智能硬件在高空作業(yè)場景的應(yīng)用

朱曉軍 陳鋒 張龍 郝睿 劉成

高空作業(yè)受多種因素影響，其安全問題在電廠等高危特殊環(huán)境中尤為重要。通過智能圍欄、智能安全帽、智能安全帶、智能手環(huán)、智能門禁、智能攝像頭等多傳感終端設(shè)備的使用，將工作現(xiàn)場多源信息實時采集、智能分析，實現(xiàn)對工作人員進(jìn)行違規(guī)告警、為管理人員同步異常信息，克服傳統(tǒng)安全設(shè)備無傳感、無預(yù)警、無互動的缺點，從源頭減少作業(yè)風(fēng)險，保障人身安全。

一、引言

近年來，高空作業(yè)安全事故頻發(fā)，如何開展高空作業(yè)安全防護(hù)及預(yù)警成為解決工作人員人身安全問題的重要議題。高空作業(yè)條件復(fù)雜，且安全帽、安全帶、安全服等傳統(tǒng)安全裝備無法監(jiān)測人員身體狀態(tài)如何、裝備佩戴情況、操作是否規(guī)范等，僅能提供防撞擊、防摔落的基礎(chǔ)保護(hù)。特別是在電廠環(huán)境，在登高作業(yè)的同時，需與高壓設(shè)備時刻保持安全距離，工作安全等級要求更高。隨著多傳感器模塊化、集成化的發(fā)展，整合了多種傳感器的智能終端較傳統(tǒng)設(shè)備具有精確度高、性能強、服務(wù)對象廣的特點，在不同工業(yè)場景已有大規(guī)模應(yīng)用。將目前高空作業(yè)防護(hù)領(lǐng)域使用的僅有基礎(chǔ)保護(hù)功能的傳統(tǒng)安全工具上整合多種傳感器，解決高空作業(yè)人員操作違規(guī)、不系安全帶、高空對講困難，提高作業(yè)安全水平，減少意外狀況發(fā)生，推動高空作業(yè)安全管理向智能化發(fā)展。

二、高空作業(yè)管理平臺

高空作業(yè)管理系統(tǒng)以智能圍欄、智能安全帽、智能安全帶、智能手環(huán)、智能門禁、智能攝像頭等設(shè)備為數(shù)據(jù)采集終端，通過5G基站進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸（見圖1）?；诙喾N傳感器數(shù)據(jù)，結(jié)合作業(yè)人員動態(tài)分析算法、視頻圖像識別算法等人工智能數(shù)據(jù)分析手段，判斷現(xiàn)場作業(yè)人員所處高度、運動軌跡、安全帶鎖扣情況、安全帽佩戴情況及現(xiàn)場景象，并將信息處理結(jié)果在用戶端進(jìn)行展示、互動，對現(xiàn)場工作人員違規(guī)行為進(jìn)行實時告警，提高作業(yè)操作安全水平、提高作業(yè)安全管理效率。

三、智能安全帶

智能安全帶可以實時獲取穿戴人員的位置軌跡、離地高度、安全帶卡扣連接狀態(tài)、穿戴信號等各項信息，通過與高空作業(yè)管理系統(tǒng)的通信聯(lián)動，當(dāng)有違規(guī)行為發(fā)生時觸發(fā)預(yù)警信號，及時對前方人員開展預(yù)警提醒，避免人為因素導(dǎo)致的危險事件。

（一）脫扣報警

智能鎖扣實時監(jiān)測安全帶佩戴行為，基于人員動態(tài)算法，根據(jù)人員所在位置和安全帶扣件狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)算法進(jìn)行自動分析。對高度超過2m的工作時的不合規(guī)脫扣進(jìn)行報警，提升高空作業(yè)人員的作業(yè)安全。

（二）跌落報警

通過氣壓傳感器，實時計算人員所處高度，當(dāng)檢測到人員所處高度驟降時，智能安全帶進(jìn)行跌落報警，并通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人和管理人員及時處理事故。

四、智能手環(huán)

智能手環(huán)配備氣壓傳感器、ECG檢測傳感器、5G模塊、藍(lán)牙、揚聲器、麥克風(fēng)等傳感器，人員姿態(tài)、人員坐標(biāo)可實時傳輸至高空作業(yè)安全管理平臺，多類型數(shù)據(jù)共同保護(hù)作業(yè)人員安全。

（一）高度監(jiān)測

利用先進(jìn)的氣壓傳感器精確測量作業(yè)人員所在高度，將作業(yè)人員室外高度監(jiān)測數(shù)據(jù)實時回傳至高空作業(yè)管理系統(tǒng)，并將測量結(jié)果進(jìn)行比對、修正，將高度誤差控制在厘米級。當(dāng)工作人員所達(dá)高度接近工作要求上限或臨近電廠安全距離下限時，智能安全帶進(jìn)行語音提示，防止危險行為的發(fā)生。

（二）生理監(jiān)測

通過配備的ECG檢測傳感器可監(jiān)測工作人員心率及血壓，當(dāng)觸電、跌落等意外發(fā)生時，可馬上甄別異常情況帶來的心率波動、血壓驟升，智能手環(huán)震動并將異常信息發(fā)送給高空作業(yè)管理系統(tǒng)，縮短救援調(diào)度時間。

五、智能安全帽

通過在智能安全帽上集成定位芯片、5G模塊、藍(lán)牙、高清攝像頭、揚聲器、麥克風(fēng)等傳感器，采用模塊化設(shè)計，使其與高空作業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而使智能頭盔具備視頻采集、影像回傳、人員定位、群組對講、脫帽報警等功能。

（一）視頻回傳

利用智能安全帽的高清攝像頭對現(xiàn)場情況進(jìn)行一鍵拍錄，可通過WIFI/4G/5G實時遠(yuǎn)程回傳至邊緣計算裝置，供系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場情況智能分析判斷。

（二）人員定位

智能安全帽配備北斗及UWB芯片，實現(xiàn)作業(yè)人員室內(nèi)外精準(zhǔn)位置信息數(shù)據(jù)實時回傳至邊緣計算裝置，實時記錄軌跡并與設(shè)定路線對比，離軌或越界時智能安全帽進(jìn)行語音提示。

（三）群組對講

作業(yè)人員可通過智能安全帽與管理人員進(jìn)行實時遠(yuǎn)程語音通信，包括語音通話和組內(nèi)對講，解決高空作業(yè)時溝通困難的問題。

六、智能圍欄

智能圍欄是規(guī)避作業(yè)安全問題的第一道防線，通過在實體鋼絲圍欄上增加紅外線傳感器、定位芯片、5G模塊、藍(lán)牙、揚聲器、告警燈等模塊，使其與高空作業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)現(xiàn)場違規(guī)行為聲光告警，并將異常情況及時通知管理人員的目的。

（一）非法進(jìn)入告警

當(dāng)紅外線傳感器檢測到發(fā)生非法翻越圍欄時，智能圍欄在現(xiàn)場進(jìn)行聲光報警，同時通知現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、向管理中心發(fā)送報警信息，管理人員處理異常后，報警停止。

（二）非法移動/拆除告警

當(dāng)智能圍欄鐵絲有人體、器械接觸，或定位設(shè)備監(jiān)測到圍欄位置發(fā)生變化偏離系統(tǒng)設(shè)定位置，經(jīng)管理平臺人工智能算法判定為非法接觸、移動、破壞、拆除圍欄時，啟動一級語音播報和閃光報警，并自動向管理人員發(fā)送報警信息。在管理界面顯示報警的具體位置和類別，在方便工作人員及時處理警情、提高處警的及時性，保護(hù)了處警人員的安全。

七、智能門禁

智能門禁卡配備RFID識別標(biāo)簽，閘機通過讀取RFID中的配置信息對人員進(jìn)行放行或禁入提醒。

智能圍欄通過識別作業(yè)人員配備的智能門禁卡進(jìn)行人員識別，工作人員將門禁卡貼近識別設(shè)備閘機時，對于可在準(zhǔn)入時段、準(zhǔn)入?yún)^(qū)域進(jìn)入圍欄的已授權(quán)作業(yè)人員進(jìn)行放行，對應(yīng)人員可合法進(jìn)入圍欄區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)。

八、結(jié)束語

高空作業(yè)管理系統(tǒng)通過智能圍欄、智能安全帽、智能安全帶、智能手環(huán)、智能門禁、智能攝像頭的使用，利用多種傳感器充分獲取現(xiàn)場實時情況，重點關(guān)注人員高度數(shù)據(jù)、心率等生理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全天候、全方位、全流程的智能化作業(yè)安全管理工作。邊緣計算設(shè)備的使用，通過對不規(guī)范操作行為進(jìn)行預(yù)先提醒，可避免重大事故發(fā)生。智能終端的使用不僅提高了管理人員工作效率，更達(dá)到現(xiàn)場工作事前提醒、事中告警、事后求救的全流程自動管控，降低作業(yè)安全風(fēng)險，真正實現(xiàn)以人為本的安全工作理念，為電廠高空作業(yè)提供完備的作業(yè)安全解決方案。

作者單位：寧夏英力特化工股份有限公司熱電分公司