淺談選煤廠智能安全頭盔技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

紀佳玉 張賢 陳亞雄

摘要：分析了當前選煤廠中安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，認為其存在監(jiān)控手段單一、通信手段落后、缺乏實時監(jiān)護手段等問題。智能安全頭盔作為當前熱門的安全監(jiān)護技術(shù)，可以為工作人員提供實時的安全監(jiān)護服務(wù)。為了解決當前選煤廠中監(jiān)護系統(tǒng)存在的問題，對智能安全頭盔的相關(guān)技術(shù)進行了分析，認為智能安全頭盔可以作為未來保障選煤廠現(xiàn)場人員安全的一個重要手段。

關(guān)鍵詞：選煤廠安全監(jiān)護;智能安全頭盔;無線通信技術(shù);室內(nèi)定位技術(shù)

0 引言

選煤廠中洗煤工藝鏈復(fù)雜，安全生產(chǎn)管理與監(jiān)護難度較大;選煤設(shè)備種類復(fù)雜多樣，并且多為大型機械，設(shè)備運轉(zhuǎn)異常會產(chǎn)生較大的安全隱患[1]。當前，選煤廠的現(xiàn)場監(jiān)護手段是以視頻監(jiān)控為主，但這種傳統(tǒng)的監(jiān)護方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)場工作人員的安全監(jiān)護需求。智能安全頭盔作為當前熱門的安全監(jiān)護技術(shù)，在煤礦、電力系統(tǒng)、消防、安保等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[2]。將智能安全頭盔引入選煤廠的安全監(jiān)控系統(tǒng)，是解決當前選煤廠中安全監(jiān)護問題的有效措施。本文分析了選煤廠安全監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，介紹了智能安全頭盔的工作原理，對安全頭盔中采用的相關(guān)技術(shù)，包括無線通信技術(shù)、室內(nèi)定位技術(shù)和人體健康監(jiān)測技術(shù)等進行了分析。

1 選煤廠安全監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

隨著機械化與自動化水平的不斷提高，選煤廠中的危險源越發(fā)難以管控，近年來，機械傷害成為選煤廠中最嚴重的安全隱患之一。因此，選煤廠監(jiān)護系統(tǒng)的研究成為企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。

王芳[3]通過現(xiàn)場安裝的各類傳感器，實現(xiàn)了危險源的實時監(jiān)控，一旦傳感器檢測到異常，報警信息就會傳遞給上位機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效降低現(xiàn)場發(fā)生事故的風(fēng)險。

張紹先[4]介紹了馬頭洗煤廠中無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)，創(chuàng)新性地實現(xiàn)了無線遠程控制以及實時監(jiān)控的功能。

雷斌等人[5]設(shè)計的基于DCS技術(shù)的選煤廠集控系統(tǒng)，完成了對傳統(tǒng)的以PLC為技術(shù)核心的集控系統(tǒng)的替代，并且能夠?qū)崿F(xiàn)選煤廠中視頻與音頻的聯(lián)動，不僅提高了監(jiān)控水平，還提高了選煤廠各系統(tǒng)的通信能力。

張宗華[6]設(shè)計了選煤廠人員智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過現(xiàn)有的閉路監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合機器視覺技術(shù)，能夠在一定程度上對現(xiàn)場人員進行位置跟蹤與安全狀態(tài)判斷。

綜上所述，當前選煤廠的監(jiān)控系統(tǒng)是以設(shè)備和工藝等方面為監(jiān)護重點，對現(xiàn)場作業(yè)人員的監(jiān)護手段單一且效果并不明顯，人身安全難以得到保障。目前，選煤廠中的安全監(jiān)護主要存在以下問題：（1）監(jiān)護手段單一，選煤車間中雖然布設(shè)有攝像頭，但是攝像頭存在監(jiān)控死角，安全監(jiān)護還存有盲區(qū);（2）通信設(shè)備落后，雖然現(xiàn)場作業(yè)人員配有對講設(shè)備，但由于嘈雜的生產(chǎn)環(huán)境以及對講頻道干擾等因素的影響，很難保證有效的溝通;（3）缺乏對人員的實時監(jiān)護手段，一旦現(xiàn)場工作人員人身受到傷害，管理人員難以及時獲知并處理。

因此，在當前人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，建立一套科學(xué)先進且可行的人員監(jiān)護系統(tǒng)是非常有必要的。

2 智能安全頭盔

安全帽是保護現(xiàn)場施工人員頭部安全的重要手段，其通過減緩沖擊力度以及增加抗擊打能力實現(xiàn)頭部防護功能，作用比較單一[7]，已經(jīng)難以滿足當前的生產(chǎn)需要。

智能安全頭盔是以人工智能技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的智能設(shè)備，不僅兼顧了對頭部的防護功能，更是在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了人員定位、環(huán)境異常報警、實時通信、區(qū)域預(yù)警和人員身體健康監(jiān)測等功能[8-9]。智能安全頭盔一般包括中央處理器、各類數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、電源模塊等部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。智能安全頭盔通過其數(shù)據(jù)采集模塊對外部環(huán)境信息和人員的狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)由中央處理器進行處理，處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果由通信模塊上傳至上位機監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)分析后得到現(xiàn)場人員的實時信息。

以煤礦用智能安全頭盔為例。井下的作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，可能發(fā)生瓦斯?jié)舛瘸瑯撕退降任ｋU。為了保障井下作業(yè)人員的人身安全，煤礦用智能安全頭盔須具備實時定位、健康監(jiān)測、環(huán)境異常監(jiān)測、智能處理以及抗干擾等功能特點[10]。相較于復(fù)雜且危險的井下工作環(huán)境，選煤廠中的危險源相對可控，設(shè)備的機械傷害是最主要的危險因素，因此選煤廠中引入智能安全頭盔在理論和技術(shù)上是完全可行的。基于當前選煤廠中安全監(jiān)護系統(tǒng)存在的監(jiān)控手段單一，通信手段落后，缺乏實時監(jiān)護手段等問題，選煤廠智能安全頭盔應(yīng)具備人員定位功能、實時語音視頻通信功能和人員身體健康監(jiān)測功能，涉及的技術(shù)主要有無線通信技術(shù)、室內(nèi)定位技術(shù)和人體健康監(jiān)測技術(shù)等。

3 相關(guān)技術(shù)研究

3.1? ? 無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得數(shù)據(jù)的實時傳輸?shù)玫搅吮Ｕ稀Ｄ壳傲餍械臒o線通信技術(shù)主要有藍牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、超寬帶技術(shù)和蜂窩無線通信技術(shù)等[11]。

藍牙技術(shù)適用于短距離通信，一般有效通信距離不超過10 m。其優(yōu)點為可方便地接入手機等移動終端，功耗小，抗干擾能力強;缺點為有效傳輸距離較短，傳輸速率相對較低。

Wi-Fi技術(shù)的有效工作距離最遠可達100 m，數(shù)據(jù)傳輸速率可達10 Mb/s。其優(yōu)點為可以提供高速傳輸?shù)臒o延遲通信，經(jīng)濟成本較低，適用于商場、企業(yè)、辦公、家庭等多種場所;其缺點為信號傳輸過程中易受干擾。

超寬帶技術(shù)（Ultra Wideband，UWB）是通過發(fā)送和接收納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。其優(yōu)點為時間分辨率高，信號傳輸在納秒級完成;能效高，能夠在低功率下傳輸更遠的距離;抗干擾能力強。缺點是安裝成本較高。

蜂窩移動通信技術(shù)（Cellular Mobile Communication）采用蜂窩無線組網(wǎng)的方式，使終端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立無線通信。其優(yōu)點為傳輸距離遠，一般大于1 000 m;傳輸信號穩(wěn)定;傳輸速率高，5G商用通信峰值速率可達20 Gb/s。但是其缺點也十分明顯，即成本比較昂貴。