淺談選煤廠智能安全頭盔技術的現狀與發展

紀佳玉 張賢 陳亞雄

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

關鍵詞：選煤廠安全監護;智能安全頭盔;無線通信技術;室內定位技術

0 引言

選煤廠中洗煤工藝鏈復雜，安全生產管理與監護難度較大;選煤設備種類復雜多樣，并且多為大型機械，設備運轉異常會產生較大的安全隱患[1]。當前，選煤廠的現場監護手段是以視頻監控為主，但這種傳統的監護方式已經難以滿足現場工作人員的安全監護需求。智能安全頭盔作為當前熱門的安全監護技術，在煤礦、電力系統、消防、安保等領域發揮著重要的作用[2]。將智能安全頭盔引入選煤廠的安全監控系統，是解決當前選煤廠中安全監護問題的有效措施。本文分析了選煤廠安全監控系統研究現狀，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技術，包括無線通信技術、室內定位技術和人體健康監測技術等進行了分析。

1 選煤廠安全監控系統研究現狀

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，選煤廠監護系統的研究成為企業安全生產的重要保障。

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

張紹先[4]介紹了馬頭洗煤廠中無線通信技術與物聯網技術相結合的監控系統，創新性地實現了無線遠程控制以及實時監控的功能。

雷斌等人[5]設計的基于DCS技術的選煤廠集控系統，完成了對傳統的以PLC為技術核心的集控系統的替代，并且能夠實現選煤廠中視頻與音頻的聯動，不僅提高了監控水平，還提高了選煤廠各系統的通信能力。

張宗華[6]設計了選煤廠人員智能視頻監控系統，通過現有的閉路監控系統，結合機器視覺技術，能夠在一定程度上對現場人員進行位置跟蹤與安全狀態判斷。

綜上所述，當前選煤廠的監控系統是以設備和工藝等方面為監護重點，對現場作業人員的監護手段單一且效果并不明顯，人身安全難以得到保障。目前，選煤廠中的安全監護主要存在以下問題：（1）監護手段單一，選煤車間中雖然布設有攝像頭，但是攝像頭存在監控死角，安全監護還存有盲區;（2）通信設備落后，雖然現場作業人員配有對講設備，但由于嘈雜的生產環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護手段，一旦現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網技術飛速發展的背景下，建立一套科學先進且可行的人員監護系統是非常有必要的。

2 智能安全頭盔

安全帽是保護現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頭部防護功能，作用比較單一[7]，已經難以滿足當前的生產需要。

智能安全頭盔是以人工智能技術與物聯網技術為核心的智能設備，不僅兼顧了對頭部的防護功能，更是在此基礎上實現了人員定位、環境異常報警、實時通信、區域預警和人員身體健康監測等功能[8-9]。智能安全頭盔一般包括中央處理器、各類數據采集模塊、通信模塊、電源模塊等部分，其結構圖如圖1所示。智能安全頭盔通過其數據采集模塊對外部環境信息和人員的狀態進行數據采集，采集的數據由中央處理器進行處理，處理后的數據結果由通信模塊上傳至上位機監控系統，經分析后得到現場人員的實時信息。

以煤礦用智能安全頭盔為例。井下的作業環境十分復雜，可能發生瓦斯濃度超標和塌方等危險。為了保障井下作業人員的人身安全，煤礦用智能安全頭盔須具備實時定位、健康監測、環境異常監測、智能處理以及抗干擾等功能特點[10]。相較于復雜且危險的井下工作環境，選煤廠中的危險源相對可控，設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上是完全可行的。基于當前選煤廠中安全監護系統存在的監控手段單一，通信手段落后，缺乏實時監護手段等問題，選煤廠智能安全頭盔應具備人員定位功能、實時語音視頻通信功能和人員身體健康監測功能，涉及的技術主要有無線通信技術、室內定位技術和人體健康監測技術等。

3 相關技術研究

3.1? ? 無線通信技術

無線通信技術的快速發展，使得數據的實時傳輸得到了保障。目前流行的無線通信技術主要有藍牙技術、Wi-Fi技術、超寬帶技術和蜂窩無線通信技術等[11]。

藍牙技術適用于短距離通信，一般有效通信距離不超過10 m。其優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技術的有效工作距離最遠可達100 m，數據傳輸速率可達10 Mb/s。其優點為可以提供高速傳輸的無延遲通信，經濟成本較低，適用于商場、企業、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（Ultra Wideband，UWB）是通過發送和接收納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據。其優點為時間分辨率高，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（Cellular Mobile Communication）采用蜂窩無線組網的方式，使終端與網絡設備之間建立無線通信。其優點為傳輸距離遠，一般大于1 000 m;傳輸信號穩定;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。