水電廠人員安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

葉亞林 劉育

摘要：水電站具有封閉、多層等復(fù)雜環(huán)境特點，人員日常設(shè)備巡檢、操作等作業(yè)過程安全風(fēng)險高，加之安全管控大多采用人盯人，存在隨意性強(qiáng)、時效性差且無法量化等問題。依托先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、UWB定位技術(shù)，研制了具有多維度感知功能的可穿戴物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽和具有高精度定位功能的分布式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并基于云平臺的水電站人員安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r獲取現(xiàn)場作業(yè)人員的生命體征、空間位置等作業(yè)過程安全信息，為水力發(fā)電企業(yè)提供了一種可參考的現(xiàn)場作業(yè)過程安全風(fēng)險智能化管控手段。

關(guān)鍵詞：水電站;物聯(lián)網(wǎng);UWB;智能穿戴;安管管理

1 引言

目前大多數(shù)水電廠現(xiàn)場作業(yè)過程安全監(jiān)控依靠人來實現(xiàn)，安全監(jiān)控措施及管理辦法較為離散，且發(fā)現(xiàn)問題后實時處置能力隨人素質(zhì)影響因素大，比如：作業(yè)人員走錯間隔生產(chǎn)事故和人身傷亡、因不同作業(yè)人員之間的溝通不暢造成的誤操作導(dǎo)致他人傷亡等事故[1-3]。因此，本課題擬結(jié)合水電廠作業(yè)環(huán)境、安全管理現(xiàn)狀，依托先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、智能感知等技術(shù)，開展具有多維度感知功能的可穿戴設(shè)備和系統(tǒng)，實現(xiàn)水電廠作業(yè)安全風(fēng)險管控數(shù)字化、智能化。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計及功能

水電廠人員作業(yè)過程安全監(jiān)控安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計，首先基于物聯(lián)網(wǎng)-工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用經(jīng)典的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺三層架構(gòu)實現(xiàn)整體設(shè)計，涵蓋了人員定位、3D數(shù)字化、應(yīng)急指揮等內(nèi)容，并開發(fā)了安全監(jiān)控、過程跟蹤、智能預(yù)警、語音通訊以及系統(tǒng)配置等安全管理功能，形成了水電站現(xiàn)場作業(yè)相對閉環(huán)的人員安全監(jiān)護(hù)智能化系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)智能設(shè)備組成

本系統(tǒng)主要通過集成適應(yīng)于水電廠特殊環(huán)境的多種狀態(tài)感知功能的可穿戴物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽和具有高精度定位功能的分布式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實時獲取水電站現(xiàn)場人員作業(yè)過程安全風(fēng)險信息，其系統(tǒng)設(shè)備組成如圖1所示。

（1）人員定位技術(shù)：主要采用了超寬帶（UWB）協(xié)議進(jìn)行高精度定位和末端通信，定位精度不低于10cm，單超寬帶定位基站監(jiān)測距離達(dá)50m，系統(tǒng)監(jiān)測范圍可大于500萬平方米。

（2）智能穿戴設(shè)備：主要包含了手環(huán)（手表式）、智能安全帽、縛帶式（智能安全帶、智能頭燈等）等，其中手表式具有心率監(jiān)測、跌落監(jiān)測等功能，實現(xiàn)員工在核心生產(chǎn)區(qū)的實時定位、生命體征監(jiān)測等功能;智能安全帽具備精確定位、違章提示、視頻對講等功能，實現(xiàn)通過自動辨識安全隱患和違章行為，及時發(fā)出預(yù)警信息。

2.2 系統(tǒng)主要功能

人員安全監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在水電廠核心生產(chǎn)區(qū)域和廠房中實現(xiàn)對現(xiàn)場人員的安全監(jiān)護(hù)和高精度定位，具體功能包括：

（1）精確定位：復(fù)雜多徑環(huán)境中定位精度可達(dá)20厘米;

（2）生命監(jiān)護(hù)：發(fā)生心率突變或超過閾值時，后臺報警;

（3）墜落報警：發(fā)生高空墜落時，后臺報警;

（4）事前警告：發(fā)生位置異常時，手環(huán)立刻震動并有文字提示，同時后臺報警;

（5）臨時布設(shè)：移動型基站無弱電施工，可以用于爐膛等封閉空間;

（6）一鍵呼救：現(xiàn)場人員可以通過安全手環(huán)上的緊急按鈕一鍵呼救;

（7）電子圍欄：可以分組、分人設(shè)置臨時或者永久電子圍欄;

（8）數(shù)據(jù)管理：歷史軌跡重演、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、歷史報警統(tǒng)計;

3 工程應(yīng)用實例

項目以國能大渡河公司某水電站為例，結(jié)合該水電站廠房結(jié)構(gòu)、設(shè)備布置等特點，依據(jù)電廠日常人員作業(yè)安全風(fēng)險防控要求，針對其主廠房主變室、發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層、GIS室等重點區(qū)域進(jìn)行了定位環(huán)境搭建，通過存在性零維定位、一維定位和二維定位相融合的業(yè)務(wù)功能需求研究，實現(xiàn)了該水電站主廠房關(guān)鍵場景人員精準(zhǔn)定位，其系統(tǒng)設(shè)備組成如圖2所示。

該系統(tǒng)及相關(guān)智能設(shè)備在國能大渡河公司所屬某水電站生產(chǎn)現(xiàn)場安裝應(yīng)用，實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場人員實時定位;實現(xiàn)了智能穿戴設(shè)備人員與系統(tǒng)實時通信，且管理人員可通過語音、視頻對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行指揮，現(xiàn)場人員也可時匯報現(xiàn)場作業(yè)情況等功能，有效地提升了現(xiàn)場作業(yè)人員安全監(jiān)護(hù)智能化水平和形成了可追溯的數(shù)據(jù)資料。

4 結(jié)語

水電站人員安全監(jiān)護(hù)平臺作為一款集成智能穿戴設(shè)備和UWB定位技術(shù)的高級應(yīng)用軟件，經(jīng)現(xiàn)場運行調(diào)試表明，它能彌補(bǔ)水電站現(xiàn)場作業(yè)人員過程管控?zé)o智能化手段而造成的人因事故，實現(xiàn)了水電站作業(yè)過程安全風(fēng)險管控數(shù)字化、智能化，使得現(xiàn)場作業(yè)過程可追溯、透明化。

參考文獻(xiàn)

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[2]余洋.水電廠運行安全管理研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（32）：132-133.

[3]盧娟.向家壩水電廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)實踐[J].水力發(fā)電，2014，40（10）：20-23.

作者簡介：

葉亞林（1984-），女，湖北黃岡，助理工程師，學(xué)士，研究方向為水電站設(shè)備管理及業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)。

劉育（1989-），男，四川平昌，工程師，碩士，研究方向為水電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)研究。