結合人員定位的兩票管理智能化應用研究與實踐

晉控電力山西長治發電有限責任公司 齊海峰 李 信 郭建斌 晉能控股山西電力股份有限公司 李慶華

晉控電力山西長治發電有限責任公司擁有山西省首臺特高壓百萬機組，該項目是山西省東南煤電基地外送電規劃項目和晉東南到荊門1000kV 特高壓重要配套電源項目。項目建設在原廠址發電廠舊址上，占地面積約1185畝、正式職工約246人，于2021年5月正式投運。廠區內搭建兩臺百萬千瓦超超臨界機組，采用直接空冷燃煤發電，配套建設煙氣脫硫、除塵及水處理系統，輸煤系統和1000kV 變送電設施。電廠建設有SIS、MIS、工業電視、門禁、仿真、智能燃料管控系統、巡點檢系統、APS、廠區安防、協同辦公、檔案管理等系統。

本本次項目建設，將結合實際制定適用于本廠的詳細規劃方案并開始實施，包括工業互聯網平臺、全廠可視化（三維虛擬電廠）、智能生產及優化控制（智能監盤及巡點檢機器人）、智能安全管理（人員定位及相關擴展功能）、智能燃料、展示中心及移動應用等。基于此項目對《結合人員定位與兩票管理》的智能化應用研究與實踐，旨在完善電廠安全管控體系，提升電廠安全系統的數字化、智能化水平，從人防到技防，實現電廠安全管理主動化提升。

1 實施意義及系統設計

智能兩票與人員定位技術在國內電廠落地實施案例豐富，兩種技術的實施應用為電廠帶來了良好的管理效益，提升了工作效率，滿足了安全管理需要，但往往兩者建設相對獨立，未能在業務和實施上進行較好的融合。

解決現場作業的人員跟蹤管理問題、解決非持票人員誤闖作業區域問題，提供技術手段打破時間與空間限制追溯不合規作業，保障重點設備或危險作業區域的人員安全管理問題。將兩者從業務功能層面進行結合，以兩票業務為主線、以人員定位技術為支持，將以往現場作業安全管理的事后追責狀況轉化為事前主動預防，實現作業人員授權檢驗、現場作業風險智能推送、執行指引、不規范作業糾偏等。系統架構的分層為智能數據采集基礎、解算層、物聯網平臺、大數據平臺、應用層（圖1）。

智能數據采集基礎。設備層由定位標簽與定位基站組成。定位標簽不僅可用于人員定位，也可為設備、資產、交通工具及生產載具提供定位服務。在本次應用中將采用應用于人身佩戴的有胸牌型及安全帽型。同時，在基站設備安裝規劃中，應根據危險分區情況，選擇相應防爆等級的定位裝備。定位基站的種類和布置應綜合考慮空間維度、通訊距離、供電方式、定位算法等因素。基站的最大通信距離從10米到200米不等，可獨立供電也可通過POE 方式供電（須配備POE 交換機）。選擇基站時還應考慮搭建速度、定位頻率、定位標簽容納量、兼容性與抗干擾性、是否支持超低功耗定位標簽等諸多因素。

解算層。通過部署不同的算法，如接收信號強度定位算法（RSSI）、非視距信道環境定位算法（NLOS）、到達時間差算法（TDOA)與雙邊測距算法（TWR）等實現人員位置的解算。同一種技術路徑、同一硬件環境下，系統的定位精度主要由解算層所部署的算法所決定。同時還可進一步采用刷新率自適應算法、高可信算法及數據清洗等復雜算法，提高人員定位系統的精度和適用性。

物聯網平臺。物聯網（IoT）是新一代信息技術的重要組成部分，是互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡。主要通過各種信息傳遞裝置與技術，結合互聯網，按照約定的協議實現信息交換和通信，用以實現人類、機器、物品的聯通。物聯網平臺負責監控設備硬件的狀態信息，如基站的實時工作情況、人員佩戴的定位標簽的電量與使用情況，設備發出的警報信息與設備報警等進行監控管理。

大數據平臺。能提供針對多源異構數據采集的完整解決方案。針對常見的關系型數據庫，要提供支持分布式部署的數據采集器；針對非結構化文件需提供可視化配置的網絡爬蟲系統。在數據傳輸方面，平臺提供分布式部署的消息隊列組件，保證傳輸的高效、安全和可靠。針對不同類型的數據提供完整的高可用和擴展性的存儲系統。通過列式存儲數據庫、分布式文件系統、內存數據庫等支撐各類結構化和非結構化數據的存儲需求。在數據訪問層，平臺需針對不同類型數據提供統一的數據訪問接口。

表1 各種定位模式的介紹

應用層。系統在建設過程中，除考慮人員定位應有的電子圍欄、人員軌跡、接收與發送警報等應用功能外，同時需考慮與兩票系統進行的業務聯動管理、監控攝像聯動、三維可視化等應用功能；定位模式選擇。根據不同區域精度要求以及場景需求，會采用不同的定位模式進行基站位置的部署。

2 關鍵技術

基于UWB 的人員定位技術：定位技術主要為軍事和民用兩部分，企業應用一般會采用民用部分：衛星定位（北斗（民用）、GPS（民用））、室內定位（WIFI、藍牙、NFC、UWB、RFID、二維碼）等。由于發電企業實際業務管理地理精度要求，推薦采用室內定位技術，本次主要采用基于UWB 技術人員定位系統。在電廠的作業區域往往環境復雜、電磁干擾嚴重，管道錯綜復雜常規的定位技術難以精準定位人員位置，如人員定位精度得不到保證，那么與業務結合的效果也將會大打折扣。與其他技術相比，UWB 人員定位的精度高、保密性好、抗干擾能力強、功耗低等優勢，特別是定位精度可達0.2～0.5m。

監控設備支持：在廠區重點區域應布置有監控攝像頭，在部署人員定位系統后，可與攝像頭進行區域信息綁定。攝像頭應支持兩票系統平臺接入，以實現兩票-定位-視頻的聯動。監控設備應兼容多類工業通信協議，如HTTP 協議、傳輸控制協議（TCP/IP)、ICMP 協議和UDP 協議等技術，通過安全設備、網絡設備等實現數據的安全傳輸及接收。

表2 多種定位技術比較

兩票智能化技術支持：兩票管理系統應具備與重要設備/區域相關聯的功能，能根據作業所屬區域自動調用重點區域電子圍欄；滿足MQTT 和TCP、websockets 的數據傳輸要求，以便即時接受現場報警或人員定位信息，快速掌握現場人員情況；同時具備良好的功能拓展性和標準數據接口，以滿足更多的軟硬件集成需求。

3 系統功能

智能化電子圍欄創建。在電子圍欄與智能兩票的建設過程中，標定重要設備與危險區域的電子圍欄，在創建與審批工作過程中自動引用對應作業區域的電子圍欄，并隨作業的流程許可、執行、掛起、終結自動根據作業狀態啟用或電子圍欄，減少工作人員的操作步驟，提高工作效率、減少人為錯誤，實現對現場無法進行物理防護的區域實現安全管控。當非授權人員步入電子圍欄區域系統會發出告警，同時記錄告警信息。

人員軌跡查詢。系統具備人員歷史軌跡查詢功能，實現記錄待定位人員的運動軌跡顯示不同的顏色，便于人員分類管理；可進行全局定位查看，在后臺電子地圖中全局化顯示和查詢區域內所有目標的位置；當人員出現長期停留等異常工況時系統進行警報并寫入歷史記錄。歷史軌跡支持跨天查詢，查詢時可生成連續的軌道信息，支持時間條的拖動，以及完整的軌跡路線圖顯示；基站與標簽管理。系統還應支持定位基站與標簽信息的管理，監控設備硬件的數量，狀態信息，基站的實時工作情況、人員佩戴的定位標簽的電量。當通過兩票業務進行人員定位聯動時，如對應的工作區域基站異常或工作人員標簽異常時，應及時出現警報信息。

兩票信息聯動。通過兩票系統與電子圍欄的業務關聯信息，提供綁定的工作作業信息與現場人員工作信息，調取工作期間作業區域內的作業人員信息統計，精確顯示作業人員動態，實時掌握作業人員、監護人員分布和活動情況，確保作業時間、位置、人數等與作業票審批內容一致。并對作業過程中出現的定位信號消失、跌落等異常情況進行報警。一旦發生作業人員或監護人員離開情況、非作業人員闖入危險作業區域情況，立即發出告警信息，生成歷史記錄。

作業區域人員管控。工作票執行時，處于作業區域的電子圍欄會對進入作業區域的人員進行甄別，如存在非作業人員誤入工作區域，定位標簽會觸發自動報警，報警信息即時回傳到工作信息中，并對相關管理人員推送報警記錄；作業實時追蹤。當工作人員進入作業區域一定時間后，兩票系統會自動進行作業標記，進入兩票系統可查看作業區域監控攝像、區域人員信息與行動軌跡，選中工作成員還會根據工作人員的定位信息，追蹤調用附近的監控攝像頭；作業歷史回顧。當安環人員需對作業進行回顧調查時，可調取已終結的工作票歷史。在歸檔的歷史中可調取作業時間內區域人員的進出情況、行走軌跡、闖入人員及歷史監控信息，便于工作抽查和作業歷史回顧。

風險預警。運行人員現場進行巡檢、試驗、切換等定期作業時，結合智能移動終端和人員定位技術，結合設備在線監測及風險數據庫配置信息，對現場人員所處位置區域的人身、設備等風險進行主動預警和智能提醒，提醒對象包括現場人員、運行值班員及值班領導，多重監管確保現場更安全。結合DCS、SIS 了解設備運行狀況和環境，杜絕現場不安全行為、設備的不安全狀態和環境的不安全因素等引發的電網、人身、設備事故的可能性。

三維可視化人員定位。通過三維建模手段建立電廠高精度、等比例的三維模型，與實際廠區布置、設備高度吻合。利用人員定位技術，在三維場景中對全廠人員進行精準定位的展示，通過重點區域覆蓋的人員定位基站及現場人員所佩戴的定位標簽，實現對整個生產區人員活動軌跡的監控及有效的安全生產管控。利用人員定位的視頻跟蹤算法，在三維看人員定位軌跡時，監控視頻角度跟隨人員進行變動。

綜上，人員定位與兩票管理的有機融合打通了安全管理人員與現場作業人員的最后一里路，告別傳統的生產人員僅依靠作業流程管理的方式，實現人員作業范圍的多維度管理。結合兩票信息和人員定位信息，明確生產人員的安全邊界，主動報警越界行為，將生產事故隱患及時消除，完成安全生產的閉環管控。