安全帶式室內定位與行為管理系統助力安全生產*

李紅斌

(中天鋼鐵集團(南通)有限公司， 江蘇 南通 226100)

引 言

高處墜落事故是生產現場較為頻發的生產安全事故類型之一，且對生產人員造成的傷害較為嚴重。據可靠數據統計，2018年，全國房屋市政工程生產安全事故按照類型劃分，高處墜落事故383起，占總數的52.2%；2019年，高處墜落事故增加到415起，占總數的53.69%。高處墜落事故年年頻發，給個人、家庭、企業乃至國家帶來了巨大的生命財產損失和負面影響。

高處作業所面臨的作業環境相對較復雜，尤其是在生產企業，高處作業場所的作業平臺等外部防護措施往往很難達到標準規范的要求，大多數情況下沒有足夠的空間和條件用來搭設可靠的高處作業平臺。同時，基于當前的生產安全管理水平現狀及作業人員個體素質等原因，高處作業的現場管理以及作業人員個人防護等方面也很難做到萬無一失，也是導致高處墜落事故頻發的一個因素，無法得到有效的遏制。因此，需要通過智能穿戴設備對人員行動路線及其生產操作行為進行感知與監控，從而加強對其危險行為的管控。

1 系統簡介

通過相關技術研發，在現有的全身式安全帶基礎上，引入基于MEMS的室內慣性導航技術實現人員空間定位，并以此為基礎實現了低功耗邊緣計算、基于5G物聯網的遙距通信以及基于GNSS(GPS+北斗)技術的廣域定位。通過智能穿戴終端與相關管理系統的研發與應用，實現了運動行為、人體監測、空間定位、鎖扣狀態檢查、無線測距、電池電量監測、異常情況聲光報警、近距離無限通信功能、遠程通信和遙測遙控功能。系統框架如圖1所示。

圖1 安全帶式室內定位與行為管理系統

1.1 系統具有的控制單元

1)運動行為單元：通過內嵌于全身式安全帶的MEMS芯片，獲取笛卡爾坐標系下的空間加速度信息，從而實現運動速度、行為特征的分析。

2)人體監測單元：采用人體紅外傳感器或人工操作按鈕等功能，監測人員佩戴情況。通過安裝三軸向陀螺儀芯片，準確追蹤快速與慢速動作，實時監測人員運動情況。

3)空間定位單元：基于MEMS加速度計，通過歐拉角坐標變換和四元數姿態矩陣，實現空間運動學解構，獲取被測人員在作業場景中的空間位置，如圖2所示。

圖2 空間定位單元工作原理

4)鎖扣檢測單元：終端設備的鎖扣采用線纜連接，扣鎖即進入線路導通模式(類似于微動開關工作原理)。

5)無線測距單元：采用聲波測距，監測人員距離作業平臺的高度。

6)供電管理單元：根據終端設備體積、使用環境(尤其溫度)、安全和環保要求情況，采用堿性5號干電池。安裝電源電壓監測，在缺電時可提示用戶并上報至服務器端。

7)提示功能：終端設備支持源蜂鳴器管理功能，實現聲音提示功能。終端設備支持多組LED指示燈，表明異常單元情況。

8)主動報警機制：通過狀態更迭算法和預警報警機制，通過短信、郵件、微信公眾號等多種方式實現報警或訂閱消息的實時主動觸達機制。

1.2 管理細節

移動端和PC端在綁定用戶賬戶后，可通過安全訪問機制實現遠程訪問查詢和控制管理功能，實時監控使用者的使用信息，便于及時發現違章行為并予以糾正。

通過無線測距功能，實時監測使用者所處作業高度。在使用者作業高度達到一定范圍之后，若依然未使用安全帶，將通過源蜂鳴器、警示燈對使用者進行警示，促使其規范佩戴安全帶。

通過移動端和PC端近距離無限通信、遠程通信和遙測遙控功能實現遠程監控，實時監控高處作業人員作業高度、運動狀態以及安全帶的使用與否等動態，顛覆傳統的人盯人監管模式，以更加可靠的機器來取代人力，達到全方位、全天候、全過程監管，消除管理盲區。

當前高處作業人員大多文化素質較低，接受能力較差，在高處作業的過程中，存在習慣性違章和理解誤區，總是認為安全帶的使用影響了工作的正常開展，影響了施工進度，因此，存在不佩戴安全帶或是已穿戴但安全帶鎖扣不扣的現象。

另外，因高處作業場所特殊、環境復雜，給現場管理人員的安全監管帶來較大不便，存在安全監管盲區，同時，也給監管人員自身安全帶來隱患。如何確保所有人員能夠自覺規范地佩戴和使用安全帶，也是作為專職安全管理人員一直在思考的問題。

2 結束語

安全帶式室內定位與行為管理系統的使用可以極大地減少因常規管理方式導致的監督管理不到位以及使用者圖省事、怕麻煩等僥幸心理未能規范使用安全帶而導致的安全事故。后期，隨著海量設備狀態數據的采集和分析，可以形成更多的安全管理機制模型，逐步實現通過物聯網、人工智能等數字技術手段的精細化安全生產管理機制。