一、項目背景與痛點

在水泥廠的生產(chǎn)及發(fā)運環(huán)節(jié)，通常有多條生產(chǎn)線或包裝線同時向發(fā)運系統(tǒng)供料。不同型號的水泥（如P.O 42.5、P.C 42.5、M32.5等）主要通過包裝袋上的字體顏色（紅、黑、藍(lán)、綠等）和型號字樣進(jìn)行區(qū)分。

在高速運轉(zhuǎn)的皮帶輸送機上，傳統(tǒng)的解決方案通常依賴人工目視巡檢或紅外計數(shù)。這種方式存在以下痛點：

1. 視覺疲勞：皮帶速度快，包裝袋密集，工人長時間盯著屏幕極易疲勞，導(dǎo)致漏檢。
2. 混料風(fēng)險：當(dāng)上游設(shè)備（如包裝機）更換型號時，若清倉不徹底，或由于調(diào)度失誤，極易在皮帶上出現(xiàn)不同型號水泥袋混合輸送的情況，導(dǎo)致發(fā)錯貨，造成質(zhì)量事故。
3. 傳統(tǒng)傳感器局限：普通光電傳感器無法區(qū)分顏色和字符，僅能計數(shù)，無法進(jìn)行“品種邏輯判斷”。

二、解決方案總體架構(gòu)

1. 架構(gòu)分層概述

本系統(tǒng)采用 五層架構(gòu) ，從底向上依次為：

2. 各層級詳細(xì)說明

第一層：物理感知層

位置 ：水泥生產(chǎn)車間——袋裝水泥輸送皮帶正上方及周邊

組成設(shè)備 ：

黑光全彩高清攝像機 ：架設(shè)在皮帶正上方0.8~1.5米處，用于采集水泥袋表面字體顏色及型號圖像

LED補光燈 ：確保在夜間、陰天或粉塵環(huán)境下光照均勻

防塵防爆外殼 ：適應(yīng)水泥廠高粉塵、高溫、振動環(huán)境

雨刷 ：自動清洗鏡面，防止灰塵過大影響視頻畫面

核心職責(zé) ：

實時、連續(xù)采集皮帶上每一包水泥的高清圖像

為上層AI算法提供原始數(shù)據(jù)輸入

第二層：邊緣計算層

位置 ：現(xiàn)場控制柜內(nèi)，靠近感知層的邊緣計算盒子

核心設(shè)備 ：

邊緣AI推理終端：AI分析盒子

內(nèi)置深度學(xué)習(xí)模型：顏色分割網(wǎng)絡(luò) + OCR文字識別網(wǎng)絡(luò)

核心職責(zé) ：

實時推理 ：對每一幀圖像進(jìn)行字體顏色識別（HSV顏色空間）和型號字符識別（P.O 42.5 / P.C 42.5 / M32.5等）

時間窗口分析 ：維護(hù)一個 3分鐘滑動窗口 ，統(tǒng)計窗口內(nèi)各型號出現(xiàn)的頻次與占比

混料判定 ：

當(dāng)窗口內(nèi)某一型號占比≥95%且連續(xù)包數(shù)≥閾值時，鎖定為“當(dāng)前生產(chǎn)型號”

若出現(xiàn)其他型號，立即生成混料事件，并標(biāo)注事件等級（一級/二級/三級）

數(shù)據(jù)清洗 ：剔除因粉塵、反光、連包遮擋導(dǎo)致的單幀誤識別

輸出 ：

混料事件（含時間、線體、入侵型號、連續(xù)包數(shù)、現(xiàn)場圖片）

實時統(tǒng)計信息（累計通過包數(shù)、各型號占比）

第三層：現(xiàn)場控制層

位置 ：車間現(xiàn)場，靠近皮帶輸送線

組成設(shè)備 ：

現(xiàn)場聲光報警燈 ：紅/黃雙色LED + 蜂鳴器

工業(yè)廣播喇叭 （可選聯(lián)動）

PLC控制器 ：與皮帶電機、報警燈、剔除機構(gòu)相連

核心職責(zé) ：

就地報警 ：接收到邊緣計算層的混料信號后，立即啟動聲光報警（二級以上持續(xù)報警）

聯(lián)鎖停機 ：當(dāng)混料事件達(dá)到二級及以上時，PLC控制皮帶減速并停機，防止混料進(jìn)入成品庫或裝車環(huán)節(jié)

狀態(tài)回傳 ：將報警確認(rèn)、停機恢復(fù)等狀態(tài)回傳至上層平臺

與邊緣層的關(guān)系 ：

邊緣層 → 現(xiàn)場層：通過I/O或Modbus TCP發(fā)送“報警觸發(fā)”信號

現(xiàn)場層 → 邊緣層：反饋“已處置”或“誤報”信號，用于算法自我修正

第四層：廠級平臺層——多模態(tài)預(yù)警平臺

位置 ：水泥廠區(qū)機房服務(wù)器

負(fù)責(zé)將混料事件通過多種渠道精準(zhǔn)推送給不同角色。

子模塊說明

支持的推送方式

核心價值 ：

報警不再局限于“現(xiàn)場響一下”，而是主動推送到相關(guān)人員的手機、手環(huán)、電腦

形成“觸發(fā)→推送→確認(rèn)→處置→恢復(fù)”的完整閉環(huán)，可追溯、可考核

第五層：集團(tuán)/云端層（可選，遠(yuǎn)期擴(kuò)展）

位置 ：水泥廠總部工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺或云端數(shù)據(jù)中心

核心職責(zé) ：

跨基地數(shù)據(jù)匯聚 ：匯總南通、寧波、銅陵等各基地的混料報警數(shù)據(jù)，進(jìn)行橫向?qū)Ρ?/p>

模型迭代訓(xùn)練 ：收集各基地的“難例樣本”（模糊、誤報、漏報圖片），在云端進(jìn)行模型重訓(xùn)練，定期下發(fā)到邊緣端更新

管理駕駛艙 ：集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可查看各基地混料趨勢、處置效率、TOP問題線體

3. 架構(gòu)特點總結(jié)

4. 核心算法邏輯：基于字體顏色+字符的雙重校驗

算法通過 “顏色空間轉(zhuǎn)換（HSV）+ OCR字符識別”的級聯(lián)模型來區(qū)分水泥型號：

顏色優(yōu)先：首先通過語義分割算法提取水泥袋上的文字區(qū)域，利用HSV顏色模型識別字體主色調(diào)（例如：紅色代表普通硅酸鹽水泥，黑色代表復(fù)合硅酸鹽水泥等）。

字符驗證：在顏色區(qū)域的基礎(chǔ)上，使用CRNN+CTC損失的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對文字進(jìn)行識別，讀取具體型號（如 “P.O 42.5”）。

形態(tài)分析：識別水泥袋的擺放姿態(tài)，確保在連包、疊包情況下仍能準(zhǔn)確抓取特征區(qū)域。

三、核心功能實現(xiàn)：基于時間窗口的防混料報警

為了防止單一幀的誤識別（如污損、光線干擾），本方案采用時序狀態(tài)跟蹤機制。

1. 算法邏輯流程圖

2. 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)定義

時間窗口機制：

窗口長度： 設(shè)定為 180秒（可設(shè)置）。

功能： 系統(tǒng)不依賴單包判斷，而是觀察過去3分鐘內(nèi)所有經(jīng)過水泥袋的“品種標(biāo)簽”。

狀態(tài)鎖定： 只有當(dāng)某型號在3分鐘窗口內(nèi)的置信度積分超過閾值（例如連續(xù)識別超過100包且占比>95%），系統(tǒng)才自動鎖定當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)為該型號。

混料判別：

在系統(tǒng)鎖定為A型號的狀態(tài)下，AI突然識別到一包具有B型號特征（如黑色字體變?yōu)榧t色字體）的水泥袋。

響應(yīng)時間：< 500ms。

3. 報警與處置機制

系統(tǒng)根據(jù)混料的嚴(yán)重程度，設(shè)置三級響應(yīng)：

1. 單包疑似（一級預(yù)警）：

條件：光線干擾或局部污損導(dǎo)致單幀識別異常，但連續(xù)多幀恢復(fù)。

動作：系統(tǒng)記錄日志，報警燈閃爍提醒，不停機，人工復(fù)核。

2. 連續(xù)混料（二級報警）：

條件：在1分鐘內(nèi)連續(xù)檢測到 3包及以上非當(dāng)前任務(wù)型號的水泥。

動作：觸發(fā)高分貝聲光報警，皮帶自動減速并停機，阻止混料進(jìn)入下一環(huán)節(jié)（如散裝庫或貨車）。

3. 多型號交織（三級混亂）：

條件：時間窗口內(nèi)型號識別結(jié)果雜亂（如P.O和P.C交替出現(xiàn)）。

動作：判定為生產(chǎn)調(diào)度嚴(yán)重錯誤，鎖定發(fā)運通道，中控大屏彈窗提示。

四、數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流程說明

為便于理解，以下描述一個完整的混料事件從發(fā)生到處置完成的數(shù)據(jù)流向：

圖像采集 ：皮帶上的水泥袋經(jīng)過相機下方，攝像機拍照并送入邊緣盒子。

AI推理 ：邊緣盒子識別出該包水泥為“P.C 42.5（黑字）”，但當(dāng)前3分鐘窗口內(nèi)90%以上均為“P.O 42.5（紅字）”。

判定混料 ：系統(tǒng)生成二級混料事件（連續(xù)3包入侵）。

現(xiàn)場執(zhí)行 ：邊緣盒子通過Modbus發(fā)送信號給PLC → PLC觸發(fā)聲光報警燈 + 減速停機。

多模態(tài)推送 ：

中控大屏彈窗：“2號線混入P.C水泥，已停機”

值班經(jīng)理手機收到短信

人工處置 ：現(xiàn)場工人在PDA上點擊“已確認(rèn)”，并清理混料袋 → 點擊“恢復(fù)生產(chǎn)”。

閉環(huán)記錄 ：平臺記錄本次事件的全部時間線（14:23:36觸發(fā) → 14:24:02推送 → 14:25:10確認(rèn) → 14:27:30恢復(fù)），存入數(shù)據(jù)庫。

統(tǒng)計展示 ：車間電子看板上的“今日混料次數(shù)”從2次變?yōu)?次。

五、 預(yù)期效益

1. 零混料事故：通過AI視覺徹底杜絕因人為疏忽或清倉不徹底導(dǎo)致的發(fā)錯貨事故，規(guī)避質(zhì)量賠償風(fēng)險。
2. 無人化值守：減少在裝車口人工點包和核驗的崗位需求，實現(xiàn)“黑燈工廠”生產(chǎn)。
3. 數(shù)據(jù)閉環(huán)：系統(tǒng)不僅能報警，還能記錄混料發(fā)生的具體時間點、數(shù)量和圖像證據(jù)，為生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

六、主要設(shè)備清單及功能介紹

1.AI分析盒子

國產(chǎn)海思GPU芯片，嵌入式架構(gòu)，插卡式結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)擴(kuò)容，單機最大支持256路攝像機實時分析，多機器無限級聯(lián)，單機最大算法128T，單個單位硬件出現(xiàn)故障時，不影響整機其他單元的正常工作，單機最大支持32路HDMI輸出。

單模塊功能：

支持實時檢測結(jié)果圖片和報警圖片同時推送第三方平臺

支持HDMI接口輸出，支持1/4/8/9解碼畫面分割，同時顯示解碼器監(jiān)控畫面，及識別畫框畫面

支持H.265 Main Profile Level5.1、H.264 Baseline/Main/High Profile Level5.0、MPEG4 SP L0~L3/ASP L0-L5、MJPEG/JPEG Baseline解碼；

算法的應(yīng)用：最高支持8路普通攝像機的接入，并可以對每一路攝像機進(jìn)行設(shè)置多種不同的算法進(jìn)行識別運算。

單模塊解碼性能：1路=4K；4路=1080P；8路=1080P視頻解碼；

支持標(biāo)準(zhǔn)ONVIF IPC及主流品牌接入；

支持RTSP直接視頻取流；

支持網(wǎng)絡(luò)自動實時檢測是否斷線；

支持主流品牌?？?，大華，宇視，雄邁等NVR/DVR預(yù)覽解碼和錄像回放；

2.多模態(tài)智能預(yù)警平臺

2.1多模態(tài)智能預(yù)警平臺

（1）全景視圖

采用3D統(tǒng)計圖，支持動態(tài)顯示統(tǒng)計圖上統(tǒng)計信息， 依托GIS在線地圖綜合展示所有識別場景分布情況以及識別情況，當(dāng)GIS地圖縮小時自動以對應(yīng)數(shù)字顯示識別場景的匯聚數(shù)量，并以不同圖標(biāo)明顯區(qū)別于識別場景有報警和無報警，有報警的識別場景以紅色圖標(biāo)高亮顯示，支持自定義GIS默認(rèn)顯示位置，顯示層級等。并支持平面地圖的拖拉、縮放展示，動態(tài)滾動顯示最新的報警信息，實現(xiàn)報警彈窗，可同時多路報警彈窗排隊，可語音提醒值班人員。

（2）多模態(tài)頁面自定義顯示內(nèi)容

用戶可以通過設(shè)置頁面自由拖拽內(nèi)容到指定位置，創(chuàng)建個性化的界面布局，以便查看和管理不同信息的需求。

（3）報警通知

報警功能多樣，可以設(shè)置短信、電話通知相關(guān)人員，一是告警聯(lián)動，設(shè)置告警聯(lián)動后，當(dāng)對應(yīng)點位有告警發(fā)生時，平臺第一時間通過短信、電話通知點位負(fù)責(zé)人員；二是在事件處理時，可以手工通知相關(guān)人員，而且可以手工輸入手機號，通過手工輸入的方式通知系統(tǒng)外或臨時人員；三是在告警等級升級時，當(dāng)告警產(chǎn)生后，在平臺規(guī)定的處理時間內(nèi)未處理完成的，平臺根據(jù)設(shè)置，自動通過短信、電話通知上一級的領(lǐng)導(dǎo)人，當(dāng)然，每一級的領(lǐng)導(dǎo)人可以是同一個人或者不同的領(lǐng)導(dǎo)人。

（4）告警等級自動升級

用戶可以設(shè)置不同的告警等級，包括等級名稱、顯示顏色和自動升級時長等參數(shù)。在達(dá)到預(yù)設(shè)時長后，系統(tǒng)會自動升級告警等級，并通過電話和短信通知相關(guān)人員。

（5）報警短視頻生成

當(dāng)系統(tǒng)檢測到報警時，會自動生成短視頻，包括報警前10秒和報警后20秒的錄像片段?？梢愿鶕?jù)需求自定義視頻的時長，幫助更好地了解事件的完整發(fā)生過程。

（6）風(fēng)險閉環(huán)管理

通過視頻 AI 智能分析、視頻遠(yuǎn)程巡查發(fā)現(xiàn)風(fēng)險后，系統(tǒng)會自動將告警信息推送至相關(guān)負(fù)責(zé)人完成風(fēng)險隱患告警事件的核實處置，并進(jìn)行處置結(jié)果的反饋，形成風(fēng)險隱患從監(jiān)測預(yù)警到核實處置反饋的風(fēng)險隱患閉環(huán)管理流程，實現(xiàn)有預(yù)警必核實，有處置必反饋，全面保障人民生命財產(chǎn)安全，減少安全事故的發(fā)生。

（7）播放器電子放大

支持定焦視頻在播放時電子放大視頻，支持任意框選視頻畫面對框選部分進(jìn)行放大至顯示整屏，整個功能由播放器全部完成，無需前端設(shè)備支持，普通定焦攝像機的視頻畫面即可完成放大功能。

2.2 GB28181流媒體平臺

（1）GB28181流媒體平臺的核心定位

GB28181流媒體平臺在多模態(tài)AI系統(tǒng)中扮演著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)樞紐與能力支撐平臺的關(guān)鍵角色。平臺解決了多源異構(gòu)視頻資源的統(tǒng)一接入、標(biāo)準(zhǔn)化處理、節(jié)省4G/5G帶寬與智能分析賦能等核心問題。GB28181平臺通過其強大的兼容能力和視頻處理功能，為上層AI算法提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)管道和分析環(huán)境。

（2）GB28181流媒體平臺的功能

1）多協(xié)議接入與設(shè)備兼容能力

A、全協(xié)議覆蓋支持： GB28181流媒體平臺具備業(yè)界領(lǐng)先的協(xié)議兼容性，可無縫接入GB/T28181-2011/2016/2022等國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、RTSP/RTMP/Onvif等通用流媒體協(xié)議，以及?？?a target="_blank">SDK、大華SDK、Ehome等私有協(xié)議。這種廣泛的協(xié)議支持打破了安防系統(tǒng)長期存在的“協(xié)議孤島”問題，使得不同時期、不同廠商建設(shè)的監(jiān)控系統(tǒng)能夠統(tǒng)一接入到多模態(tài)AI平臺中。

B、多形式組網(wǎng)架構(gòu)： GB28181流媒體平臺具備局域網(wǎng)、專網(wǎng)、城際網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、4G/5G等各種網(wǎng)絡(luò)形式的組網(wǎng)，而且具備內(nèi)外網(wǎng)同時存在，內(nèi)網(wǎng)轉(zhuǎn)外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)看走內(nèi)網(wǎng)，外網(wǎng)看走外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在解決內(nèi)網(wǎng)流暢預(yù)覽視頻的同時，即節(jié)省了外網(wǎng)的帶寬壓力，而且在內(nèi)網(wǎng)的視頻也可以通過外網(wǎng)和APP查看。

C、泛設(shè)備接入能力： 平臺支持接入的設(shè)備類型幾乎覆蓋了全場景監(jiān)控終端，包括固定網(wǎng)絡(luò)攝像機（IPC）、網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機（NVR）、無人機、執(zhí)法記錄儀、車載NVR、移動單兵設(shè)備及應(yīng)急布控球等。在實際項目中，這種能力尤為重要——某智慧園區(qū)項目通過GB28181平臺成功接入了過去十年間建設(shè)的7個品牌、3種協(xié)議的監(jiān)控設(shè)備，為AI分析提供了完整的視頻資源池。

D、與多設(shè)備整合通訊： 通過與融合通訊平臺的結(jié)合，可以實現(xiàn)全場景監(jiān)控終端打通的同時，還具備了全場景語音設(shè)備的群呼、單呼、運動軌跡等功能的結(jié)合，并且發(fā)生報警時還可以聯(lián)合調(diào)度指揮，在一些特殊場景下調(diào)度特殊設(shè)備的能力

2）視頻處理與流媒體分發(fā)能力

A、多格式轉(zhuǎn)碼與輸出： 平臺內(nèi)嵌的智能轉(zhuǎn)碼引擎能夠?qū)⒏鞣N格式的輸入視頻流實時轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的輸出流，支持RTSP、RTMP、HTTP-FLV、HLS、WebRTC等全格式輸出。這一特性使得同一路視頻流可同時服務(wù)于不同應(yīng)用場景：低延時的WebRTC流用于實時AI分析，HLS流用于移動端查看，RTMP流用于大屏展示。

B、非專用播放器： 平臺轉(zhuǎn)碼后的視頻流也解決了不同瀏覽器網(wǎng)頁、不同廠家視頻不需要安裝不同廠家播放插件的問題，解決了以前看個視頻要安裝播放插件，瀏覽器又安全等級、阻止安裝等一堆麻煩事，非得專業(yè)人員才能裝好插件看上視頻的問題。

C、高效能存儲與檢索： 平臺提供分級存儲架構(gòu)，支持設(shè)備端存儲、邊緣存儲和云端存儲的協(xié)同工作。其創(chuàng)新的“時空索引技術(shù)”實現(xiàn)了錄像、GPS數(shù)據(jù)、報警信息的多維同步回放，支持快進(jìn)、快退、慢放、單幀播放等精細(xì)操作。在大型安防系統(tǒng)中，這種能力大幅提升了事件回溯分析的效率，某市公安系統(tǒng)應(yīng)用后，關(guān)鍵證據(jù)獲取時間縮短了60%以上。

3）控制與擴(kuò)展能力

A、雙向交互控制： GB28181平臺提供PTZ云臺全功能控制，包括方向控制、預(yù)置位調(diào)用、光圈調(diào)節(jié)、焦距調(diào)整等。更重要的是，其支持基于GB/T28181、?？礢DK、大華SDK等協(xié)議的雙向語音對講能力，使得AI平臺不僅能“看”能“分析”，還能“說”能“干預(yù)”，形成完整的智能處置閉環(huán)。

B、平臺級聯(lián)與集成： 通過國標(biāo)級聯(lián)架構(gòu)，GB28181平臺可實現(xiàn)省、市、縣多級平臺的視頻資源匯聚和集中管理，支持上級平臺直接調(diào)閱下級資源。同時，平臺提供豐富的API接口及SDK，支持與第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)的深度集成，將視頻能力嵌入到各類應(yīng)用場景中。某省級應(yīng)急指揮系統(tǒng)通過此功能，實現(xiàn)了12個地市、2000余路視頻的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

七、設(shè)備部署

1. AI分析盒子： 常規(guī)部署在調(diào)度室客戶端電腦附近,根據(jù)需要也可以部署在現(xiàn)場設(shè)備柜。

2. 多模態(tài)智能預(yù)警平臺： 根據(jù)客戶實際需求部署，一般部署在調(diào)度室客戶端電腦上，用于實施檢測項目狀態(tài)。

3. 攝像頭： 可根據(jù)現(xiàn)場實際需求調(diào)整。暫定部署在皮帶正上方，暫定一條皮帶部署2臺攝像機，靠近機頭與機尾位置各部署一臺。

八、結(jié)語

中偉視界為某水泥打造的基于AI視覺的袋裝水泥智能分揀與防混料系統(tǒng)，不僅徹底解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)發(fā)運環(huán)節(jié)的混料頑疾，更以“零事故、無人化、可追溯”的實戰(zhàn)成果，為水泥行業(yè)乃至建材領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制、可推廣的標(biāo)桿范例。從邊緣AI盒子的毫秒級推理，到多模態(tài)預(yù)警平臺的閉環(huán)管理，再到與GB28181流媒體平臺的深度集成，中偉視界始終堅持以場景驅(qū)動的AI落地能力。未來，我們將繼續(xù)深耕工業(yè)視覺與邊緣計算技術(shù)，助力更多傳統(tǒng)工廠跨越數(shù)字化轉(zhuǎn)型鴻溝，共同邁向安全、高效、綠色的“黑燈工廠”新時代。

審核編輯 黃宇