定位技術在海油碼頭安全生產管理中的應用

白 浩，宋金標

（中海油能源發展裝備技術有限公司南海工程分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

隨著衛星定位及通信技術的發展，新興的無線網絡技術，如Wi-Fi、ZigBee、GPS、北斗、藍牙和超寬帶等，在企業、交通、工廠等得到了廣泛應用[1]?？纱┐骷夹g作為一個新興領域，在和定位設備集成方面處于探索應用階段，如何將定位技術應用到作業安全管理中去，是此次研究的重點內容[2]。海油碼頭工作環境復雜，目前在作業安全管控方面缺少對作業人員的邊界區域安全管控，在涉及危險區域、授權區域及作業過程中缺少監控手段[3]。因此，將從面臨的問題、技術方案及預期成效等方面展開討論。

1 企業安全生產管理面臨的問題

當前海油碼頭生產作業包括項目實施、作業管理、車輛調度等。項目實施指通過項目人員對作業現場的巡視，能夠及時掌握項目的實施情況，在第一時間發現項目存在的缺陷；作業管理是現場涉及安全區域、受控區域、人身傷害區域的管控，實時了解受控區域的人員狀態；車輛調度是項目人員實時了解作業區域的車輛狀態及運行狀態，便于車輛調度及作業計劃[3]。由于傳統的生產現場作業受限于技術水平，作業人員的安全防護難以得到全面保障。企業廠區人員、車輛管控多以巡視、廣播、電話、信息等方式，難以主動感知、及時了解信息，容易造成因信息回復不暢造成的人身傷害。

基于人員、車輛的廠區位置管理信息是企業安全生產的需要。一是作業人員管理的需要：在危險作業及管控時，只能在特定的作業時間及作業區工作或逗留，不得擅自跨越安全圍欄，一旦誤入應立即進行告警；二是作業安全管理的需要：碼頭廠區危險源和危險地帶有時不易辨識，操作區域多，注意事項比較多，為了保障作業場所的安全，防止工作人員受到傷害，需要強化現場作業人員精準定位研究，杜絕現場安全事故的出現。定位技術的應用能夠對廠區作業區域進行精確劃分，一旦出現逾越工作區域的狀況，系統會進行告警[4]。

2 定位技術的研究應用

結合位置定位技術及可穿戴技術的特點和優點，針對海油碼頭現場作業情況，進行可穿戴式定位終端設備及車輛位置信息的技術方案設計，解決位置定位信息及可穿戴式作業安全管控的技術問題。

2.1 定位技術的研究及技術路線選擇

海油碼頭現場環境復雜，項目開展多、設備多，需要針對性確定合理的定位方案。

（1）通常情況下，基于紅外線的定位技術精度有限，一是紅外線傳播有效距離較短，難以穿透障礙物；二是實際應用中容易受室內布局以及燈光等因素的影響，因此定位成本相對較高，應用范圍受限。

（2）RFID（Radio Frequency Identification System，射頻識別）技術在應用中傳播范圍相對較大且成本低廉，但是其缺點在于作用距離短，一般為幾十米。另外，射頻識別技術不具備通信能力，單純依賴該技術難以進行室外定位，因此大多與其他輔助技術相結合應用[5]。

（3）藍牙定位技術具有較高的安全性，通常來說藍牙裝備體積較小、能耗較低，具有較好的成本優勢。當前，諸多智能終端已經集成了藍牙模塊，具有較好的適用性和推廣功能。需要注意的是，在實際應用中藍牙定位技術抗干擾能力不強，有效通信范圍較小，在外界噪聲的干擾下定位精度不佳。

（4）定位技術最成熟、應用最廣的是移動定位服務，GPS 和北斗高精度定位技術成熟，適合大面積的戶外廠區應用。設備兼容性及設備的應用性越來越廣，對人體的輻射和可穿戴設備的集成越來越多，體積及設備也可以定制化。

結合碼頭作業環境分析，廠區區域面積大且內部復雜，安全距離小，要求定位精度在米級，因此基于移動定位服務的北斗定位技術可以滿足要求。

2.2 定位技術應用面臨的問題

（1）位置定位信息與可穿戴設備的集成。位置定位信息結合可穿戴技術對于裝置設備的小型化、微型化以及異構化程度要求極高，此外，為了更好地提升設備裝置的傳感性能和交互水平，需要不斷提升軟硬件的交互水平。研究位置定位技術、可穿戴設備、廠區運檢設備的感知、計算和交互實現技術的集成化方法，增強位置定位可穿戴設備功能，在此基礎上進一步弱化可穿戴設備對自身硬件能力的依賴。

（2）位置定位信號的干擾對信息傳輸的影響及穩定性保障方法。在生產作業現場，電磁干擾可通過輻射、傳導兩種方式對位置定位信息傳輸產生影響。同時移動信號的強弱等也會對位置定位信息的獲取產生影響。因此，可以通過基站改善信號強度，提高其防干擾性能。

3 定位技術建設方案

根據作業現場中各類業務的需求情況，安裝相應的位置定位可穿戴式作業設備及系統平臺，除了實現多種功能和形態的可穿戴式作業設備的微型化和集成化，還需要深入研究并實現位置定位可穿戴設備的安全防護技術，并開發相應的可穿戴設備數據采集與管理系統服務平臺，定位系統如圖1 所示。

圖1 定位系統示意

在方案集成時，設計合理的硬件實現方案和軟件系統方案，確保設備的可穿戴性和安全防護能力，并且能夠保證外界干擾環境下的信號處理以及豐富的參數檢測功能，有利于現場作業效率的提高和相關設備的維護。

3.1 實現方式

基于北斗位置信息服務的高精度定位管理平臺應用差分定位原理，通過地基增強基站和終端同時接收衛星信號，使用無線傳輸技術將基站觀測數據和基站準確坐標實時傳輸至終端，利用基站和終端之間空間信息的相關性，在終端上實現實時差分計算，再通過無線傳輸技術將差分定位結果傳輸至差分服務器，與高精度地圖數據融合，實現人員、車輛的亞米級車道高精度定位與服務。監管平臺可查詢人員、車輛的實時位置信息。監控平臺在電子地圖上顯示人員、車輛位置信息。

3.2 技術原理

原始數據經基站差分系統接收后，需要對其進行分析處理，并采用標準RINEX 格式記錄觀測數據，其優勢在于既能夠將數據文件直接儲存到本地計算機，又能夠根據用戶設定的要求定期上傳到服務器。通常情況下，差分數據由控制中心統一發布。當流動站用戶進行高精度定位操作時，可基于4G 網絡獲取控制中心的差分數據。除此以外，基站差分系統還能夠為用戶提供基準站接收機管理等其他功能，滿足用戶的多樣化需求?？傮w來說，其優勢主要體現在以下5 個方面：

（1）多用戶：一個固定的基準站能夠支持多個流動站的差分服務，且支持大數據并發功能。

（2）高精度：基準站不僅可以提供后處理原始數據，還能夠發布實時高精度載波相位差分信號，滿足用戶的定位精度需求。

（3）多通信方式：原始數據也可以通過互聯網下載。

（4）差分覆蓋面廣：基于4G 網絡能夠確保差分信號的高質量傳輸，確保用戶接收信號的有效性、實時性和完整性。

（5）組網便捷：通常情況下一個或多個以上的基準站均能正常工作。

3.3 功能方案

可穿戴定位設備集成，將北斗定位裝置和安全帽設備集成，采用磁片吸附的方式將設備集成到安全帽上面。人員的安全帽上裝有定位裝置，定位裝置實時向數據中心傳遞人員的位置信息，數據中心在區域地圖上展示人員位置信息，并且每隔一段時間記錄人員位置信息，方便查看人員的行動軌跡信息。各個重點區域或者受限區域攝像頭監控是否有人員進入，通過人員定位判別哪些人員違反規定進入了受限區域。車輛定位通過安裝被動車載定位裝置，將位置信息通過4G 模塊傳輸至數據采集服務器，結合地圖信息實時顯示車輛的運行區域及狀態，還可以結合移動應用實現車輛調度及安全管理。

4 應用及建設成效分析

本項目建立基于北斗技術的可穿戴式定位及車載定位的安全生產管控系統，實現人員、車輛的安全防護預警及管控。同時將可穿戴技術應用在電力作業現場安全防護中，能夠方便快捷地監視作業人員的工作狀態以及作業范圍，并通過報警等方式及時提醒作業人員，最大程度上規避安全事故的發生，消除安全隱患，具有較好的適用性和可推廣性。作業人員使用可穿戴設備，當擅自跨越安全圍欄、誤入管控區域、與設備小于安全距離等立即進行語音告警，及時制止違章行為，防止安全事故的發生。

項目研究成果如得到規?；茝V應用，能夠大大提高生產作業的安全性、便捷性和高效性，而且通過規?；茝V應用獲得經濟效益。進一步研究位置定位信息和可穿戴式作業安全管控監測設備及系統的在線監控與分析，從而降低企業的安全風險，提高工作效率，間接提高企業的經濟效益。

5 結束語

隨著信息化、智能化、數字化技術的快速發展，企業生產安全的管控手段越來多樣化，但是以人為本，減少安全事故是企業生產的永恒主題。因此在探索基于新技術應用的作業管理方面，緊緊圍繞生產需求，解決企業問題，發揮更大價值。但技術的應用和實際業務需求之間需要通過實踐的積累和完善才能發揮作用，本文研究的技術在特定范圍內還存在一定局限線性，在應用的實際效果方面還需進一步驗證。