(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210896982.1 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 辽宁石油化工大 学 地址 113001 辽宁省抚顺市望花区丹东路 西段一号 (72)发明人 马超　胡海扬　 (51)Int.Cl. H04L 67/10(2022.01) H04L 67/12(2022.01) H04N 7/18(2006.01) G07C 3/00(2006.01) G08B 21/00(2006.01) (54)发明名称 基于云边协同的化工厂安全监控系统 (57)摘要 本发明提供了一种基于云边协同的化工厂 安全监控系统包括设备数据采集层， 边缘计算 层， 云计算层。 其中， 设备数据采集层包括监控视 频数据采集模块和设备运行数据采集模块， 边缘 计算层包括数据处理模块， 目标检测模块， 安全 预警模块， 行为识别模块， 消息通信模块， 数据存 储模块。 本发 明旨在解决目前化工厂安全监控系 统中， 智能化不够高， 监控数据全部交由云计算 来处理而导致的网络拥塞， 响应时间长等情况， 进而使处理结果反馈时延长， 最终造成事故预防 和事故处理不及时的问题， 对化工厂安全监管具 有重大意 义。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 115208887 A 2022.10.18 CN 115208887 A 1.一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于， 包括设备数据采集层， 边缘 计算层， 云计算层， 所述设备数据采集层包括监控视频数据采集模块和设备运行数据采集 模块， 其中监控视频数据采集模块用于采集视频数据， 实时向边缘计算层传输视频数据； 设 备运行数据采集模块用于采集生产制造过程中所需监控的关键数据并实时向边缘计算层 传输， 所述边缘计算层用于： 数据处理， 对采集而来的视频数据进行关键帧提取处理， 对设 备运行数据进 行数据清洗处理， 并对预 处理完成的数据进行数据约简， 例如属性选择、 图像 压缩等操作； 安全监测， 对处理完成后的数据进行安全监测与判断， 其中， 对于提取的图片 数据， 识别图片中的危险物品、 违禁物品， 例如打火机、 烟头等， 识别图片中的人的行为， 判 断人的行为是否正确， 避免无关人员靠近运行中的设备， 纠正工人的错误操作等， 对于提取 的设备运行数据， 用于判断设备运行是否正常， 生产环境是否正常， 参与行为识别计算等； 向管理员提供可视化的生产数据、 生产中的安全隐患图像以及设备相关操作， 所述云计算 层由高性能服务器集群组成， 用于分析数据的关联性和训练各类模型， 设备数据采集层采 集设备运行时生产所需相关数据和车间环境监测数据， 采集生产现场的视频、 工人操控设 备时的视频， 再将数据传输到边缘计算层， 边缘计算层对采集层上传而来的数据进行进一 步处理， 对设备运行数据和环境数据进行数据清洗， 数据补全； 对视频数据进行关键帧提 取， 图片数据增强等操作， 数据预 处理完成后对数据进一步进 行数据约简， 降低数据计算量 和传输量， 随后使用云计算层通过数据分析、 训练得出的数学模型来对设备生产进 行监控， 对不正常生产状况及时发出警告； 使用云计算层训练得出的行为识别模型、 目标检测模型， 对处理完的视频数据进 行危险目标检测和错误操作检测， 并及时发出警告， 同时， 将上述监 测数据和判断结果以可视化的形式发送到相关管 理员的智能设备上， 并为管理员提供可选 择的远程操作， 判断完成后， 将相关数据上传到云计算层， 用于 分析数据关联性和模型训练 与更新， 在上述过程中使用合理的调度方法， 使 各边缘计算节点任务分配合理， 无法完成的 计算任务交给 上层处理。 2.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 边缘计算层由边 缘计算网关和若干边 缘计算节点组成。 3.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 设备数据采集层包括各类传感器和若干高清摄 像头组成。 4.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 智能设备包括手机、 个人台 式电脑、 笔记本电脑。 5.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 调度方法如下 所述： S10： 当设备数据采集层采集完数据后， 边缘计算层首先查询层内有无空闲节点， 若存 在空闲节点， 则将当前判定任务交给该节点完成， 并将已分配任务的节点加入到任务队列 中， 队列分为处理视频任务和处理非视频任务两种， 节点经过判定模 型判定后， 若存在安全 隐患， 则节点向边缘网关发出控制消息， 控制生产现场设备发出警报， 并向管 理员发出警告 信息， 最后将该数据上传至 云计算层； 若不存在安全隐患， 则判定结束后直接上传至 云计算 层； S20： 若查询结果无空闲节点， 则优先将任务分配给没有视频判定任务的节点， 分配规 则采用先进先出 （FIFO） 的原则， 将任务分配给最早接到非视频判定任务的节点， 该节点并权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115208887 A 2发的执行如同S10一样的判定任务， 完成判定任务后退 出任务队列； S30： 若当前无空闲节点， 且所有节点计算资源不满足当前任务的要求， 则向云计算层 提出计算申请， 云计算层收到请求后， 执行如S10， S20一样的分配原则， 将任务分配给云计 算节点， 执 行完判定任务后将判定结果下发至边 缘计算层， 计算数据保存至云端。 6.根据权利要求2所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 边缘计算网关包括数据预 处理模块， 消息通信模块， 数据缓存模块， 其中数据预 处理模块用 于： 依照人为规定的规则清洗异常数据、 冗余数据等 “脏”数据； 使用补全算法， 补全缺失数 据， 消息通信模块用于对生产流水线 上的设备发出控制信息和接收上层计算层或者管理员 发来的控制信息， 用于控制智能设备、 预警灯、 摄像头等设备， 数据缓存模块用于暂存采集 和处理完的数据， 以防数据丢失。 7.根据权利要求2所述的一种基于云边协同的化工厂安全监控系统， 其特征在于： 所述 边缘计算节点由高性能服务器组成， 包括数据处理模块， 目标检测模块， 安全预警模块， 行 为识别模块， 消息通信模块， 数据存储模块， 其中， 数据处理模块用于： 处理边缘网关处理不 了的视频数据； 数据约简， 减少云端的计算量， 由约简算法完成； 计算过程中的数据转化； 数 据可视化， 目标检测模块用于检测火焰、 烟头、 安全帽、 人体等危险物品、 安全防护物品和需 要保护的目标， 由检测算法完成， 安全预警模块用于： 判断当前生产过程中是否有安全隐 患， 由判断算法完成； 向管理员提供可视化监控数据； 向管理员提供可视化的控制设备操 作； 产生预警消息发送到消息通信模块； 产生控制 信息发送到消息通信模块， 行为识别模块 用于检测工人操作设备的行为是否正确或无关人员是否有危险操作， 由行为识别算法完 成， 消息通信模块用于 接收云端消息和向网关发送消息 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115208887 A 3