基于安全風險管控的智能安全帽系統建設及應用

靳 帥

(國電大渡河枕頭壩發電有限公司，四川 樂山 614700)

傳統的水電企業電力生產人員配備的安全帽主要為普通安全帽，僅具備安全防護功能，缺乏對作業過程風險的實時監控和提示，安全信息智能管理缺失，對作業人員無法實現動態管理和精準定位。通過開展以安全帽為載體的智能安全帽系統建設及應用，實現安全生產的系統化、科學化、標準化和精細化管理，提高企業安全管理水平，有效防范各類意外事故的發生；建立以智能安全帽作為終端安全風險智能管控系統，通過實時動態跟蹤重要區域、重點部位人員活動情況，采集生產現場實時信息，并結合兩票管理及時發出預警信息，規范作業人員行為及時糾正錯誤，防止安全生產事故發生[1]。

1 概 述

枕頭壩水電站按照大渡河公司“智慧企業”建設總體規劃，積極開展智慧電廠建設，充分利用當前智能終端設備和智能分析技術，創新應用精準定位、近電報警等技術，實現生產人員軌跡存儲查尋、走錯間隔預警等安全管控要求，全面提升安全風險智能管控水平，建設以智能安全帽系統為基礎的安全風險智能管控系統，全面提高電廠應對外部風險能力，實現“風險識別自動化、決策管理智能化，糾偏升級自主化”為核心的智慧管理[2]。

以智能安全帽作為終端的安全風險管控平臺，是集計算機技術、通信技術、多媒體信息技術、網絡技術等為一體的后臺管控系統[3]。立足本質安全“人、機、環、管”四要素中的“人”，通過實時動態跟蹤重要區域、重點部位人員活動情況，及時發出預警信息，并采集生產現場實時動態信息，辨識出安全隱患和違章行為，并向相關管理人員及當事人及時發出預警信息，管理人員隨時掌握生產現場動態，當事人及時糾正錯誤，防止安全生產事故；當發生生產安全事故(突發事件)時，根據采集的事故信息，指導應急行動，防止事故擴大。

2 系統建設內容

智能安全帽及其后臺管控系統主要由前端智能安全帽、無線網絡系統、無線定位系統、數據服務器、解算服務器及后臺管控系統組成。智能安全帽集成有語音對講模塊、攝像頭、通訊模塊和GPS定位模塊；后臺管控系統主要對前端智能安全帽采集數據進行處理、分析和存儲以及客服端的監控和查看[4-5](見圖1)。

圖1 安全風險智能管控系統(智能安全帽)的規劃結構圖

2.1 無線網絡系統

無線網絡匯聚交換機環形堆疊后鏈路聚合到廠區的核心交換機上，AC旁掛在匯聚交換機堆疊上，接入AP的POE交換機雙歸到匯聚交換機堆疊上，智能風險管控系統的服務器根據部署位置直接接入匯聚交換機堆疊上，或接入服務器接入交換機(集群)再雙歸到匯聚交換機堆疊上(見圖2)。

圖2 無線網絡架構圖

2.2 無線定位系統

隨著無線通信技術的發展和數據處理能力的提高，無論在室內還是室外環境下，在各種不同的無線網絡中快速、準確、穩定地獲取移動位置信息的定位技術及其定位系統已經成為本系統建設的關鍵。無線定位技術領域可分為廣域定位和短距離無線定位，廣域定位可分為衛星定位和移動定位；短距離定位主要包括WLAN、RFID、UWB、藍牙、超聲波等。與室外環境相比，在室內環境中感測位置信息并且需要非?？捎^的精度是很挑戰性的，部分原因是各種物體反射和信號的分散導致。而UWB(Ultra WideBand)是室內定位領域的一項新興技術，與其他定位技術相比，它具有更好的性能，更高精度，更適用于室內定位。

智能安全帽集成有室外米級精度定位功能。當安全帽的室外活動區域具備4G網絡信號及GPS信號后，即可實現對人員的米級精度定位跟蹤。針對水電站特殊空間布置特別是地下廠房等場所，對人員精準定位等智能感知又提出了新的要求，當安全帽需在廠房、車間等室內活動區域實現對人員的定位，需先行在此區域進行無線定位系統建設，枕頭壩電站根據實際情況，在建設中選用精度最高的UWB超寬帶定位技術。UWB超寬帶定位系統整體上由定位硬件層、網絡連接層、數據解算層和應用層組成。定位硬件層是無線定位系統實現定位功能的主體部分，包括定位微基站和定位微標簽；網絡連接層用于將定位微基站采集的數據回傳到數據中心；數據解算層則是實現標簽位置計算的關鍵；應用層針對客戶的需求，完成業務層面的呈現。

2.3 系統服務器部署

智能安全帽系統服務器采用中心部署方案，如圖3所示。

在成都中心機房部署應用服務器和數據庫服務器，用于處理安全帽、APP、WEB端各項功能業務，采用雙機熱備部署，用以確保系統穩定運行和數據安全。在現場部署文件及流媒體服務器，用于存儲安全帽、web端、APP端產生的語音、圖片和視頻直播流； 在云端部署激活服務和消息服務，用于初始激活安全帽和中轉消息、GPS數據包。數據網絡鏈路采用大渡河公司MIS系統網絡，用于接受來自云端的消息、激活數據包、GPS數據包等。

圖3 智能安全帽服務器中心部署方案圖

3 系統功能應用

3.1 操作票管控功能

在管控系統選擇操作票管理，找到對應操作票后選擇操作人、監護人、下令人后，點擊開始操作，同時開始錄像，并根據操作票的間斷、轉移、結束智能錄像儲存。操作完畢后回到管控系統確認操作結束，錄像關閉數據保存一定時間。

通過生產管理系統生成正式票后，將操作票傳入管控系統，管控系統根據操作票內容應自行劃定具體操作區域。在作業中若存在跳項操作、操作人和監護人在非操作區停留一定時間時發出報警。操作時為防止監護人不到位，或操作人在監護人在場情況下擅自操作設備時，系統發出報警。操作票執行時，管理人員可在管控系統查看，時刻了解各個操作進度。

3.2 工作票管控功能應用

在現場的實際工作當中，維護和檢修最易出現習慣性違章指揮、違章作業，運行人員安全交底不到位且無法監控與追溯，在多區域或大區域作業時無法做到安全互保，因此現場出現了很多習慣性違章、安全互保不到位導致的重大事故。

針對運行人員許可工作票后安全交底沒有有效的監督手段，依靠人力現場監督作用有限且無法追溯的問題。通過系統在生產管理系統生成正式工作票后，在運行人員交底時，開啟錄像功能，并根據工作票作業區域劃分交底地點，并智能判斷交底情況，若有未交底的工作區域和安技措施設備點則報警，并記錄軌跡方便后期追溯。

工作票負責人對工作班成員進行交底時，開啟錄像功能，交底結束后運行人員返回管控系統確認交底結束關閉錄像，若有未交底的工作區域和按技措施設備點則報警；工作票每日工作內容臨時結束時，工作負責人應將工作票交回，未交回應智能報警，提醒工作負責人和運行人員；當工作負責人臨時離開，在指定臨時工作負責人員時，應將交代現場工作情況過程進行錄像，并記錄工作負責人何時離開和回歸；當工作票負責人或工作班成員變更時，管控系統應能智能分組，從新劃分工作小組，并對新近人員的工作交接和安全交底進行錄像。

3.3 運行維護巡檢管控

根據“兩票三制”中的設備定期巡回制，運行和維護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，但是現場仍存在巡回不到位情況。在系統建設中，通過在巡檢管理設置界面設置運行巡回時間、區域和次數，運行人員可在巡回時段內選擇巡回人，激活巡回功能。開啟巡回后，系統能智能檢測巡回情況，如存在巡回不到位，報警并提示哪些區域巡回不到位，在巡回時間段內重新巡檢該區域則報警消失，并關閉巡回。若巡回區域有設備作業時，智能安全帽進行提醒，并報出操作票或工作票名稱，防止巡回人員誤入工作區域發生人身傷害事故。根據現場實際需求，在巡檢管理設置界面設置了維護巡回區域，當管控系統檢測到有維護巡檢時，根據維護巡檢性質(電氣巡回或機械巡回)劃分巡檢區域，巡回結束時，智能檢測巡回情況。

3.4 特殊操作管理

根據操作票管理規定，操作條數不足3條數時，可以不寫操作票，為防止該情況下發生“誤操作、走錯間隔”設置了單步操作管理。進入單步操作管理界面，選擇操作設備，選擇操作和監護人員及下令人。此時開始錄像，當設備操作完畢后錄像結束。單步操作違章報警與普通操作一樣。為不影響事故時設備操作，需由值長進行授權。授權后錄像開始，智能安全帽報警全部開放，事故處理結束后，將所有軌跡、錄像等數據保存，以便事故調查及分析。

4 系統優化應用

為了更加有效的保障水電企業電力生產安全、作業安全，建立健全的信息系統保障運作機制，枕頭壩水電站開發了智能安全帽管理系統與安風管控系統的聯動應用開發，以安風管控系統作為源頭，智能安全帽系統響應安風管控系統的指令，實現人員同步、違章監控、工作票群組功能、UWB定位數據對接及告警等功能優化完善[6]。

4.1 人員信息同步

將安風管控系統中的人員信息自動同步到智能安全帽管理系統；當人員信息有更新時，能夠從安風管控系統同步更新人員信息到智能安全帽監控系統。

4.2 違章監控

人員發生違章作業時，由安風管控系統發起違章信息傳送，下發到智能安全帽管控系統，系統接收到的違章信息后，下發違章語音到對應人員，并開啟監控錄制視頻，將直播地址返回給安風管控系統；智能安全帽在視頻錄制完畢后，關閉直播，將視頻文件傳回到安風管控系統，實現違章記錄的存儲和追蹤。

4.3 工作票群組功能開發完善

針對工作票多區域或大區域作業時無法做到安全互保，工作負責人、工作班成員礙于客觀條件經常出現習慣性違章、習慣性指揮等問題，管控系統設置了工單組群功能。在生產管理系統生成正式工作票后，工作負責人、工作班成員形成組群，小組成員可以進行通話。當工作票交回時小組臨時解散，第二天發出時恢復組群，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，這些設置只能由運行人員完成。

在應用時，智能安全帽接收安風管控系統下發的操作票或工作票信息，將票據中相關人員組成臨時群組，群組間可互相通話；當工作開始時，打開安全帽攝像頭，可錄制整個操作期間的視頻，結束時自動關閉監控視頻，并將視頻文件命名為“作業票ID+人員姓名”保存在系統中，工作結束后，臨時群組自動解散，群組間成員不可通話。

4.4 UWB數據對接及定位告警

系統可獲取UWB定位數據，實現對現場人員實時定位，通過對系統優化，在人員界面增加室內地圖&室外地圖操作入口，實現對不同區域地圖的切換。室內地圖支持基于坐標點及半徑繪制電子圍欄和基于用戶手動畫圖方式繪制電子圍欄兩種繪制方式。歷史軌跡實現室內室外地圖自動切換功能，當軌跡從室外進入室內，自動切換到室內地圖；當軌跡從室內切換到室外，自動切換到室外地圖；室內地圖中歷史軌跡涉及到不同樓層時，自動切換對應室內地圖圖層。

同時，根據室內操作屏和機組分布，繪制適合現場使用的電子圍欄，在非工作時段禁止所有人進入，當人員進入時，下發告警到安全帽并開啟定位告警視頻錄制，將告警信息上報給安風系統；在操作票或工作票下發時，解除票據執行人、票據發生地的禁入功能，票據執行人進入作業執行點時，不觸發告警以及定位告警視頻的錄制；票據結束后，所有區域變為禁止區域，當人員進入時，進行告警和視頻錄制(見圖4)。工作票區域還可智能生成該工作票的電子圍欄，考慮到作業人員要經過其他區域，所以其他工作區域設置為延時報警(時間可調)。超范圍作業后，工作人員與管控系統同時報警提示并記錄。

圖4 UWB定位及智能告警示意圖

5 結 語

智能安全帽系統目前運行穩定，已實現替代管理人員全面管理現場安全。智能安全帽在保有原普通安全帽的保護功能的同時新增了實時視頻傳輸、GPS定位等功能，管理人員可實時動態跟蹤重要區域、重點部位人員活動情況，采集生產現場實時動態信息，并結合兩票管理及時發出預警信息，對作業人員進行實時監控提醒，可有效避免職工習慣性違章，規范現場人員作業習慣，提升現場全員標準化作業意識。