水電廠人員安全監護系統的研究與應用

葉亞林 劉育

摘要：水電站具有封閉、多層等復雜環境特點，人員日常設備巡檢、操作等作業過程安全風險高，加之安全管控大多采用人盯人，存在隨意性強、時效性差且無法量化等問題。依托先進的物聯網、UWB定位技術，研制了具有多維度感知功能的可穿戴物聯網標簽和具有高精度定位功能的分布式物聯網設備，并基于云平臺的水電站人員安全監護系統，能夠實時獲取現場作業人員的生命體征、空間位置等作業過程安全信息，為水力發電企業提供了一種可參考的現場作業過程安全風險智能化管控手段。

關鍵詞：水電站;物聯網;UWB;智能穿戴;安管管理

1 引言

目前大多數水電廠現場作業過程安全監控依靠人來實現，安全監控措施及管理辦法較為離散，且發現問題后實時處置能力隨人素質影響因素大，比如：作業人員走錯間隔生產事故和人身傷亡、因不同作業人員之間的溝通不暢造成的誤操作導致他人傷亡等事故[1-3]。因此，本課題擬結合水電廠作業環境、安全管理現狀，依托先進物聯網、智能感知等技術，開展具有多維度感知功能的可穿戴設備和系統，實現水電廠作業安全風險管控數字化、智能化。

2 系統總體設計及功能

水電廠人員作業過程安全監控安全監護系統設計，首先基于物聯網-工業互聯網技術，采用經典的工業互聯網平臺三層架構實現整體設計，涵蓋了人員定位、3D數字化、應急指揮等內容，并開發了安全監控、過程跟蹤、智能預警、語音通訊以及系統配置等安全管理功能，形成了水電站現場作業相對閉環的人員安全監護智能化系統。

2.1 系統智能設備組成

本系統主要通過集成適應于水電廠特殊環境的多種狀態感知功能的可穿戴物聯網標簽和具有高精度定位功能的分布式物聯網設備，實時獲取水電站現場人員作業過程安全風險信息，其系統設備組成如圖1所示。

（1）人員定位技術：主要采用了超寬帶（UWB）協議進行高精度定位和末端通信，定位精度不低于10cm，單超寬帶定位基站監測距離達50m，系統監測范圍可大于500萬平方米。

（2）智能穿戴設備：主要包含了手環（手表式）、智能安全帽、縛帶式（智能安全帶、智能頭燈等）等，其中手表式具有心率監測、跌落監測等功能，實現員工在核心生產區的實時定位、生命體征監測等功能;智能安全帽具備精確定位、違章提示、視頻對講等功能，實現通過自動辨識安全隱患和違章行為，及時發出預警信息。

2.2 系統主要功能

人員安全監護系統在水電廠核心生產區域和廠房中實現對現場人員的安全監護和高精度定位，具體功能包括：

（1）精確定位：復雜多徑環境中定位精度可達20厘米;

（2）生命監護：發生心率突變或超過閾值時，后臺報警;

（3）墜落報警：發生高空墜落時，后臺報警;

（4）事前警告：發生位置異常時，手環立刻震動并有文字提示，同時后臺報警;

（5）臨時布設：移動型基站無弱電施工，可以用于爐膛等封閉空間;

（6）一鍵呼救：現場人員可以通過安全手環上的緊急按鈕一鍵呼救;

（7）電子圍欄：可以分組、分人設置臨時或者永久電子圍欄;

（8）數據管理：歷史軌跡重演、歷史數據統計、歷史報警統計;

3 工程應用實例

項目以國能大渡河公司某水電站為例，結合該水電站廠房結構、設備布置等特點，依據電廠日常人員作業安全風險防控要求，針對其主廠房主變室、發電機層、電氣夾層、水輪機層、GIS室等重點區域進行了定位環境搭建，通過存在性零維定位、一維定位和二維定位相融合的業務功能需求研究，實現了該水電站主廠房關鍵場景人員精準定位，其系統設備組成如圖2所示。

該系統及相關智能設備在國能大渡河公司所屬某水電站生產現場安裝應用，實現了作業現場人員實時定位;實現了智能穿戴設備人員與系統實時通信，且管理人員可通過語音、視頻對現場施工人員進行指揮，現場人員也可時匯報現場作業情況等功能，有效地提升了現場作業人員安全監護智能化水平和形成了可追溯的數據資料。

4 結語

水電站人員安全監護平臺作為一款集成智能穿戴設備和UWB定位技術的高級應用軟件，經現場運行調試表明，它能彌補水電站現場作業人員過程管控無智能化手段而造成的人因事故，實現了水電站作業過程安全風險管控數字化、智能化，使得現場作業過程可追溯、透明化。

參考文獻

[1]沈順鈥，肖偉豪.水電廠外委工程安全管理[J].電力安全技術，2019，21（10）：10-12.

[2]余洋.水電廠運行安全管理研究[J].科技創新與應用，2017（32）：132-133.

[3]盧娟.向家壩水電廠企業標準體系建設實踐[J].水力發電，2014，40（10）：20-23.

作者簡介：

葉亞林（1984-），女，湖北黃岡，助理工程師，學士，研究方向為水電站設備管理及業務系統開發。

劉育（1989-），男，四川平昌，工程師，碩士，研究方向為水電站設備狀態監測與故障診斷技術研究。