一、项目背景与痛点

在水泥厂的生产及发运环节，通常有多条生产线或包装线同时向发运系统供料。不同型号的水泥（如P.O 42.5、P.C 42.5、M32.5等）主要通过包装袋上的字体颜色（红、黑、蓝、绿等）和型号字样进行区分。

在高速运转的皮带输送机上，传统的解决方案通常依赖人工目视巡检或红外计数。这种方式存在以下痛点：

1. 视觉疲劳：皮带速度快，包装袋密集，工人长时间盯着屏幕极易疲劳，导致漏检。

2. 混料风险：当上游设备（如包装机）更换型号时，若清仓不彻底，或由于调度失误，极易在皮带上出现不同型号水泥袋混合输送的情况，导致发错货，造成质量事故。

3. 传统传感器局限：普通光电传感器无法区分颜色和字符，仅能计数，无法进行“品种逻辑判断”。

二、解决方案总体架构

1. 架构分层概述

本系统采用五层架构，从底向上依次为：

层级	名称	核心职责
第一层	物理感知层	采集皮带上的水泥袋图像及设备状态
第二层	边缘计算层	运行AI算法，实时识别型号并判定混料
第三层	现场控制层	执行报警、停机或物理剔除动作
第四层	厂级平台层	多模态预警分发、数据汇聚与闭环管理
第五层	集团/云端层（可选）	跨基地数据对比与模型迭代

2. 各层级详细说明

第一层：物理感知层

位置：水泥生产车间——袋装水泥输送皮带正上方及周边

组成设备：

黑光全彩高清摄像机：架设在皮带正上方0.8~1.5米处，用于采集水泥袋表面字体颜色及型号图像

LED补光灯：确保在夜间、阴天或粉尘环境下光照均匀

防尘防爆外壳：适应水泥厂高粉尘、高温、振动环境

雨刷：自动清洗镜面，防止灰尘过大影响视频画面

核心职责：

实时、连续采集皮带上每一包水泥的高清图像

为上层AI算法提供原始数据输入

第二层：边缘计算层

位置：现场控制柜内，靠近感知层的边缘计算盒子

核心设备：

边缘AI推理终端：AI分析盒子

内置深度学习模型：颜色分割网络 + OCR文字识别网络

核心职责：

实时推理：对每一帧图像进行字体颜色识别（HSV颜色空间）和型号字符识别（P.O 42.5 / P.C 42.5 / M32.5等）

时间窗口分析：维护一个3分钟滑动窗口，统计窗口内各型号出现的频次与占比

混料判定：

当窗口内某一型号占比≥95%且连续包数≥阈值时，锁定为“当前生产型号”

若出现其他型号，立即生成混料事件，并标注事件等级（一级/二级/三级）

数据清洗：剔除因粉尘、反光、连包遮挡导致的单帧误识别

输出：

混料事件（含时间、线体、入侵型号、连续包数、现场图片）

实时统计信息（累计通过包数、各型号占比）

第三层：现场控制层

位置：车间现场，靠近皮带输送线

组成设备：

现场声光报警灯：红/黄双色LED + 蜂鸣器

工业广播喇叭（可选联动）

PLC控制器：与皮带电机、报警灯、剔除机构相连

核心职责：

就地报警：接收到边缘计算层的混料信号后，立即启动声光报警（二级以上持续报警）

联锁停机：当混料事件达到二级及以上时，PLC控制皮带减速并停机，防止混料进入成品库或装车环节

状态回传：将报警确认、停机恢复等状态回传至上层平台

与边缘层的关系：

边缘层 → 现场层：通过I/O或Modbus TCP发送“报警触发”信号

现场层 → 边缘层：反馈“已处置”或“误报”信号，用于算法自我修正

第四层：厂级平台层——多模态预警平台

位置：水泥厂区机房服务器

负责将混料事件通过多种渠道精准推送给不同角色。

子模块说明

子模块	功能描述
事件聚合与去重模块	对30秒内重复的混料事件进行聚合，避免“报警风暴”；生成聚合报警卡片，包含混料起止时间、包数、型号
分级路由引擎	根据事件等级（一级/二级/三级）自动匹配推送策略——谁、用什么方式、什么时间收到报警
推送通道管理	统一管理6种及以上推送渠道：现场声光、中控大屏、移动APP、短信/语音、电子看板
闭环处置跟踪	记录每一次报警的“推送时间→确认人→处置动作→恢复时间”；若超时未确认（如3分钟），自动升级推送至上一级管理者
可视化看板	在车间电子看板和中控大屏上实时显示：今日混料次数、当前线体状态、最近5条报警记录

支持的推送方式

模态	目标终端	适用人员
现场声光	报警灯+广播	现场巡检工
中控大屏弹窗	中控室LCD拼接屏	调度员、中控操作员
企业微信/钉钉	办公IM群	班组长、技术员
移动APP/PDA	工业手持终端	维修人员
短信+语音电话	手机	值班经理、安全员
电子看板	车间LED大屏	全体生产人员

核心价值：

报警不再局限于“现场响一下”，而是主动推送到相关人员的手机、手环、电脑

形成“触发→推送→确认→处置→恢复”的完整闭环，可追溯、可考核

第五层：集团/云端层（可选，远期扩展）

位置：水泥厂总部工业互联网平台或云端数据中心

核心职责：

跨基地数据汇聚：汇总南通、宁波、铜陵等各基地的混料报警数据，进行横向对比

模型迭代训练：收集各基地的“难例样本”（模糊、误报、漏报图片），在云端进行模型重训练，定期下发到边缘端更新

管理驾驶舱：集团领导可查看各基地混料趋势、处置效率、TOP问题线体

3. 架构特点总结

特点	说明
边云协同	实时判定在边缘端完成（<500ms），不依赖网络；数据汇聚在厂级平台，模型迭代在云端
分级预警	一级提示、二级警告、三级紧急，不同等级匹配不同推送策略和处置动作
多模态触达	从现场声光到企业微信到短信电话，确保信息不漏、不迟
闭环管理	从报警发起到处置确认，全程留痕，超时自动升级，责任可追溯
可扩展性	支持单条线试点，也支持全厂多条线统一接入厂级平台

4. 核心算法逻辑：基于字体颜色+字符的双重校验

算法通过 “颜色空间转换（HSV）+ OCR字符识别”的级联模型来区分水泥型号：

颜色优先：首先通过语义分割算法提取水泥袋上的文字区域，利用HSV颜色模型识别字体主色调（例如：红色代表普通硅酸盐水泥，黑色代表复合硅酸盐水泥等）。

字符验证：在颜色区域的基础上，使用CRNN+CTC损失的深度学习网络对文字进行识别，读取具体型号（如 “P.O 42.5”）。

形态分析：识别水泥袋的摆放姿态，确保在连包、叠包情况下仍能准确抓取特征区域。

三、核心功能实现：基于时间窗口的防混料报警

为了防止单一帧的误识别（如污损、光线干扰），本方案采用时序状态跟踪机制。

1. 算法逻辑流程图

2. 关键技术指标定义

时间窗口机制：

窗口长度：设定为 180秒（可设置）。

功能：系统不依赖单包判断，而是观察过去3分钟内所有经过水泥袋的“品种标签”。

状态锁定：只有当某型号在3分钟窗口内的置信度积分超过阈值（例如连续识别超过100包且占比>95%），系统才自动锁定当前生产任务为该型号。

混料判别：

在系统锁定为A型号的状态下，AI突然识别到一包具有B型号特征（如黑色字体变为红色字体）的水泥袋。

响应时间：< 500ms。

3. 报警与处置机制

系统根据混料的严重程度，设置三级响应：

1. 单包疑似（一级预警）：

条件：光线干扰或局部污损导致单帧识别异常，但连续多帧恢复。

动作：系统记录日志，报警灯闪烁提醒，不停机，人工复核。

2. 连续混料（二级报警）：

条件：在1分钟内连续检测到 3包及以上非当前任务型号的水泥。

动作：触发高分贝声光报警，皮带自动减速并停机，阻止混料进入下一环节（如散装库或货车）。

3. 多型号交织（三级混乱）：

条件：时间窗口内型号识别结果杂乱（如P.O和P.C交替出现）。

动作：判定为生产调度严重错误，锁定发运通道，中控大屏弹窗提示。

四、数据流与业务流程说明

为便于理解，以下描述一个完整的混料事件从发生到处置完成的数据流向：

图像采集：皮带上的水泥袋经过相机下方，摄像机拍照并送入边缘盒子。

AI推理：边缘盒子识别出该包水泥为“P.C 42.5（黑字）”，但当前3分钟窗口内90%以上均为“P.O 42.5（红字）”。

判定混料：系统生成二级混料事件（连续3包入侵）。

现场执行：边缘盒子通过Modbus发送信号给PLC → PLC触发声光报警灯 + 减速停机。

多模态推送：

中控大屏弹窗：“2号线混入P.C水泥，已停机”

值班经理手机收到短信

人工处置：现场工人在PDA上点击“已确认”，并清理混料袋 → 点击“恢复生产”。

闭环记录：平台记录本次事件的全部时间线（14:23:36触发 → 14:24:02推送 → 14:25:10确认 → 14:27:30恢复），存入数据库。

统计展示：车间电子看板上的“今日混料次数”从2次变为3次。

五、 预期效益

1. 零混料事故：通过AI视觉彻底杜绝因人为疏忽或清仓不彻底导致的发错货事故，规避质量赔偿风险。

2. 无人化值守：减少在装车口人工点包和核验的岗位需求，实现“黑灯工厂”生产。

3. 数据闭环：系统不仅能报警，还能记录混料发生的具体时间点、数量和图像证据，为生产调度优化提供数据支持。

六、主要设备清单及功能介绍

序号	产品名称	单位	数量	备注
1	AI分析盒子（8路）	台	1	中伟视界
2	多模态智能预警平台	套	1	中伟视界
3	摄像头	台	2	自采或利旧
4	平台服务器	台	1	自采或利旧
5	客户端电脑	台	1	自采或利旧
6	定制算法	套	1	中伟视界
7	安装辅材	套	1	自采，根据安装需求确定

1.AI分析盒子

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。

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.多模态智能预警平台

2.1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。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

报警功能多样，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）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。

2.2 GB28181流媒体平台

（1）GB28181流媒体平台的核心定位

GB28181流媒体平台在多模态AI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。

（2）GB28181流媒体平台的功能

1）多协议接入与设备兼容能力

A、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。

B、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。

C、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。

D、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

A、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。

B、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。

C、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

A、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。

B、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。

七、设备部署

1. AI分析盒子：常规部署在调度室客户端电脑附近,根据需要也可以部署在现场设备柜。

2. 多模态智能预警平台：根据客户实际需求部署，一般部署在调度室客户端电脑上，用于实施检测项目状态。

3. 摄像头：可根据现场实际需求调整。暂定部署在皮带正上方，暂定一条皮带部署2台摄像机，靠近机头与机尾位置各部署一台。

八、结语

中伟视界为某水泥打造的基于AI视觉的袋装水泥智能分拣与防混料系统，不仅彻底解决了传统生产发运环节的混料顽疾，更以“零事故、无人化、可追溯”的实战成果，为水泥行业乃至建材领域的智能化转型提供了可复制、可推广的标杆范例。从边缘AI盒子的毫秒级推理，到多模态预警平台的闭环管理，再到与GB28181流媒体平台的深度集成，中伟视界始终坚持以场景驱动的AI落地能力。未来，我们将继续深耕工业视觉与边缘计算技术，助力更多传统工厂跨越数字化转型鸿沟，共同迈向安全、高效、绿色的“黑灯工厂”新时代。