水電站單兵作業風險管控系統研究與應用

［關鍵詞］水電站；單兵作業；生產風險管控；智能化

在水電站運營管理中，巡檢工作一直是確保設備安全、預防事故的重要環節。然而，傳統的人工巡檢方式存在著諸多不足，如人為因素多、管理成本高、無法監督巡檢人員工作狀態等缺陷。隨著電廠規模的擴大和設備數量的增加，傳統巡檢方式的局限性日益凸顯，迫切需要一種更高效、智能化的巡檢系統來應對挑戰。引入單兵系統及先進技術是解決當前問題的有效途徑。結合云計算、5G、大數據等先進技術，可以構建一體化云網基礎設施，為單兵系統建設提供強有力的保障，從“云、網、端”三位一體安全融合的架構演進，推進電站數字化、智能化發展。文章主要通過探討水電站單兵作業風險管控系統的研究與應用，以提高電站安全系數，提升系統運轉效率和準確度，降低失誤率，從而為水電站運營管理帶來新的突破和提升。

1 技術路線與關鍵技術

1.1 UWB定位技術在水電站安全監管中的應用

UWB（超寬帶）定位技術作為一種全新的定位技術，在水電站安全監管中展現出巨大的應用潛力。該技術利用超寬帶脈沖信號進行通信和定位，具有極高的定位精度和抗干擾能力，適用于室內、復雜環境下的定位場景。UWB定位技術能夠實現對水電站人員、設備等關鍵目標的精準定位。通過布署錨節點和標簽節點，結合三角定位或“指紋”定位方式，可以實現對電站內各個區域的實時定位，包括主副廠房、發電機層、水輪機層等重要區域，保證作業人員的安全和設備的正常運行。同時，UWB定位技術還能夠結合安全風險管控系統，實現對危險區域的快速識別和監管。通過設定電子圍欄和安全警戒區域，當人員接近或進入危險區域時，系統能夠實時發出本地和遠程預警提示，有效預防事故發生，保障人員安全。

另外，UWB定位技術還可用于巡檢任務的規劃與管理。結合歷史軌跡查詢和實時軌跡跟蹤功能，系統可以對巡檢人員的行動軌跡進行記錄和分析，及時發現巡檢盲區和漏檢現象，提高巡檢效率和準確性。

1.2 感知智能技術的作用與優勢

（1）實時環境感知。感知智能技術能夠通過傳感器等設備實時感知水電站內部的環境信息，包括溫度、濕度、氣體濃度等，幫助監測潛在的安全隱患和異常情況。

（2）智能分析預警。基于感知智能技術的數據采集和分析，系統可以自動識別異常情況，并實時發出預警通知。例如，對于溫度異常或氣體泄漏等情況，系統能夠及時發出警報，提醒相關人員采取相應的安全措施。

（3）智能巡檢與作業協同。感知智能技術可以與巡檢設備、機器人等智能設備相結合，實現對水電站設備的智能巡檢和作業協同。通過自主感知、規劃路徑、執行任務等功能，提高了巡檢和作業的效率和準確性。

（4）數據驅動決策。感知智能技術能夠實現對大數據的采集、分析及挖掘，為水電站管理者提供數據驅動的決策支持。通過對歷史數據的分析和預測，可以更好地指導安全管理和生產運營，降低風險并提高效率。

（5）遠程監控與指揮。基于感知智能技術的系統可以實現對水電站的遠程監控和指揮，管理人員可以通過網絡平臺實時查看設備狀態、環境信息等，并進行遠程指揮和應急處理，提高了對水電站安全生產的監管能力。

2 系統設計與實現

2.1 系統設計

在水電站單兵作業風險管控系統的開發過程中，需要對系統進行全面而深入的設計，包括系統架構、模塊設計、數據流程、用戶界面等方面。

在系統架構設計上，確定系統的整體結構和組成部分，包括前端用戶界面、后端服務器、數據庫等模塊的劃分和組織，確定系統各個模塊之間的交互方式和通信協議，確保系統整體運行的穩定性和可靠性。系統架構拓撲如圖1所示。

在模塊設計方面，主要包括了功能定義、輸入輸出、數據處理流程等方面。每個模塊的設計應符合單一職責原則，保證模塊之間的獨立性和高內聚性，便于后續的開發和維護。

用戶界面設計主要包括各個功能模塊的界面布局、交互方式、操作流程等設計，注重用戶體驗和界面友好性，確保用戶能輕松地使用系統進行操作。

在安全性上，重視系統的安全機制和控制策略設計，保護系統的數據和功能不受未授權訪問和惡意攻擊，包括身份認證、權限管理、數據加密等方面的設計，確保系統的安全性和穩定性。

最后進行性能優化設計，設計系統的性能優化策略，提高系統的運行效率和響應速度，包括對系統進行性能測試和優化，確保系統能夠滿足高并發、大數據量等場景的需求。

2.2 系統實現

本系統采用以巡檢人員智能型工作記錄儀設備為載體，與作業風險管控監督管理系統相結合，實現電站作業現場和遠程專家（指揮者、管理者或調控中心等）之間的影像實時傳輸，迅速將分散于公司內甚至更遠的專業技術人員、管理人員匯聚到一個平臺，實時進行監督、交流及指揮。融合精準定位、視頻聯動、歷史軌跡、智能巡檢到點到崗、自動化巡檢任務確認、巡檢報告輸出等功能對電站內巡檢進行現代智能化管理，使得水電站安全系數顯著提高，提高系統運轉效率和準確度，降低運營成本，降低失誤率。

3 應用場景與前景

3.1 安全生產風險管控、分析及預警的應用場景

（1）巡檢作業安全管理。在水電站的巡檢作業中，巡檢人員可能面臨各種潛在的安全風險，如高空作業、密閉空間進入等。該系統可以通過UWB定位技術實時監測巡檢人員的位置信息，并結合感知智能技術對巡檢作業過程中的安全行為進行分析和評估，及時發現和預警潛在的安全風險。

（2）設備運行異常監測。水電站設備的異常運行可能導致安全事故的發生，如設備過熱、漏電等。通過該系統可以實時監測設備的運行狀態，利用感知智能技術對設備運行狀態進行分析和診斷，及時發現設備的異常情況并預警，以避免安全事故的發生。

（3）作業人員行為管理。在水電站的作業現場，作業人員的行為可能影響到安全生產的進行，如違規操作、超時作業等。該系統可以通過UWB定位技術實時監測作業人員的位置信息，并結合感知智能技術對作業人員的行為進行實時監管和評估，及時發現和糾正不安全的行為。

（4）安全事故追溯與分析。一旦發生安全事故，及時進行事故追溯與分析對于防止類似事故再次發生具有重要意義。該系統可以通過記錄和分析歷史數據，對安全事故進行追溯與分析，找出事故的根源，并提出相應的改進措施和預防措施，以提高安全生產水平。

（5）安全預警與應急響應。在水電站的運行過程中，可能會面臨各種突發情況，如設備故障、自然災害等。該系統可以通過實時監測和分析數據，提前發現可能存在的安全風險，并及時發出預警信號，以便進行相應的應急響應和處置，最大程度地減少損失和危害。

3.2 項目轉化前景與影響

水電站單兵作業風險管控系統的研究與應用將對水電站的安全生產管理產生深遠影響，并在未來帶來廣泛的轉化前景。

（1）提升水電站安全生產水平。該系統的應用將有效提升水電站的安全生產水平。通過實時監測、分析及預警，能夠及時發現和處置潛在的安全風險，降低事故發生的可能性，保障水電站的安全穩定運行。

（2）減少人為因素影響。傳統的安全監管方式通常依賴人工巡檢和管理，存在漏檢、誤檢等問題。而該系統的應用能夠減少人為因素的影響，通過自動監測和智能分析，提高安全監管的準確性和可靠性。

（3）提高工作效率。該系統的應用將大幅提高水電站的工作效率。通過自動化巡檢、實時監管和預警，能夠減少人力資源的浪費和重復勞動，提高工作效率和生產效益。

（4）推動智能化發展。該系統的研究與應用將推動水電站的智能化發展。通過引入先進的UWB定位技術和感知智能技術，實現了對安全生產的智能監管和管理，為水電站的智能化轉型提供了技術支持和示范。

（5）提高企業競爭力。水電站作為重要的能源供應單位，安全生產管理的水平直接影響到企業的可持續發展和競爭力。該系統的應用將提高水電站的安全生產管理水平，增強企業的市場競爭力和社會形象。

4 效益分析

4.1 管理效益

4.1.1 安全監管價值

（1）實時監測與預警。系統通過實時監測水電站各個區域的人員活動和設備運行情況，能夠及時發現潛在的安全風險并進行預警，提高了安全監管的及時性和準確性。

（2）精細化管理。結合UWB定位技術和感知智能技術，系統能夠實現對人員巡檢路線的規劃和監督，對重要作業區域進行實時監督，實現了安全監管的精細化管理。

4.1.2 生產管理價值

（1）生產運營優化。系統可以對生產人員進行合理調配，科學安排巡檢和維護任務，優化生產運營流程，提高生產效率和資源利用率。

（2）故障診斷與處理。系統能夠對設備運行參數進行實時監測和分析，及時發現設備故障和異常情況，并進行遠程診斷和處理，降低了設備故障帶來的停機損失和維修成本。

4.2 經濟效益

在水電站單兵作業風險管控系統的應用中，經濟效益體現在多個方面：①通過引入單兵系統及先進技術，可以提高生產運轉效率。系統的智能化監管和管理能力能夠有效減少人力資源的浪費，優化生產流程，從而降低運營成本。②該系統提供了對現場危險場景的實時監測和預警，大幅降低了事故發生的概率，減少了因事故造成的生產中斷和損失，進而提升了生產的穩定性和持續性，對企業的經濟效益有著顯著的正面影響。③該系統提高了人身安全保障價值，為現場工作人員提供了更加安全可靠的工作環境，減少了因事故導致的人身傷害和相關醫療費用，從而降低了企業的人力資源成本。

4.3 研究效益

研究過程中，對UWB定位技術和感知智能技術的應用進行了深入探索，推動了相關技術在水電站安全監管領域的應用與發展，為行業技術的進步提供了新的思路和方向。通過技術研究，解決了水電站巡檢工作存在的實際問題，如安全監管不到位、巡檢效率低下等，為提升水電站管理水平和安全生產水平提供了有效的技術支撐。

研究過程中提出的基于云計算、5G、大數據等先進技術的應用，促進了水電站信息化發展，實現了對生產數據的智能化分析和利用，為提升管理效率和生產運營水平奠定了基礎。

通過系統設計與實現階段的工作，將智能化管理理念落地實施，為水電站管理模式的升級和轉型提供了可行性方案和示范。

5 結束語

水電站單兵作業風險管控系統的研究與應用是當前信息化、智能化發展的重要方向之一。通過對UWB定位技術和感知智能技術的深入研究與應用，可解決水電站巡檢工作中存在的諸多問題，提升管理效率和安全生產水平。水電站單兵作業風險管控系統的實施不僅為水電站安全管理提供了有效的技術手段和解決方案，也為相關領域的技術創新和發展提供了重要的參考和借鑒。未來，需將繼續深化技術研究，不斷優化系統設計與實現，探索更多的應用場景與前景。同時，也將加強產、學、研合作，促進學術界與實際應用之間的深度交流與合作，共同推動水電站安全管理水平的提升和信息化、智能化發展的進步。