熵奕信息-AI多模态综合算法平台/识别预警平台系统

港口AI皮带识别算法解决方案！

一、项目背景与必要性

港口传输作业中，皮带输送机作为关键设备，其安全运行直接关系到整个港口的作业效率与运营安全。在矿石、煤炭等运输过程中，金属杂物（如铲齿、钢筋）、大型异物（如木材、废弃轮胎）以及异常物料（如冻块、超大石块）混入运输物料的情况时有发生。这些异物可能导致皮带纵向撕裂、托辊损坏甚至电机过载故障，造成每小时高达数万元的生产停滞损失。传统检测主要依赖人工巡检和机械式传感器，存在识别率低（<60%）、误报率高及响应延迟等问题，尤其在夜间、雾天等能见度低下工况时表现更为突出。

近年来的技术发展为解决这一难题提供了可能。人工智能视觉识别和边缘计算的突破性进展，配合服务端预警平台的及时联动，使高精度实时异物检测成为可能。智能化系统可将故障停机时间减少40%以上，同时降低70%的巡检人力成本。本方案旨在整合先进技术，构建一套全覆盖、高精度、快响应的皮带AI智能检测系统，为港口的安全生产增效降本，减少安全隐患，预防安全事故，提供可靠的技术保障。

二、系统总体设计

2.1 系统架构

本方案采用三级分布式架构（感知层、决策层、执行层），构建完整的“检测-分析-处置”闭环系统。系统通过前端传感网络实时采集数据，边缘节点进行初步处理，服务端平台执行深度分析和策略制定，最终通过控制系统执行相应动作，实现全流程智能化管理。

感知层：由黑光全彩超级宽动态变焦高清摄像机（200万像素以上，帧率≥25fps）。设备以间距≤50米的密度部署于皮带沿线，重点覆盖转运站、卸料口等高风险区域，实现运输全过程无死角监控。

决策层：采用边缘计算、模块化部署、服务端协同计算架构。边缘侧部署轻量化推理模型，实现毫秒级实时响应，采用模块化部署，各模板独立运行，且与皮带控制系统PLC直接连接，第一时间联动PLC系统；服务端建立深度神经网络模型，通过持续学习机制提升识别准确率。系统支持动态阈值调整，可根据物料类型（矿石/煤炭/粮食）、环境条件（白天/夜晚/雨雾）优化检测参数。

执行层：整合皮带机PLC控制系统和急停模块，支持分级响应机制：异物预警→声光报警→自动减速→紧急停机，实现精准化、梯度化处置，并通过短信、电话联动平台，对不同等级事件自动通知相关人员。

三、核心模块实现

3.1 基于AI视觉的异物检测

图像采集优化：系统配置黑光全彩超级宽动态变焦高清摄像机（200万像素以上，帧率≥25fps），解决逆光、光线不佳、粉尘干扰问题。采用主动红外补光技术（波长850nm），有效提升夜间和隧道区域的图像质量，使全天候识别准确率保持稳定。针对港口高粉尘环境，特别设计自清洁防护罩，配备自动雨刮，确保持续获得清晰图像。

深度学习识别：采用改进的YOLOv8-MSA模型，针对典型异物进行专项优化：

主干网络引入MobileViT轻量化设计，减少计算量40%

添加注意力机制模块（CBAM），提升小目标识别能力

输出层采用自适应锚框技术，适应不同形状异物

模型训练采用合成数据增强技术，生成10万+标注样本（涵盖金属、木材、绳索等20类异物），结合迁移学习（基于COCO数据集预训练），在测试集上达到98.2%的mAP值。

3.2 边缘计算部署

为实现实时响应，系统采用边缘计算、模板化部署、服务端协同计算架构：

边缘节点：搭载国产化海思芯片模组，运行轻量化推理模型，执行实时异物检测（处理延时<50ms）。当检测到高风险异物（如金属长杆）时，可在极短时间内触发紧急停机。

模块化部署：各模块独立运行，独立部署，也可集中部署和控制，与PLC系统直接连接，可输出MODBUS协议，第一时间与PLC系统互动，减少延时。

服务端平台：基于宝塔容器化部署，提供即时预警、报警联动、模型训练、大数据分析及预测性维护功能。系统分析历史数据，建立故障预测模型，提前发现潜在风险点。

4.系统集成与联动控制

检测系统与港口现有PLC控制网络深度集成，通过MODBUS协议实现安全通信。设计分级响应机制，实现精准化处置：

一级预警（低风险）：如发现小型塑料、纸屑等无害异物，系统记录位置并后台告警，皮带维持正常运行

二级响应（中风险）：检测到可能造成卡堵的异物（如木块、橡胶），自动触发料流调整（降低带速至50%）并发出声光报警

三级急停（高风险）：识别到金属异物、尖锐物等高风险物体时，200ms内触发急停回路，同时联动上游设备停机，避免事故扩大

四、分步骤详解

步骤1：数据采集与标注（核心基础）

数据源：

真实场景：港口皮带固定点位摄像头（分辨率≥1080P，帧率25fps）

覆盖条件：晴/雨/雾/昼/夜、各种异物在不同物料、不同位置

标注要求：

检测标注：异物、皮带有料、皮带无料

分类标注：不同异物分类标注名称

困难样本标注：异物不同程度被物料覆盖，显露出不同形状及颜色，尽量多的覆盖已知物料

数据量要求：初始数据集 ≥ 5000张图像

步骤2：模型训练与调优

状态分类

输入：检测模型输出已知物料

关键技巧：

局部特征增强：对皮带区域位置做局部放大

多尺度特征融合：将浅层细节（边缘/纹理）与深层语义特征拼接

步骤3：实时推理与反馈机制

动态阈值处理：当分类置信度 < 0.9时，触发多帧验证机制（连续3帧结果一致才输出）

多目标分层次检测：物料、异物多目标分层次检测，先检测到皮带上有无物料，确定皮带上有物料的状态下再检测有无异物，当检测到有异物后上报港口系统和多模态预警平台；当检测到有物料的情况下，发现与物料有较大状态和颜色区别时，而且不为已知物料，则上报港口系统和多模态预警平台为未知异物。

步骤4：系统集成与闭环控制

与港口系统对接：

识别到 “异物”→ 触发PLC系统，根据不同异物等级联动不同功能

多模态AI预警平台

检测到 “异物” → 现场声光报警 + 中控台弹窗

短信、电话自动通知相关人员

自学习闭环：

边缘设备收集低置信度样本 → 增量训练模型 → 推送更新至边缘端

实现流程的核心要点

数据为先：覆盖极端场景的工业数据集是模型鲁棒性的根基

模型轻量化：边缘端部署必须平衡精度与速度

闭环设计：从识别→控制→自学习的全链路自动化

最终目标：实现“无人干预”的皮带异物感知-决策-执行闭环，推动港口真正迈向“黑灯工厂”。

五、主要设备技术参数

1.AI服务器

国产海思GPU芯片，嵌入式架构，插卡式结构，方便系统扩容，单机最大支持256路摄像机实时分析，多机器无限级联，单机最大算法128T，单个单位硬件出现故障时，不影响整机其他单元的正常工作，单机最大支持32路HDMI输出。

支持各种物料下几十种已知异物识别，对已经训练好的已知异物在不同物料与环境下的识别。
支持皮带未知异物识别，当异物与物料存在颜色、形状等较大差异时，AI服务器通过多种技术手段剥离出未知异物进行报警。
支持异物与背景分离，不同异物与不同背景及环境的任意组合，同一种异物在现场少量素材的基础上快速适用于不同环境下的识别。

单模块功能：

支持实时检测结果图片和报警图片同时推送第三方平台
支持HDMI接口输出，支持1/4/8/9解码画面分割，同时显示解码器监控画面，及识别画框画面
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解码
算法的应用：最高支持8路普通摄像机的接入，并可以对每一路摄像机进行设置多种不同的算法进行识别运算
单模块解码性能：1路=4K；4路=1080P；8路=1080P视频解码
支持标准ONVIF IPC及主流品牌接入
支持RTSP直接视频取流；
支持网络自动实时检测是否断线
支持主流品牌海康，大华，宇视，雄迈等NVR/DVR预览解码和录像回放；

2.智能云分析APP

设备：在移动APP端展示系统当前所有设备信息，以不同图标显示设备在线、离线状态，点击设备名称可以查看该设备的所有报警信息，点击设备对应的图标，可以显示该设备的实时画面。在实时画面界面支持云台转动功能。

实时：在移动APP端展示系统当前最新推送的告警信息，并支持查看告警信息的详情内容，便于相关负责人及时获取告警信息，并及时进行处置统计。在移动APP端接收来自多模态智能预警平台产生的告警信息，并支持查看不同风险等级的告警信息统计数据，支持今日、7日、30日告警统计。

消息：在移动APP端展示当前用户权限范围内的告警审核消息、事件处置消息、工单消息等，支持移动APP端对告警消息进行审核，也支持移动APP端对事件进行处理，包括下达电话、短信通知相关人员，下发工单等，同时还支持平台下发给该用户的工单进行处理，包括处理情况及上传照片等。

3.多模态智能预警平台

（1）全景视图

采用3D统计图，支持动态显示统计图上统计信息，依托GIS在线地图综合展示所有识别场景分布情况以及识别情况，当GIS地图缩小时自动以对应数字显示识别场景的汇聚数量，并以不同图标明显区别于识别场景有报警和无报警，有报警的识别场景以红色图标高亮显示，支持自定义GIS默认显示位置，显示层级等。

监控中心依托港口平面地图综合展示港口安全生产过程中的所有识别场景分布情况，并支持平面地图的拖拉、缩放展示，动态滚动显示最新的报警信息，实现报警弹窗，可同时多路报警弹窗排队，可语音提醒值班人员。

（2）多模态页面自定义显示内容

用户可以通过设置页面自由拖拽内容到指定位置，创建个性化的界面布局，以便查看和管理不同信息的需求。

（3）报警通知

支持联动APP，支持短信、电话自动通知相关人员，有多种渠道可以设置短信、电话通知相关人员，一是告警联动，设置告警联动后，当对应点位有告警发生时，平台第一时间通过短信、电话通知点位负责人员；二是在事件处理时，可以手工通知相关人员，而且可以手工输入手机号，通过手工输入的方式通知系统外或临时人员；三是在告警等级升级时，当告警产生后，在平台规定的处理时间内未处理完成的，平台根据设置，自动通过短信、电话通知上一级的领导人，当然，每一级的领导人可以是同一个人或者不同的领导人。

（4）告警等级自动升级

用户可以设置不同的告警等级，包括等级名称、显示颜色和自动升级时长等参数。在达到预设时长后，系统会自动升级告警等级，并通过电话和短信通知相关人员。

（5）报警短视频生成

当系统检测到报警时，会自动生成短视频，包括报警前10秒和报警后20秒的录像片段。可以根据需求自定义视频的时长，帮助更好地了解事件的完整发生过程。

（6）风险闭环管理

通过视频 AI 智能分析、视频远程巡查发现风险后，系统会自动将告警信息推送至相关负责人完成风险隐患告警事件的核实处置，并进行处置结果的反馈，形成风险隐患从监测预警到核实处置反馈的风险隐患闭环管理流程，实现有预警必核实，有处置必反馈，全面保障人民生命财产安全，减少安全事故的发生。

（7）人工远程巡查

用户通过人工远程巡查实时视频情况，掌握皮带物料输送情况，以视频截图、批注的形式上报风险情况，实现对皮带的监测预警。

（8）播放器电子放大

支持定焦视频在播放时电子放大视频，支持任意框选视频画面对框选部分进行放大至显示整屏，整个功能由播放器全部完成，无需前端设备支持，普通定焦摄像机的视频画面即可完成放大功能。

（9）内外网视频穿透

支持内网视频通过平台穿透至外网访问，平台在内网打开播放视频时走内网通讯，确保视频的流畅播放；当平台在外网远程打开时播放视频通过平台穿透至外网播放，内外网互不影响。

（10）外网录像回话

平台支持在外网远程打开时支持回放内网中硬盘录像机或摄像机上的录像视频，并支持拖动至任意时间点回放。

4.GB28181流媒体平台

GB28181流媒体平台的核心定位与功能

GB28181流媒体平台在多模态AI预警系统中扮演着基础数据枢纽与能力支撑平台的关键角色。平台解决了多源异构视频资源的统一接入、标准化处理、节省4G/5G带宽与智能分析赋能等核心问题。GB28181平台通过其强大的兼容能力和视频处理功能，为上层AI算法提供了稳定可靠的数据管道和分析环境。

（1）、多协议接入与设备兼容能力

全协议覆盖支持：GB28181流媒体平台具备业界领先的协议兼容性，可无缝接入GB/T28181-2011/2016/2022等国家标准协议、RTSP/RTMP/Onvif等通用流媒体协议，以及海康SDK、大华SDK、Ehome等私有协议。这种广泛的协议支持打破了安防系统长期存在的“协议孤岛”问题，使得不同时期、不同厂商建设的监控系统能够统一接入到多模态AI平台中。
多形式组网架构：GB28181流媒体平台具备局域网、专网、城际网、互联网、4G/5G等各种网络形式的组网，而且具备内外网同时存在，内网转外网，内网看走内网，外网看走外网的网络架构，在解决内网流畅预览视频的同时，即节省了外网的带宽压力，而且在内网的视频也可以通过外网和APP查看。
泛设备接入能力：平台支持接入的设备类型几乎覆盖了全场景监控终端，包括固定网络摄像机（IPC）、网络视频录像机（NVR）、无人机、执法记录仪、车载NVR、移动单兵设备及应急布控球等。在实际项目中，这种能力尤为重要——某智慧园区项目通过GB28181平台成功接入了过去十年间建设的7个品牌、3种协议的监控设备，为AI分析提供了完整的视频资源池。
与多设备整合通讯：通过与融合通讯平台的结合，可以实现全场景监控终端打通的同时，还具备了全场景语音设备的群呼、单呼、运动轨迹等功能的结合，并且发生报警时还可以联合调度指挥，在一些特殊场景下调度特殊设备的能力

（2）、视频处理与流媒体分发能力

多格式转码与输出：平台内嵌的智能转码引擎能够将各种格式的输入视频流实时转换为标准化的输出流，支持RTSP、RTMP、HTTP-FLV、HLS、WebRTC等全格式输出。这一特性使得同一路视频流可同时服务于不同应用场景：低延时的WebRTC流用于实时AI分析，HLS流用于移动端查看，RTMP流用于大屏展示。
非专用播放器：平台转码后的视频流也解决了不同浏览器网页、不同厂家视频不需要安装不同厂家播放插件的问题，解决了以前看个视频要安装播放插件，浏览器又安全等级、阻止安装等一堆麻烦事，非得专业人员才能装好插件看上视频的问题。
高效能存储与检索：平台提供分级存储架构，支持设备端存储、边缘存储和云端存储的协同工作。其创新的“时空索引技术”实现了录像、GPS数据、报警信息的多维同步回放，支持快进、快退、慢放、单帧播放等精细操作。在大型安防系统中，这种能力大幅提升了事件回溯分析的效率，某市公安系统应用后，关键证据获取时间缩短了60%以上。

（3）、控制与扩展能力

双向交互控制：GB28181平台提供PTZ云台全功能控制，包括方向控制、预置位调用、光圈调节、焦距调整等。更重要的是，其支持基于GB/T28181、海康SDK、大华SDK等协议的双向语音对讲能力，使得AI平台不仅能“看”能“分析”，还能“说”能“干预”，形成完整的智能处置闭环。
平台级联与集成：通过国标级联架构，GB28181平台可实现省、市、县多级平台的视频资源汇聚和集中管理，支持上级平台直接调阅下级资源。同时，平台提供丰富的API接口及SDK，支持与第三方业务系统的深度集成，将视频能力嵌入到各类应用场景中。某省级应急指挥系统通过此功能，实现了12个地市、2000余路视频的统一管理和调度。