石化5G巡檢與作業監控 測試床項目
引言/導讀
2019年2月7日，美國發布了“美國將主宰未來工業”的未來工業發展規劃，將人工智能、先進的制造業技術、量子信息科學和5G技術列為“推動美國繁榮和保護國家安全”的四項關鍵技術。2019年11月29日，德國正式發布了《國家工業戰略2030》，提出加大國家投入與支持，改變“德國失去關鍵的技術技能，在全球經濟中的地位受損”的局面，通過國家適度干預重點工業領域，打造德國或歐洲的龍頭企業，繼續保持德國工業在歐洲乃至全球的競爭力。新一輪世界博弈將圍繞“工業4.0革命”展開，屆時世界經濟和政治版圖很可能因此發生深刻變革。
進入21世紀以來，5G技術、大數據、云計算、人工智能等前沿領域不斷取得突破，使當前全球制造業格局面臨重大調整。隨著新一代信息技術和網絡技術的發展和滲透，能源行業數字化轉型步伐逐步加快，網絡化、智能化需求迫切，以工業互聯網為代表的新一代產業變革在能源領域已廣泛發生。
廣州石化希望利用5G+多種先進技術融合的方式，推動廠區自動化和智能化水平，助力企業安全生產。通過“5G+巡檢與作業監控”項目建設，為企業管理變革、資源優化、業務創新創效注入新動力，為一流企業建設提供強有力的支撐。
申報企業：
中國石油化工股份有限公司廣州分公司，華南地區最大的現代化石油化工企業之一；
華為技術有限公司，全球領先的ICT（信息與通信）基礎設施和智能終端提供商，業務遍及170多個國家和地區，服務30多億人口
一、關鍵詞
生產巡檢、移動攝像頭、無人機巡檢、5G專網、5G定位、作業安全管控
二、測試床項目承接主體
2.1.發起公司和主要聯系人聯系方式
中國石油化工股份有限公司廣州分公司 聯系人信息：羅曉菁 luoxj.gzsh@sinopec.com
華為技術有限公司 聯系人信息：李江嶺 13823720609 lijiangling@huawei.com; 王元 15221952839 yw.wangyuan@huawei.com
2.2.合作公司
粵通院：參與5G專網架構和部署方案
廣東電信：負責5G專網架構和部署方案、5G專網智能化運營
三、測試床項目目標
為配合企業安全發展轉型，創建世界一流智慧城市型煉化示范企業，由中國石化廣州分公司與華為公司牽頭組織研究“5G+智慧石化”智能工廠典型應用研究，本測試床選取其中3個典型應用。
通過“5G+智慧石化”項目建設，為企業管理變革、資源優化、業務創新創效注入新動力，為一流企業建設、安全生產提供強有力的支撐。
在石化企業探索5G專網智能化應用，利用5G多種先進技術融合的方式，推動廠區自動化和智能化水平，助力企業精益生產、優化協同、本質安全、降本增效
研發一套自主可控的石化工業互聯網平臺的解決方案，并通過在生產巡檢、現場安全等業務領域進行典型場景的5G+工業互聯網融合應用研究與解決方案。
價值點：圍繞5G特性及相關技術，開展安全生產運行等業務領域典型應用場景研究，形成一套支持5G與工業互聯網融合應用的可推廣的行業應用解決方案，為石油化工行業提供智慧工廠應用示范。
建立測試床的目標：探索現有技術未經驗證的新應用場景模式
建立測試床的背景：面向石油化工行業流程工業領域研究5G+工業互聯網融合應用
擬解決的關鍵問題：
1、融合應用的具體問題
a）巡檢作業人員定位難問題：
當前巡檢業務痛點頻次高、人員多：7*24小時頻次，1次/2小時；同時外操人員100+。人員定位、巡檢軌跡難以查詢，管理人員無法實時獲取現場人員情況，想做到全方位的監管更加困難。
人員定位缺失/不精確（GPS屏蔽；RFID需海量Beacon；藍牙/WiFi受受工廠復雜場景多徑、干擾影響，精度約3-5m）。
b）無人機復雜管線巡檢難問題
廠際間管廊的巡檢，距離長，管子多，人工巡檢費時費力，巡檢耗時長。沿途部分區域也不方便人員靠近，對管廊上管線的巡檢做不到全覆蓋，巡檢質量無法保證。
c）現場施工作業實時智能監管問題
目前，企業沒有統建的工業4G/5G網絡或全區域無線網絡，票證管理未實現移動辦公，固定視頻設備的部署密度不夠，且由于網絡條件的制約，移動視頻也無法實時接入視頻監控網絡，無法實時監控作業監理人員是否在現場開票簽票，無法實時監控施工人員作業合規情況，無法實時監控作業環境是否安全，安全生產管理難以到位，存在安全隱患。
四、測試床方案架構
4.1.測試床應用場景
應用場景一 巡檢：
基于5G大帶寬、低時延技術、高精度定位技術空地一體化管線聯合巡檢和超高清視頻監控的行業解決方案（智慧生產巡檢）
構建智慧巡檢管理應用在線平臺和移動平臺，規范巡檢作業流程。借助智能巡檢終端下載巡檢任務，實時記錄、自動上傳巡檢過程數據；通過人員定位、巡檢軌跡查詢，管理人員可實時獲取現場人員情況；通過音、視頻交互及基于5G網絡的在線巡檢，外操人員可實時獲取內操儀表運行數據，提高內外操協同作業效率，提升巡檢質量，實現巡檢工作智能化。
借助5G網絡的大帶寬、低時延、高精度綜合定位技術，開展無人機輔助管廊（管線）巡檢，運用AI飛行、圖像識別等核心技術，基于設定好的路徑，無人機可自主決策航跡、姿態、拍攝參數，獲取高質量巡檢數據，借助5G在線攝像頭實時回傳的影像及圖像，識別現場異常（包括管線泄漏、溫度異常、施工作業等），自動生成異常記錄。
應用場景二 現場作業管控：
現場作業安全智能監管及安全行為智能識別
利用基于5G等高精度混合定位技術，變革票證管理模式和流程，實現作業票“定人員、定位置、定時間和定單位”“四定”管理，加強施工安全管理。
利用AI技術，建立典型移動作業監護場景，對利用5G傳輸的低時延的現場監控視頻流進行計算分析，及時發現偏離作業管理規范的不安全行為。
4.2.測試床架構
【 5G 行業專網架構】
“端+網+云+用”應用體系，在石油化工工業互聯網領域，通過企業內5G網絡化改造，提供更安全、更穩定的連接服務，做強連接。通過有線、無線、專網，構建工業泛在連接體系，實現工業萬物互聯，助力企業智能制造發展。
石化行業5G專網需求：
實現全生產要素互聯，支撐5G+智慧石化應用；
防爆微站等設備部署需滿足石化行業安全標準；
高度的安全可靠性和數據私密性；
靈活自主的專網運營管理；
十萬級別的廣域物聯，上行大帶寬和低時延；
【5G巡檢與作業監控測試床項目整體架構】
宏站-微站部署架構：石化廠部署5G宏站，信號覆蓋弱及重點巡檢定位區域，增加微站部署；
邊緣-云協同分析架構：視頻上傳云端訓練構建算法分析模型，算法通過邊緣計算服務推送至本地進行分析；
巡檢定位確認：巡檢終端將5G信號發送到5G定位基站，結合定位算法服務器計算出終端所在位置，上傳到云上GIS平臺，提供給應用系統定位確認模塊；
無人機巡檢：無人機通過5G信號實時上傳可見光+紅外+氣體檢測數據，結合AI算法識別，實時預警；
現場作業監控：5G音視頻記錄儀、或者5G攝像頭拍攝現場視頻，通過5G網絡直接上傳至邊緣IVS視頻平臺，并對接到作業過程監控應用。
4.3.測試床方案
【5G+工業互聯網融合應用方案】
1、5G巡檢人員定位
（1）利用5G高精度定位技術，借助5G巡檢終端，對巡檢人員實時定位精度<2m。
（2）基于5G防爆智能移動巡檢終端，在需要精準定位的地點，基于小站UTDOA技術，定位算法，實現亞米級定位
（3）R18+后，隨車聯推廣，室外宏站未來目標亞米級定位。
（4）基于5G定位技術，實現現場巡檢人員位置監控及歷史軌跡回放。
2、5G無人機空地一體化聯合巡檢
利用5G大帶寬/低時延/高精度定位/AI等技術，使用智能移動終端/攝像頭/無人機等設備，對人員無法到達的地方的全方位巡檢，實現空地一體化管線聯合巡檢。
（1）管線巡檢采用無人機聯合巡檢，尤其要依靠低時延與米級高精度定位技術，才有可能保證管線復雜環境的實時精準低飛巡檢。
（2）基于設定好的路徑，無人機復雜管線低空平
飛，可自主決策航跡、姿態、拍攝參數，獲取高質量巡檢數據，識別現場異常；
（3）無人機也可在人工控制的情況下，實時精準遠程操控進行特定部位的巡檢確認，確保巡檢全覆蓋，提高巡檢質量。
3、現場作業安全管控
（1）利用利用5G大帶寬、低時延技術特性，實現移動視頻實時、快速上傳，并利用AI技術對視頻流數據進行智能分析。針對職工在作業現場的操作合規，安全防護合規，進行實時視頻采集，通過邊緣算法進行識別響應，對不合規，不安全，不謹慎的操作進行實時管理，告警同步；
（2）5G專網無線連接，固定+移動攝像頭多點便捷、實時監控；
（3）借助5G專網超級上行，作業違規算法下沉邊緣AI服務器，借助AI算法，用音視頻記錄儀監控，并自動識別主要7類違規作業行為。
4.4.方案重點技術
1、基于5G、AI、高精度定位的現場作業不安全行為智能識別。
2、研發5G一體化防爆智能終端。
3、提供基于5G高精度定位技術空地一體化管線聯合巡檢行業解決方案，無人機巡檢識別多根平行復雜管線缺陷，以及低空飛行精準定位，安全遠操。
4.5.方案自主研發性、創新性及先進性
在石化企業內部署5G專網，探索5G專網智能化運營，研發一套自主可控的石化工業互聯網平臺的解決方案，包括工業互聯網平臺技術架構及軟硬件平臺體系，并通過在安全生產巡檢、現場作業監控等業務領域進行典型場景的5G+工業互聯網融合應用研究，形成一套支持5G與工業互聯網融合應用的石油化工企業整體解決方案。
4.6.方案安全風險控制
1、在5G專網建設方面，由于石化現場存在大量超大型復雜生產設施，對信號覆蓋影響較大，同時石化行業有特殊的行業安全標準，對設備的防爆抗干擾有很高要求，需要在防爆區域布設防爆微站進行信號補盲。目前，該領域尚無行業標準，存在一定實施風險。
2、聯合安全防爆領域的專業廠商，共同研究和制定行業標準，合作研發防爆微站。以最高安全標準在實驗室環境充分驗證的基礎上，再開展現場驗證，最終形成一套行業標準。
五、測試床實施部署
5.1.測試床實施規劃
5.2.測試床實施的技術支撐及保障措施
“端+網+云+用”應用體系
在石油化工工業互聯網領域，通過企業內5G網絡化改造，提供更安全、更穩定的連接服務，做強連接。通過有線、無線、專網，構建工業泛在連接體系，實現工業萬物互聯，助力企業智能制造發展。
1.終端技術
對一體化防爆智能終端、視頻終端、無人機終端等進行5G網絡化、智能化改造，實現終端感知一體化；
2.網絡技術
5G網絡、5G專網、有線網絡、NB-IoT構成智能網絡；
3.云網技術
實現云服務管理、設備聯網、大數據分析等，云網融合為體系基礎；
4.應用技術
主要是在石油化工生產、設備健康診斷、節能減排、視頻監控等場景開展示范應用。
共性技術作支撐保障，包括有安全防護、網絡測試、大數據驅動業務發展等內容
5.3.測試床實施的自主可控性
形成5G在石油化工行業的專網，通過建設專用的5G核心網，實現對數據安全和通信質量的自主控制；研發一套自主可控的工業互聯網平臺，支持不少于10萬點生產環境/工藝參數感知的數據服務。
六、測試床預期成果
5.4.測試床的預期可量化實施結果
1. 5G+工業互聯網融合應用場景
1）現場作業安全智能監管：
單環節操作響應不超過4秒
實現200用戶的并發操作
宏基站每小區支持8-10路4K攝像頭（@ 3.5GHz 100MHz頻譜，1:3時隙配比）
單路移動4K高清音視頻記錄儀，5G上行帶寬15~25Mbps
專網E2E業務時延50~80ms
可靠性滿足99.9%
2）智慧生產巡檢
系統普通頁面響應速度5秒以內
復雜頁面響應速度10秒以內
能夠同時提供200個用戶在線應用
系統能夠實現2K/4K以上視頻實時傳輸
系統能夠實現米級（<2m）定位
無人機上行帶寬20~40Mbps
無人機控制E2E時延<20ms
無人機業務E2E時延<200ms
無人機可用度99.9%
2. 5G專網業務
工業控制業務數據不出廠區
工業控制E2E傳輸時延10~20ms；
工業控制可靠性滿足99.99%
3.專利
1）計劃新增知識產權3項
6.2.測試床的商業價值、經濟效益
打造經濟發展新動能。帶動新型基礎設施建設的投資，促進穩增長目標的實現，同時拉動新一代信息技術、高端人才等創新要素投入，增強經濟長期發展動力
提升企業經濟效益。在石油化工領域將創造更多高質量供給，適應消費升級需要，催生出新型服務消費和產品消費。預計未來5年，通過5G融合應用間接帶動經濟增加值達萬億以上經濟規模。
采用基于5G高精度定位技術空地一體化管線聯合巡檢和超高清視頻監控的行業解決方案，可落實巡檢職責，確保巡檢質量，按每年減少兩次事故評估，合計1000萬元/年。
6.3.測試床的社會價值
推動產業發展高端化。推動生產制造服務體系升級、產業鏈延伸和價值鏈拓展，實現產品高端化、裝備高端化和生產智能化，促進企業升級轉型，助力實體經濟邁向價值鏈中高端。
形成典型示范。實現生產運行、設備管理、現場安全、節能環保等業務領域的5G與工業互聯網融合應用的研究，形成石油化工行業構建5G融合應用標準，為石化行業5G與工業互聯網應用提供典型示范。
激發社會主體創新力。5G將推動信息通信技術應用場景從移動互聯網拓展至生產制造等多個領域，為企業和專業人員創新創業提供廣闊空間。通過5G將實現跨設備、跨系統、跨行業、跨區域的全面互聯互通，促進海量數據匯聚和研發生產資源共享，為各行業賦能、賦智，提升社會主體創新創業能力。在直接貢獻方面，5G將帶動的就業機會達百萬個。
6.4.測試床初步推廣應用案例
本項目主要面向石油化工行業流程工業領域，首先研究適用于裝置現場復雜環境下高可靠、高安全、抗干擾的 5G 行業專網架構和部署方案并搭建自主可控的5G工業互聯網平臺。
其次，研究5G 接入場景下基于工業大數據的機器學習與工業機理混合建模、可視化分析等集成技術以及基于5G、高精度定位技術、AI等等關鍵技術。
進而，圍繞5G特性及相關技術，在生產運行、設備管理、現場安全等業務領域選取企業的典型應用場景進行驗證。最后，形成一套支持5G與工業互聯網融合應用的可推廣的行業應用整體解決方案，為石油化工行業提供智慧工廠應用示范
七、測試床成果驗證
7.1.測試床成果驗證計劃
2021.12，計劃完成基于石化工業互聯網平臺開發的相應融合除無人機智能巡檢以外的應用場景，以及應用軟件的關鍵技術測試、算法驗證及學術驗證
2022.Q3，計劃完成無人機智能巡檢應用場景，及管件技術測試和驗證
7.2.測試床成果驗證方案
應用軟件關鍵技術驗證：
1. 5G專網業務數據不出廠區
2. 基于5G的智慧巡檢
a）一體化防爆智能終端系列；
b）高精度定位技術
c）空地一體化管線聯合巡檢
d）海量超高清視頻并行上傳
3. 基于5G、AI、高精度定位的現場作業不安全行為智能識別
八、與已存在AII測試床的關系
不涉及
九、測試床成果交付
9.1.測試床成果交付件
【方案】
1、 自動報警觸發
1）自動報警自動觸發機制
2）分級報警模型和實時監測核心模塊
3）分級報警模型和實時監測模塊驗證和測試
2、 地圖自注標注
1）地圖自助標注機制
2）自助標注模型核心模塊
3）自助標注模塊驗證和測試
3、 5G+工業互聯網融合應用
1）智慧生產巡檢（人員定位、無人機巡檢）
2）現場作業安全智能管控
【創新產品】
1. 5G防爆智能終端
2. 5G防爆邊緣設備
3. 5G高清AI移動超視頻設備
4. 5G紅外攝像頭+自動掃描設備
5. 空地一體化管線聯合巡檢無人機
6. 5G融合網關
【標準及專利】
1.標準：5G+石化智能工廠的技術標準
2.新增知識產權：
a）“5G+物聯網+邊緣”的煉化企業網絡融合架構
b）基于5G、AI、高精度定位的現場作業不安全行為智能識別
c）提供基于5G高精度定位技術空地一體化管線聯合巡檢和超高清視頻監控的行業解決方案
9.2.測試床可復制性
測試床可復制性于油氣行業上游油田、能源礦區等安全、環保要求高的生產園區
9.3.測試床開放性
測試床具備開放性，5G終端與模組，通過標準空口協議接入5G網絡，同行企業都可共同參與
十、其他信息
10.1.測試床使用者
測試床向中石化煉化工廠單位開放，并邀請多家伙伴共同參與（包括石化盈科、拓盛、三藏科技等）
10.2.測試床知識產權說明
擬新增高質量知識產權內容及布局，新增高質量知識產權列表：
核心成果 | 主要內容 |
基于5G、AI、高精度定位的現場作業不安全行為智能識別 | 利用基于5G等高精度混合定位技術，實現作業票“定人員、定位置、定時間和定單位”“四定”管理. 利用AI技術發現偏離作業管理規范的不安全行為，加強施工安全管理。
|
提供基于5G高精度定位技術空地一體化管線聯合巡檢和超高清視頻監控的行業解決方案 | 實現裝置5G在線巡檢應用，滿足現場音視頻實時傳輸；實現基于5G+AI+紅外的裝置高位定點巡檢，滿足空地一體化無人機管線巡檢。 |
10.3.測試床運營及訪問使用
建設5G行業專網，助力石化行業打造城市型智慧煉化工廠，實現全生產要素、全產業鏈、全價值鏈的全面連接，對各類數據進行采集、傳輸、分析、數字建模并形成智能反饋，創新生產運營管理模式，實現覆蓋生產運營、設備管理、安全管理、節能環保、供應鏈管理等方面的智能應用。
數據管理運營：提供統一管理入口，在環保地圖，風險分析，儲運協同等業務領域，實現統一告警、性能監控、用戶管理、租戶管理、風險預測、智能運維等，并提供運營功能支撐；平臺開放南向和北向接口。
終端設備的統一接入及網絡的智能化運營：研發適用于多場景條件下的接入5G網關，支持多協議、高帶寬及安全加密，并基于5G核心網能力開放接口及自服務門戶，為企業提供網絡智能運營服務。
10.4.測試床資金
經費預算及合理性評估（包括設備費、材料費、測試化驗加工外協費、燃料動力費、差旅費/會議費/國際合作與交流費等）
本項目總投資約3500 萬元，包括廣東省科技廳出資，申報單位與參與單位自籌
10.5.測試床時間軸
第一階段（2020.09-2021.7）
主要工作內容：
完成可行性研究和概要設計
成果形式：
可行性研究報告1篇，初步設計報告1篇
第二階段（2021.07-2021.12）
主要工作內容：
完成詳細設計和軟件研發
搭建軟件正式生產環境，完成正式版本軟件開發及功能、性能、安全測試
成果形式：
詳細設計報告1篇
第三階段（2022.01-2022.06）
主要工作內容：
完成軟件部署、工程實施和上線運行
10.6.附加信息
無
聲明
本報告所載的材料和信息，包括但不限于文本、圖片、數據、觀點、建議，不構成法律建議，也不應替代律師意見。本報告所有材料或內容的知識產權歸工業互聯網產業聯盟所有（注明是引自其他方的內容除外），并受法律保護。如需轉載，需聯系本聯盟并獲得授權許可。未經授權許可，任何人不得將報告的全部或部分內容以發布、轉載、匯編、轉讓、出售等方式使用，不得將報告的全部或部分內容通過網絡方式傳播，不得在任何公開場合使用報告內相關描述及相關數據圖表。違反上述聲明者，本聯盟將追究其相關法律責任。
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