煙花爆竹企業安全生產實時監控聯網系統設計

羅文浩，李冬梅，徐明院

（江西省煤炭工業科學研究所，江西 南昌 330029）

截至2019年10月，全國有合法的煙花爆竹生產企業3153家，全年煙花爆竹出口額達8.5億美元。江西省是中國煙花爆竹的第二大產業基地，全省花炮產業總產值達14.8億元，從業人員近20萬。上栗縣更是全國著名的花炮之鄉，來自花炮產業的收入占全縣財政總收入的80%，農民人均收入的52%來自花炮產業,并且花炮產業對當地其他產業存在明顯的拉動效應，但與此同時煙花鞭炮行業的危險性又時刻影響行業自身的發展。因此，國家和地方各級政府紛紛出臺各種規定規范該行業的安全生產。煙花爆竹生產企業“三超一改”(超定員、超藥量、超范圍和改變工房用途生產)和“三違”現象(違章指揮、違章作業、違反勞動紀律)是引發煙花爆竹事故的主要原因。近年來,合法煙花爆竹生產經營企業發生生產安全事故直接原因全部與“三超一改”和“三違”現象有關［1］。

為此，國家和地方各級政府出臺各項法規和制度來規范該行業的生產、儲存和運輸等各環節的安全工作。可事實證明，這不是一道行政命令就能解決的問題。煙花爆竹生產經營的諸多環節存在很多不安全因素、安全隱患和潛在的危險，卻又缺乏有效的科技監管手段，而有針對性地引入科學的計算機監控管理系統，從原料、生產等基礎環節開始進行嚴格控制，安全才可以得到保障。因此研發一套煙花爆竹行業的監控與人員管理系統具有十分重要的意義。我單位響應國家文件精神，向江西省應急管理廳申報了安全生產技術改造項目“煙花爆竹企業安全生產實時聯網監控系統”項目，本文所闡述的設計方案也源自于此項目。

1 國內外技術現狀

煙花爆竹企業安全生產實時監控聯網系統是集環境監測、人員定位管理監測、視頻監控、入侵監測、計算機網絡、計算機軟件、防爆電器設計、系統集成等多項技術領域的系統，國內目前沒有一家企業能夠自主研發生產全部覆蓋這些領域的產品。目前國內研究煙花爆竹企業監控系統的企業有幾家，但研究的內容主要是視頻監控和入侵監測，入侵監測也只是采用功能單一的門禁系統。國外煙花爆竹生產企業非常少，生產條件和情況和國內企業區別很大，可成功引進的科研成果幾乎沒有。本文研究的系統擬采用入侵監測與人員管理監測相結合的雙重入侵監測方法，能夠高效準確地監測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現象，并及時報警，為企業實現無障礙、無死角的全面人員跟蹤管理，尤其對防范企業員工出現超定員、超范圍、未經許可進入危險特殊場所等違規現象，提供有效的科技管理手段，系統的實時數據遠程聯網功能為上級管理部門加強監督和管理提供了有效的科學方法和依據，系統設備的防爆設計能夠保證系統的安全運行。

2 總體設計

2.1 系統總體架構

煙花爆竹企業安全生產實時監控聯網系統（以下簡稱系統）是針對煙花爆竹生產企業在安全生產管理過程中的監管薄弱環節而設計。該系統將先進的計算機軟硬件技術進行集成設計，建設了集傳感器硬件、多媒體聯動、數據庫、網絡服務、安全分析算法等多種先進技術于一體的完整監控體系。對生產企業的“三超一改”和“三違”現象，現場溫度濕度監測、入侵監測、人員監控、藥量監控等多個基礎環節以及將監控信息通過專用網絡，上傳到省級平臺，最后按照標準協議規范接入國家應急部的信息化綜合平臺中去，既為生產企業自身加強管理，也為上級監管部門的監督提供了科學的手段和依據［2］。

系統是按照《煙花爆竹企業安全監控系統通用技術條件AQ 4101-2008》及相關法律法規的要求，為強化安全監管,科學有效地保障煙花爆竹的生產安全,預防和減少重大事故的發生而設計的［3］。該系統功能模塊主要包括：

（1）危險、重要場所的人員數量監控（含特殊工種所屬人員的數量及位置監控）；

（2）危險場所的入侵監測；

（3）危險化學品原料的精確倉儲控制；

（4）危險場所視頻監控；生產區、成品區等環境的溫度、濕度監測；

圖1 系統結構框圖

（5）監測數據的遠程聯網功能等。

在煙花爆竹企業的生產車間和倉庫等危險、重要場所設置綜合網絡分站，接收人員監控、入侵監測、倉儲控制、視頻監控和溫度濕度監測五個模塊的數據，各綜合網絡分站將這些數據通過光纖交換機進入企業內部局域網傳遞給監控中心的監控服務器進行處理。當有異常情況出現時，綜合網絡分站及時對車間、倉庫做出預警、報警處理。如人員超員或溫度、濕度超限可控制聲光報警器在現場和中控室進行聲光報警，必要時啟動通風設備；有非法人員意圖進入重要場所時，在現場和中控室控制聲光報警器進行聲光報警［4］。

來自綜合網絡分站的數據經監控服務器的系統軟件處理，以圖表、動畫等多種形式將實時數據顯示在監控大屏上。在監控系統軟件上同時實現危險、重要場所人員超員超時、非法人員進入、非法時間生產、倉儲超藥量以及生產/倉庫環境溫度、濕度超限等聲光報警，還可根據需求按級別將報警信息發送至各級管理人員手機上。

數據庫服務器保存所有數據作為歷史數據，供操作人員隨時調閱查詢。為保證信息處理的效率，兼顧人機交互的友善性，此部分采用C/S架構，為企業操作人員定制監控平臺的軟件。同時設置網絡服務器，為企業監控中心以外的人員提供基于WEB瀏覽的數據界面，無需安裝軟件，通過瀏覽器可直接查看，增強數據發布的便捷性和通用性，此部分采用B/S架構。

各個煙花爆竹企業的監控中心均可通過防火墻、互聯網與上級監管中心相連，由后臺運行的專用遠程聯網數據傳輸、解析軟件將企業數據實時傳輸并存儲到上級監管中心的數據庫中。監管中心的網絡服務器可按類別、危險級別、地域等不同性質將所屬煙花爆竹企業的實時數據同時顯示在大屏幕中，并提供實時預警、報警數據的聲光報警和歷史數據的查詢，為上級監管部門的管理和執法提供科學準確的依據。

2.2 人員定位管理

在各重點危險場所安裝UWB人員定位讀卡器，內置熱釋電傳感器，配合攝像頭人數識別功能就能夠精確判斷攜卡工作人員數量和身份以及人員行動軌跡，并對所有進出重點區域的人員進行視頻抓拍分析人數后上傳，實現超員報警等功能，在識別卡上加裝MBE語音模塊，可實現在工作區內，進行語音通話，幫助工廠在爆炸區實現通訊功能［5］。

2.3 藥量監控方案

煙花爆竹行業的企業所采用的生產原料往往都是易燃易爆的危險品，因此在原料倉儲上有嚴格的要求，特別是在倉儲量控制上，任何超量存儲的行為都會帶來安全隱患。

本方案采用讀取無源標簽監控方案來實現煙花爆竹企業倉儲的藥量監控。在每個裝藥的防靜電桶上貼一個無源電子標簽，在倉儲入口安裝閱讀器，通過讀取裝藥桶的進出庫桶數，經過計算得出較精確倉儲總量和剩余量等，當危險品原料總量超出設定的允許倉儲量時，系統將第一時間自動報警。此外，系統允許企業定制報警功能，可將危險品原料的倉儲狀況以短信等形式通知不在現場的倉儲管理人、責任承擔人等，有效應對“三超一改”中超藥量的違規行為。

2.4 視頻監控方案

采用視頻采集設備，按照《煙花爆竹企業安全監控系統通用技術條件AQ 4101-2008》中3.1.1節的要求監控作業人員的作業行為、工房用途等，有效應對“三超一改”中改變工房用途生產的違規行為。

固定視頻采集設備較多的企業，宜配置移動視頻采集設備，作為固定視頻采集設備的補充和備份，用于發生事故后采集事故現場和處置過程圖像信息。移動視頻采集設備可按固定視頻采集設備1%～3%的比例配置，宜采用無線網絡接入方式。

在視頻端加入算法，可以有效判別視頻中的人數，如果在設定的時間內，工作區域工作人員超過規定的人數，則發生聲光報警，通知中控機房和現場已超員，還可實現入侵監控，通過視頻抓拍對員工不攜帶人員卡進入重點工作區域和非工作時段有人進入的現象進行報警。

2.5 溫度濕度監測方案

按照《煙花爆竹企業安全監控系統通用技術條件AQ 4101-2008》中4.1.3節的要求，采用本質安全型多參數智能檢測儀可實現在一個設備上同時在線檢測環境中溫度、濕度，各傳感元件可自由組合安裝，以滿足不同監測區域的要求，所有檢測的實時數據通過一對數據通訊線傳送給綜合采集站，減少了各傳感器與綜合采集站的連接線，傳感器自身也自帶液晶顯示和聲光報警功能。實時監測生產車間、倉庫等危險、重要場所的溫度、濕度數據，當有數據超限時控制聲光報警器進行聲光報警，必要時啟動通風設備，提醒企業管理人員及時處置。

2.6 遠程數據聯網方案

通過遠程數據聯網軟件模塊，可以建立以災害預防、事故救助、多級遠程綜合管理、電子信息化管理為主要目標的煙花爆竹行業信息化和智能化監管，利用系統的企業端數據生成軟件實時采集準確的監控數據，再利用企業端數據傳輸軟件將采集的實時數據同步傳輸至上級監管中心的數據庫服務器，實現生產企業—上級監管部門的實時遠程數據連接，監管部門存在多級監管關系（縣級-市級-省級），可利用數據傳輸軟件將各個下級部門的數據分類標志并同步傳輸至上級部門的數據庫服務器，實現下級部門至上級部門的實時遠程數據連接，在各級數據中心利用數據解析軟件分析下級傳輸來的實時監控數據，再利用web程序通過用戶交互界面準確顯示出各個生產企業的人員數據、原料數據、報警數據等信息，并為用戶提供方便快捷的查詢功能。

2.7 主要技術指標

（1）人數識別準確率：95%；

（2）無源卡漏卡率：1%；

（3）溫濕度測量誤差：＜±10%；

（4）監控分站工作電壓：交流220 V；工作電流：≤300 mA；

（5）使用環境：溫度：-5 ℃～40 ℃；相對濕度：≤95%；大氣壓：86～110 kPa。

2.8 系統應用情況

本系統能夠有效防止各生產、儲存環節超范圍、超定員、超藥量、改變工房用途、違章作業、未經許可進入等情況發生，測量、監控危險性工作場所的溫度、濕度情況，保障安全生產，煙花爆竹企業可對以下各方面進行有效的本地或遠程監控、管理。系統樣機已經研制成功，主要硬件設備見表2，主要軟件模塊功能見表3，在上栗縣紅寶山煙花爆竹生產企業進行了三個月工業性試驗，試運行期間其公司反映系統功能正常，穩定運行，特別是語音對講系統給工作和管理帶來了非常大的便利，系統整體取得了良好的試驗結果，計劃未來對系統硬件部分體積改良后推向市場，計劃命名為YBJK32煙花爆竹企業安全生產監控與人員定位管理系統。

表1 系統主要硬件設備

表2 系統軟件模塊組成

系統已經通過了科技成果驗收，專家驗收意見如下：

（1）該項目采用獨有人員監測方案，能夠高效準確地監測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現象，并及時報警，性價比高、實用性強。

（2）本項目的關鍵硬件設備綜合網絡分站，內含光纖環網交換機、監控主機、讀卡器、溫濕度傳感器、廣播對講模塊等，可在不影響企業現有視頻監控功能的情況下接入企業現有的網絡攝像機進行視頻顯示、抓拍并上傳，減少了設備之間的連接線，集成性好、性價比極高，具有一定的創新性。

（3）該產品的應用將對煙花爆竹行業防范“三超一改”和“三違”現象，提供有效的科技管理手段，對安全生產有積極作用，具有良好的社會效益。

3 結語

本系統能夠高效準確地監測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現象，并及時報警，為企業實現無障礙、無死角的全面人員跟蹤管理，尤其對防范“三超一改”和“三違”中企業員工出現超定員、超范圍、未經許可進入危險特殊場所等違規現象，提供有效的科技管理手段，實時數據遠程聯網功能為上級管理部門加強監督和管理提供了有效的科學方法和依據，可以建立以災害預防、事故救助、多級遠程綜合管理、電子信息化管理為主要目標的煙花爆竹行業信息化和智能化監管，有效增強安全監管力度。