意图，根据一定的规则，产生示警信息或正常反馈信息；在图像中标记各个物体及其信息，并将标记后的图像送至人机交互模块；将示警信息和正常反馈信息送至人机交互模块；接收人机交互模块的界面指令信息，对相应的模块发出启动、停止或调用等指令。
人机交互模块，人机交互模块包括语音合成子模块和交互界面子模块：语音合成子模块负责将示警信息合成语音提示工作人员；交互界面子模块负责显示操作的具体进程、示警信息和经过标记的图像，并将一些界面指令(如开始/停止)送至监护中枢模块。
如图2所示，一种核电厂高风险操作智能监护方法，包括如下步骤：
操作前确认阶段：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和初始状态；
(3)检查指令、设备编码和初始状态是否与规程一致，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
操作监护阶段：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令；
(3)检查指令是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(4)实时采集(复述的语音指令)图像和空间信息；
注：若在有复述语音指令的环境下，如一个唱票、一人操作、一人监护的三人工作模式，则采集操作人员复述的语音指令；若在无复述语音指令的环境下，如一人唱票、操作，一人监护的两人工作模式，可不采集语音指令。
(5)判断操作意图是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(6)实时采集语音指令和图像；
(7)识别操作后的设备状态、操作响应；
(8)检查设备状态和响应是否与规程或预期一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
操作结束阶段：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和状态；
(3)检查设备是否恢复初始状态，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
本发明的功能简介：
(1)识别设备类别、设备状态以及设备位置；
(2)识别设备对应的编码，并根据状态识别出操作具体进程；
(3)识别试验期间工作组人员语音，根据操作规程判断工作指令是否正确；
(4)识别人手操作意图，判断操作正确性，并及时给出提醒；
(5)识别操作后的设备状态，判断是否与预期相符，并及时给出提醒。
技术细节：
基于目标检测技术，通过摄像头(单个或多个)实时地识别操作盘台上各设备类别、状态及位置；基于文字识别技术，识别出各个设备的设备编码；基于语音识别以及自然语言处理技术，识别出工作组人员的指令；基于双目算法、TOF技术或激光雷达计算出摄像头中各个物体的空间信息，结合目标检测定位，识别出人手的操作意图；基于语音合成技术，生成提醒语音。
将上述各技术应用于核电厂高风险操作过程中，并与操作规程高度融合，实现智能监护。

Claims (11)

1.一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：包括监护中枢模块，目标检测模块，文字识别模块，语音识别模块，空间信息模块和人机交互模块；
所述的目标检测模块与文字识别模块连接，目标检测模块、文字识别模块、语音识别模块和空间信息模块与监护中枢模块连接，监护中枢模块与人机交互模块连接。
2.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的目标检测模块实时采集图像，实时识别或按需识别图像中的各个物体类别及其所在状态。
3.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的文字识别模块具有两种模式，一种是从目标检测模块获取设备标识信息，识别信息并将识别结果送至监护中枢模块；另一种是从目标检测模块获取图像，自行检测设备标识信息，识别并将结果送至监护中枢模块。根据不同的识别环境，启动不同的识别模式。
4.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的语音识别模块实时采集并识别工作人员的语音，将识别出的文字信息送至监护中枢模块，可支持语音唤醒。
5.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的空间信息模块负责测量并计算图像中各物体的空间信息，将空间信息送至监护中枢模块，支持实时计算和按需调用计算两种模式。
6.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的监护中枢模块，将目标检测模块送来的信息与文字识别模块送来的信息融合，识别出具体设备、人手及其状态、位置；将具体设备信息和语音信息与操作规程相比照，判断工作指令的正确性以及操作进程，产生示警信息或正常反馈信息；在图像中标记各个物体及其信息，并将标记后的图像送至人机交互模块；将示警信息和正常反馈信息送至人机交互模块；接收人机交互模块的界面指令信息，对相应的模块发出启动、停止或调用等指令。
7.如权利要求1所述的一种核电厂高风险操作智能监护系统，其特征在于：所述的人机交互模块，人机交互模块包括语音合成子模块和交互界面模块：语音合成子模块负责将示警信息合成语音提示工作人员；交互界面模块负责显示操作的具体进程、示警信息和经过标记的图像，并将一些界面指令送至监护中枢模块。
8.一种核电厂高风险操作智能监护方法，其特征在于：包括如下步骤，
操作前确认阶段；
操作监护阶段：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令；
(3)检查指令是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(4)实时采集操作人员复述的语音指令和图像；
(5)判断操作意图是否与规程一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
(6)实时采集语音和图像；
(7)识别操作后的设备状态、操作响应；
(8)检查设备状态和响应是否与规程或预期一致，并及时通过语音或交互界面给予反馈或警示；
操作结束阶段。
9.如权利要求8所述的一种核电厂高风险操作智能监护方法，其特征在于：所述的操作前确认阶段包括：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和初始状态；
(3)检查指令、设备编码和初始状态是否与规程一致，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
10.如权利要求8所述的一种核电厂高风险操作智能监护方法，其特征在于：所述的操作结束阶段包括：
(1)实时采集语音指令和图像；
(2)识别指令、设备编码和状态；
(3)检查设备是否恢复初始状态，及时通过语音或交互界面给予反馈或警示。
11.如权利要求8所述的一种核电厂高风险操作智能监护方法，其特征在于：所述的三种阶段可根据需要单独或随意组合使用。
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