基于安全風(fēng)險(xiǎn)管控的智能安全帽系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用

靳 帥

(國(guó)電大渡河枕頭壩發(fā)電有限公司，四川 樂山 614700)

傳統(tǒng)的水電企業(yè)電力生產(chǎn)人員配備的安全帽主要為普通安全帽，僅具備安全防護(hù)功能，缺乏對(duì)作業(yè)過程風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和提示，安全信息智能管理缺失，對(duì)作業(yè)人員無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理和精準(zhǔn)定位。通過開展以安全帽為載體的智能安全帽系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的系統(tǒng)化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化管理，提高企業(yè)安全管理水平，有效防范各類意外事故的發(fā)生；建立以智能安全帽作為終端安全風(fēng)險(xiǎn)智能管控系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤重要區(qū)域、重點(diǎn)部位人員活動(dòng)情況，采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息，并結(jié)合兩票管理及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，規(guī)范作業(yè)人員行為及時(shí)糾正錯(cuò)誤，防止安全生產(chǎn)事故發(fā)生[1]。

1 概 述

枕頭壩水電站按照大渡河公司“智慧企業(yè)”建設(shè)總體規(guī)劃，積極開展智慧電廠建設(shè)，充分利用當(dāng)前智能終端設(shè)備和智能分析技術(shù)，創(chuàng)新應(yīng)用精準(zhǔn)定位、近電報(bào)警等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)人員軌跡存儲(chǔ)查尋、走錯(cuò)間隔預(yù)警等安全管控要求，全面提升安全風(fēng)險(xiǎn)智能管控水平，建設(shè)以智能安全帽系統(tǒng)為基礎(chǔ)的安全風(fēng)險(xiǎn)智能管控系統(tǒng)，全面提高電廠應(yīng)對(duì)外部風(fēng)險(xiǎn)能力，實(shí)現(xiàn)“風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別自動(dòng)化、決策管理智能化，糾偏升級(jí)自主化”為核心的智慧管理[2]。

以智能安全帽作為終端的安全風(fēng)險(xiǎn)管控平臺(tái)，是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為一體的后臺(tái)管控系統(tǒng)[3]。立足本質(zhì)安全“人、機(jī)、環(huán)、管”四要素中的“人”，通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤重要區(qū)域、重點(diǎn)部位人員活動(dòng)情況，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，并采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，辨識(shí)出安全隱患和違章行為，并向相關(guān)管理人員及當(dāng)事人及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，管理人員隨時(shí)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)，當(dāng)事人及時(shí)糾正錯(cuò)誤，防止安全生產(chǎn)事故；當(dāng)發(fā)生生產(chǎn)安全事故(突發(fā)事件)時(shí)，根據(jù)采集的事故信息，指導(dǎo)應(yīng)急行動(dòng)，防止事故擴(kuò)大。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

智能安全帽及其后臺(tái)管控系統(tǒng)主要由前端智能安全帽、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、解算服務(wù)器及后臺(tái)管控系統(tǒng)組成。智能安全帽集成有語音對(duì)講模塊、攝像頭、通訊模塊和GPS定位模塊；后臺(tái)管控系統(tǒng)主要對(duì)前端智能安全帽采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)以及客服端的監(jiān)控和查看[4-5](見圖1)。

圖1 安全風(fēng)險(xiǎn)智能管控系統(tǒng)(智能安全帽)的規(guī)劃結(jié)構(gòu)圖

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

無線網(wǎng)絡(luò)匯聚交換機(jī)環(huán)形堆疊后鏈路聚合到廠區(qū)的核心交換機(jī)上，AC旁掛在匯聚交換機(jī)堆疊上，接入AP的POE交換機(jī)雙歸到匯聚交換機(jī)堆疊上，智能風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)的服務(wù)器根據(jù)部署位置直接接入?yún)R聚交換機(jī)堆疊上，或接入服務(wù)器接入交換機(jī)(集群)再雙歸到匯聚交換機(jī)堆疊上(見圖2)。

圖2 無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2 無線定位系統(tǒng)

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)處理能力的提高，無論在室內(nèi)還是室外環(huán)境下，在各種不同的無線網(wǎng)絡(luò)中快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地獲取移動(dòng)位置信息的定位技術(shù)及其定位系統(tǒng)已經(jīng)成為本系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。無線定位技術(shù)領(lǐng)域可分為廣域定位和短距離無線定位，廣域定位可分為衛(wèi)星定位和移動(dòng)定位；短距離定位主要包括WLAN、RFID、UWB、藍(lán)牙、超聲波等。與室外環(huán)境相比，在室內(nèi)環(huán)境中感測(cè)位置信息并且需要非常可觀的精度是很挑戰(zhàn)性的，部分原因是各種物體反射和信號(hào)的分散導(dǎo)致。而UWB(Ultra WideBand)是室內(nèi)定位領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)，與其他定位技術(shù)相比，它具有更好的性能，更高精度，更適用于室內(nèi)定位。

智能安全帽集成有室外米級(jí)精度定位功能。當(dāng)安全帽的室外活動(dòng)區(qū)域具備4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)及GPS信號(hào)后，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的米級(jí)精度定位跟蹤。針對(duì)水電站特殊空間布置特別是地下廠房等場(chǎng)所，對(duì)人員精準(zhǔn)定位等智能感知又提出了新的要求，當(dāng)安全帽需在廠房、車間等室內(nèi)活動(dòng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)人員的定位，需先行在此區(qū)域進(jìn)行無線定位系統(tǒng)建設(shè)，枕頭壩電站根據(jù)實(shí)際情況，在建設(shè)中選用精度最高的UWB超寬帶定位技術(shù)。UWB超寬帶定位系統(tǒng)整體上由定位硬件層、網(wǎng)絡(luò)連接層、數(shù)據(jù)解算層和應(yīng)用層組成。定位硬件層是無線定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位功能的主體部分，包括定位微基站和定位微標(biāo)簽；網(wǎng)絡(luò)連接層用于將定位微基站采集的數(shù)據(jù)回傳到數(shù)據(jù)中心；數(shù)據(jù)解算層則是實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽位置計(jì)算的關(guān)鍵；應(yīng)用層針對(duì)客戶的需求，完成業(yè)務(wù)層面的呈現(xiàn)。

2.3 系統(tǒng)服務(wù)器部署

智能安全帽系統(tǒng)服務(wù)器采用中心部署方案，如圖3所示。

在成都中心機(jī)房部署應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用于處理安全帽、APP、WEB端各項(xiàng)功能業(yè)務(wù)，采用雙機(jī)熱備部署，用以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)安全。在現(xiàn)場(chǎng)部署文件及流媒體服務(wù)器，用于存儲(chǔ)安全帽、web端、APP端產(chǎn)生的語音、圖片和視頻直播流； 在云端部署激活服務(wù)和消息服務(wù)，用于初始激活安全帽和中轉(zhuǎn)消息、GPS數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)鏈路采用大渡河公司MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，用于接受來自云端的消息、激活數(shù)據(jù)包、GPS數(shù)據(jù)包等。

圖3 智能安全帽服務(wù)器中心部署方案圖

3 系統(tǒng)功能應(yīng)用

3.1 操作票管控功能

在管控系統(tǒng)選擇操作票管理，找到對(duì)應(yīng)操作票后選擇操作人、監(jiān)護(hù)人、下令人后，點(diǎn)擊開始操作，同時(shí)開始錄像，并根據(jù)操作票的間斷、轉(zhuǎn)移、結(jié)束智能錄像儲(chǔ)存。操作完畢后回到管控系統(tǒng)確認(rèn)操作結(jié)束，錄像關(guān)閉數(shù)據(jù)保存一定時(shí)間。

通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成正式票后，將操作票傳入管控系統(tǒng)，管控系統(tǒng)根據(jù)操作票內(nèi)容應(yīng)自行劃定具體操作區(qū)域。在作業(yè)中若存在跳項(xiàng)操作、操作人和監(jiān)護(hù)人在非操作區(qū)停留一定時(shí)間時(shí)發(fā)出報(bào)警。操作時(shí)為防止監(jiān)護(hù)人不到位，或操作人在監(jiān)護(hù)人在場(chǎng)情況下擅自操作設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。操作票執(zhí)行時(shí)，管理人員可在管控系統(tǒng)查看，時(shí)刻了解各個(gè)操作進(jìn)度。

3.2 工作票管控功能應(yīng)用

在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作當(dāng)中，維護(hù)和檢修最易出現(xiàn)習(xí)慣性違章指揮、違章作業(yè)，運(yùn)行人員安全交底不到位且無法監(jiān)控與追溯，在多區(qū)域或大區(qū)域作業(yè)時(shí)無法做到安全互保，因此現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了很多習(xí)慣性違章、安全互保不到位導(dǎo)致的重大事故。

針對(duì)運(yùn)行人員許可工作票后安全交底沒有有效的監(jiān)督手段，依靠人力現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督作用有限且無法追溯的問題。通過系統(tǒng)在生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成正式工作票后，在運(yùn)行人員交底時(shí)，開啟錄像功能，并根據(jù)工作票作業(yè)區(qū)域劃分交底地點(diǎn)，并智能判斷交底情況，若有未交底的工作區(qū)域和安技措施設(shè)備點(diǎn)則報(bào)警，并記錄軌跡方便后期追溯。

工作票負(fù)責(zé)人對(duì)工作班成員進(jìn)行交底時(shí)，開啟錄像功能，交底結(jié)束后運(yùn)行人員返回管控系統(tǒng)確認(rèn)交底結(jié)束關(guān)閉錄像，若有未交底的工作區(qū)域和按技措施設(shè)備點(diǎn)則報(bào)警；工作票每日工作內(nèi)容臨時(shí)結(jié)束時(shí)，工作負(fù)責(zé)人應(yīng)將工作票交回，未交回應(yīng)智能報(bào)警，提醒工作負(fù)責(zé)人和運(yùn)行人員；當(dāng)工作負(fù)責(zé)人臨時(shí)離開，在指定臨時(shí)工作負(fù)責(zé)人員時(shí)，應(yīng)將交代現(xiàn)場(chǎng)工作情況過程進(jìn)行錄像，并記錄工作負(fù)責(zé)人何時(shí)離開和回歸；當(dāng)工作票負(fù)責(zé)人或工作班成員變更時(shí)，管控系統(tǒng)應(yīng)能智能分組，從新劃分工作小組，并對(duì)新近人員的工作交接和安全交底進(jìn)行錄像。

3.3 運(yùn)行維護(hù)巡檢管控

根據(jù)“兩票三制”中的設(shè)備定期巡回制，運(yùn)行和維護(hù)分別制定各自的巡回制度，為防止巡回不到位配備了電子巡檢儀，但是現(xiàn)場(chǎng)仍存在巡回不到位情況。在系統(tǒng)建設(shè)中，通過在巡檢管理設(shè)置界面設(shè)置運(yùn)行巡回時(shí)間、區(qū)域和次數(shù)，運(yùn)行人員可在巡回時(shí)段內(nèi)選擇巡回人，激活巡回功能。開啟巡回后，系統(tǒng)能智能檢測(cè)巡回情況，如存在巡回不到位，報(bào)警并提示哪些區(qū)域巡回不到位，在巡回時(shí)間段內(nèi)重新巡檢該區(qū)域則報(bào)警消失，并關(guān)閉巡回。若巡回區(qū)域有設(shè)備作業(yè)時(shí)，智能安全帽進(jìn)行提醒，并報(bào)出操作票或工作票名稱，防止巡回人員誤入工作區(qū)域發(fā)生人身傷害事故。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求，在巡檢管理設(shè)置界面設(shè)置了維護(hù)巡回區(qū)域，當(dāng)管控系統(tǒng)檢測(cè)到有維護(hù)巡檢時(shí)，根據(jù)維護(hù)巡檢性質(zhì)(電氣巡回或機(jī)械巡回)劃分巡檢區(qū)域，巡回結(jié)束時(shí)，智能檢測(cè)巡回情況。

3.4 特殊操作管理

根據(jù)操作票管理規(guī)定，操作條數(shù)不足3條數(shù)時(shí)，可以不寫操作票，為防止該情況下發(fā)生“誤操作、走錯(cuò)間隔”設(shè)置了單步操作管理。進(jìn)入單步操作管理界面，選擇操作設(shè)備，選擇操作和監(jiān)護(hù)人員及下令人。此時(shí)開始錄像，當(dāng)設(shè)備操作完畢后錄像結(jié)束。單步操作違章報(bào)警與普通操作一樣。為不影響事故時(shí)設(shè)備操作，需由值長(zhǎng)進(jìn)行授權(quán)。授權(quán)后錄像開始，智能安全帽報(bào)警全部開放，事故處理結(jié)束后，將所有軌跡、錄像等數(shù)據(jù)保存，以便事故調(diào)查及分析。

4 系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

為了更加有效的保障水電企業(yè)電力生產(chǎn)安全、作業(yè)安全，建立健全的信息系統(tǒng)保障運(yùn)作機(jī)制，枕頭壩水電站開發(fā)了智能安全帽管理系統(tǒng)與安風(fēng)管控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)用開發(fā)，以安風(fēng)管控系統(tǒng)作為源頭，智能安全帽系統(tǒng)響應(yīng)安風(fēng)管控系統(tǒng)的指令，實(shí)現(xiàn)人員同步、違章監(jiān)控、工作票群組功能、UWB定位數(shù)據(jù)對(duì)接及告警等功能優(yōu)化完善[6]。

4.1 人員信息同步

將安風(fēng)管控系統(tǒng)中的人員信息自動(dòng)同步到智能安全帽管理系統(tǒng)；當(dāng)人員信息有更新時(shí)，能夠從安風(fēng)管控系統(tǒng)同步更新人員信息到智能安全帽監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2 違章監(jiān)控

人員發(fā)生違章作業(yè)時(shí)，由安風(fēng)管控系統(tǒng)發(fā)起違章信息傳送，下發(fā)到智能安全帽管控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到的違章信息后，下發(fā)違章語音到對(duì)應(yīng)人員，并開啟監(jiān)控錄制視頻，將直播地址返回給安風(fēng)管控系統(tǒng)；智能安全帽在視頻錄制完畢后，關(guān)閉直播，將視頻文件傳回到安風(fēng)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)違章記錄的存儲(chǔ)和追蹤。

4.3 工作票群組功能開發(fā)完善

針對(duì)工作票多區(qū)域或大區(qū)域作業(yè)時(shí)無法做到安全互保，工作負(fù)責(zé)人、工作班成員礙于客觀條件經(jīng)常出現(xiàn)習(xí)慣性違章、習(xí)慣性指揮等問題，管控系統(tǒng)設(shè)置了工單組群功能。在生產(chǎn)管理系統(tǒng)生成正式工作票后，工作負(fù)責(zé)人、工作班成員形成組群，小組成員可以進(jìn)行通話。當(dāng)工作票交回時(shí)小組臨時(shí)解散，第二天發(fā)出時(shí)恢復(fù)組群，在這期間該組群成員無法成為其他工單組群成員，做過工作班成員變更的除外，這些設(shè)置只能由運(yùn)行人員完成。

在應(yīng)用時(shí)，智能安全帽接收安風(fēng)管控系統(tǒng)下發(fā)的操作票或工作票信息，將票據(jù)中相關(guān)人員組成臨時(shí)群組，群組間可互相通話；當(dāng)工作開始時(shí)，打開安全帽攝像頭，可錄制整個(gè)操作期間的視頻，結(jié)束時(shí)自動(dòng)關(guān)閉監(jiān)控視頻，并將視頻文件命名為“作業(yè)票ID+人員姓名”保存在系統(tǒng)中，工作結(jié)束后，臨時(shí)群組自動(dòng)解散，群組間成員不可通話。

4.4 UWB數(shù)據(jù)對(duì)接及定位告警

系統(tǒng)可獲取UWB定位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)時(shí)定位，通過對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化，在人員界面增加室內(nèi)地圖&室外地圖操作入口，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同區(qū)域地圖的切換。室內(nèi)地圖支持基于坐標(biāo)點(diǎn)及半徑繪制電子圍欄和基于用戶手動(dòng)畫圖方式繪制電子圍欄兩種繪制方式。歷史軌跡實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外地圖自動(dòng)切換功能，當(dāng)軌跡從室外進(jìn)入室內(nèi)，自動(dòng)切換到室內(nèi)地圖；當(dāng)軌跡從室內(nèi)切換到室外，自動(dòng)切換到室外地圖；室內(nèi)地圖中歷史軌跡涉及到不同樓層時(shí)，自動(dòng)切換對(duì)應(yīng)室內(nèi)地圖圖層。

同時(shí)，根據(jù)室內(nèi)操作屏和機(jī)組分布，繪制適合現(xiàn)場(chǎng)使用的電子圍欄，在非工作時(shí)段禁止所有人進(jìn)入，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)，下發(fā)告警到安全帽并開啟定位告警視頻錄制，將告警信息上報(bào)給安風(fēng)系統(tǒng)；在操作票或工作票下發(fā)時(shí)，解除票據(jù)執(zhí)行人、票據(jù)發(fā)生地的禁入功能，票據(jù)執(zhí)行人進(jìn)入作業(yè)執(zhí)行點(diǎn)時(shí)，不觸發(fā)告警以及定位告警視頻的錄制；票據(jù)結(jié)束后，所有區(qū)域變?yōu)榻箙^(qū)域，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)，進(jìn)行告警和視頻錄制(見圖4)。工作票區(qū)域還可智能生成該工作票的電子圍欄，考慮到作業(yè)人員要經(jīng)過其他區(qū)域，所以其他工作區(qū)域設(shè)置為延時(shí)報(bào)警(時(shí)間可調(diào))。超范圍作業(yè)后，工作人員與管控系統(tǒng)同時(shí)報(bào)警提示并記錄。

圖4 UWB定位及智能告警示意圖

5 結(jié) 語

智能安全帽系統(tǒng)目前運(yùn)行穩(wěn)定，已實(shí)現(xiàn)替代管理人員全面管理現(xiàn)場(chǎng)安全。智能安全帽在保有原普通安全帽的保護(hù)功能的同時(shí)新增了實(shí)時(shí)視頻傳輸、GPS定位等功能，管理人員可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤重要區(qū)域、重點(diǎn)部位人員活動(dòng)情況，采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，并結(jié)合兩票管理及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控提醒，可有效避免職工習(xí)慣性違章，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)習(xí)慣，提升現(xiàn)場(chǎng)全員標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)意識(shí)。