可穿戴安全监控设备技术研究与应用

唐冬来　倪平波　胡州明　罗刚　黄璞

摘 要：基于国家电网公司现场作业人员安全管理方向，结合智能安全监控技术，提出可穿戴安全监控设备技术研究与应用，以信息化支撑现场作业人员安全管理，提高工作效率和工作质量，从而达到提高现场作业人员安全管理水平的目标。本文首先简述了可穿戴安全监控设备由集成在安全帽上的安全监控设备、智能指挥调度系统、便携式指挥平板三部分构成。可穿戴安全监控设备实时采集电力现在作业人员视频数据、音频数据、环境参数和人员生理指标数据，同时需要将这些信息通过无线通信方式实时传输到指挥监控中心，方便调度指挥中心人员实时掌握现场的工作环境和人员情况，有效的管理现场作业人员，降低现场作业风险，提供现场作业工作效率。然后介绍了系统建设及应用中的关键点，最后展望系统扩展对相关业务的支撑，旨在探讨电力行业及其他行业应用可穿戴安全监控设备提供参考。

关键词：可穿戴安全监控设备；智能指挥调度；便携式指挥平板

中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）08-0167-03

1 引言

随着国家电网公司“十三五”的开局，电网发展对安全生产提出了更高要求。电网现场作业具备范围更广、类型更多、精度更高、应用价值更高的安全信息。现场安全监控设备可全方位提高电力现场作业各环节信息感知的深度和广度，有助于提升电网现场作业的监督、分析、预警功能，是电网安全作业智能化的重要支撑技術。长期以来，国家电网公司一直沿用安规制度和现场人为监督的方式进行电力现场作业的安全管理，主要在以下方面问题：

（1）电网现场作业安全缺乏有效监督。安全管理规章流于形式，事故隐患无法在源头进行预警；管理和人为因素占据了导致安全事故发生的失效因素的绝大部分，即管理规章执行不到位、违规操作、错误指挥等是导致安全事故发生的重要原因，而管理规章执行不到位、违规操作和指挥的根源是缺乏监督。

（2）电网现场作业缺乏有效指导。电网现场作业人员面对特殊的施工环境和情况时，缺乏实施的专业指导，容易因操作失误发生事故。

（3）电网现场作业无过程影音记录。电网现场作业无过程影音数据记录，导致发生事故后对事故原因无法进行快速、准确的分析，对事故责任无法进行科学的认定。

（4）电网现场作业无环境和生理指标监测。缺乏环境参数（温度、湿度、氧气浓度等）和作业人员生理指标（血氧、血压、心跳、体温等）的实时监测，导致无法及时发现和处理人身事故隐患。

（5）电网现场作业人员调度缺乏科学性。无作业人员的实时位置分布信息和人员工作负荷分析信息，导致人员调度效率低下、调度安排缺乏科学性与合理性。

基于这些需求，迫切需要研发可穿戴安全监控设备，采用可穿戴安全监控技术，实现现场作业人员的有效监督和指导，实现现场作业人员科学调度，为电网现场作业安全工作提供技术支持，从而提升电网企业的安全生产的管理水平。

2 系统概述

可穿戴安全监控设备，需要实时采集电力现在作业人员视频数据、音频数据、环境参数和人员生理指标数据，并且准确获得现场作业人员的位置信息，同时需要将这些信息通过无线通信方式实时传输到指挥监控中心，方便调度指挥中心人员实时掌握现场的工作环境和人员情况，有效的管理现场作业人员，降低现场作业风险，提供现场作业工作效率。其次，增加了视频显示模块，显示模块采用光学棱镜的方式，将作业指导人员推送的作业指导视频、现场指导操作手册，以及现场作业人员需要的技术等资料图像投射到人体视网膜上，以便于指导现场作业人员操作，降低安全隐患。研究由可穿戴安全监控头盔、智能指挥调度系统、便携式指挥平板三部分构成（如图1）。

2.1 可穿戴安全监控头盔

可穿戴安全监控设备由数据采集单元、数据显示单元、数据传输单元构成（如图2）。

数据采集单元。在电力现场作业人员安全头盔上嵌入数据采集单元，包括无线传感器和视频监控模块。无线传感器节点采集信息包括温度、湿度等环境参数；人员生理指标（血氧、血压、心跳、体温）、人员热力分布图以及通过GPS定位信息，并将采集到的信息通过无线网络上传至调度指挥中心；而视频监控模块采集信息包括视频图像采集和语言采集，麦克风采集作业人员语言信息，通过无线实现与调度指挥中心语引交流，同时视频摄像头采集视频图像，压缩编码后通过无线上传回调度指挥中心，实现视频监控。

数据显示单元。在电力生产现场作业人员的安全头盔上嵌入显示模组，显示模组采用光学棱镜的方式，将作业指导人员推送的作业指导视频、现场指导操作手册，以及现场作业人员需要的技术等资料图像投射到人体视网膜上。

数据传输单元。包括无线网络的汇聚节点和电力无线网络的AP接入点，由无线传感器节点采集的温度、湿度等环境参数；人员生理指标（血氧、血压、心跳、体温）、人员热力分布图以及通过GPS定位信息；视频、音频信息通过汇聚节点集中后，再由电力无线AP接入点，接入调度指挥中心。

2.2 智能指挥调度系统

智能指挥调度微系统，包含多媒体指挥调度、现场作业视频回传及推送、监控分析中心、施工人员紧急求救、查询统计模块、决策支持模块六部分。

多媒体指挥调度，调度微应用具有强大的现场安全作业指挥调度功能，根据人员热力分布图，分析人员工作负荷；通过网管控制，实现一键直呼现场作业人员。应用支持点对点指挥调度、点对多点指挥调度及多组指挥调度等多种指挥调度机制，多组指挥调度时支持优先级设置；应用支持视频电话广播功能；应用支持热线电话、电话与视频绑定、视频电话广播及远程控制等功能。此外，应用还支持OSD信息发布功能。

现场作业视频回传及推送，工作人员携带可穿戴安全监控设备深入现场，可将信号从各种现场（建筑物内、街道、 广场、战场等）通过无线网络直接传输到指挥中心，指挥中心也可以根据现场作业情况，将现场需要的图像信息推送至可穿戴安全监控设备。

监控分析中心是调度指挥人员监控电力生产现场作业实时情况的工具，是各类监控数据的汇聚点，将实时采集的温度、湿度等环境参数；人员生理指标（血氧、血压、心跳、体温）、人员热力分布图以及通过GPS定位信息、视频信息、语音信息传递到监控分析中心，实现在线实时监控，通过语言、視频交流实现双方人员的直接有效沟通，不仅可以降低电力生产安全事故的发生，也可以提高现场工作人员效率。

施工人员紧急求救，通过对可穿戴安全监控设备对采集到的信息进行实时分析，智能判断人员的坠落、跌倒、生理异常、环境异常等情况，并自动向调度指挥系统和周边作业人员发出求救信号，帮助展开事故救援，进而实现作业人身事故的实时发现、实时告警、及时救助。

查询统计模块提供对所有的监测数据、诊断结果实现实时数据与历史数据的查询、统计、分析、且提供报表管理功能，对系统各种监测数据，进行关联、查询、统计和分析，并提供功能丰富、简单明了的“人性化”操作和展示。平台需具备多样化的图形展示功能：图形展示提供了列表、条形图、柱状图、折线图、面积图、饼图、雷达图、极线圈、散点图和Flash动态效果图等大量的图形分析方法，并具备3D效果、2D效果、背景效果、缩放效果、旋转效果、动态效果、多图同时显示效果，帮助用户更加直观、更加灵活地进行决策分析。

决策支持模块，主要依托专家级决策知识库，利用神经网络、支持向量机、模糊数据模型等专家诊断算法进行分析，对监测数据与以往积累的经验进行类比及推理，以得出正确的诊断结论。能在故障未发生时，做出故障预警，以便工作人员及时进行检查状态，减少故障的发生，减低设备财产、生命财产损失。

2.3 便携式指挥平板

结合智能指挥调度微应用研究，运用可穿戴安全监控设备采集的视频数据、音频数据、环境参数和人员生理指标数据分析模型、人员负荷模型分析结果，在平板电脑上实现现场安全作业移动监督和指导，方便指挥调度人员现场办公。

3 系统建设应用关键点

3.1 全面监控电网作业实时过程，实现安全事故的事前预警

可穿戴安全监控设备实时采集并回传作业视频信息、人员位置信息、环境参数、人员生理指标等数据，根据这些数据可实现对作业过程的实时监控，为生产过程的实时监督提供了有效手段，对于规范作业流程、增强安全意识、预防安全事故、落实安全管理制度等具有重要意义，也有助于第一时间掌握施工现场的具体情况，及时发现存在的安全隐患，实现安全事故的事前预警。

3.2 实时指导现场作业操作，固化作业流程

根据实时监控信息，可充分结合作业实际情况，通过音视频通讯或推送相关资料等多种方式向作业人员进行作业指导，调整现有工作方式，形成优化后的业务流程并加以固化。有效避免因知识缺乏导致的误操作和因施工现场信息掌握不准确而导致的误指挥。确保电力生产作业的安全、正确和高效。

3.3 作业人员紧急求救，避免救援延误

可穿戴安全监控设备对采集到的信息进行实时分析，可智能判断人员的坠落、跌倒、生理异常、环境异常等情况，并自动向调度指挥系统和周边作业人员发出求救信号，帮助展开事故救援，进而实现作业人身事故的实时发现、实时告警、及时救助。

3.4 注重数据记录和智能分析，辅助安全管理决策

对整个作业过程的数据进行本地和大数据平台的记录，可作为今后生产作业的经验和参考、为今后的生产指挥和管理提供决策依据，为事故分析提供客观材料。依托大数据处理，可对作业数据进行智能分析，形成故障多发点预测、故障发生时间分布规律、电力故障处理经验、人员分布热力图、人员工作负荷等方面的信息。

3.5 作业人员实时调度，提升作业工作效率

系统根据人员分布热力图，结合大数据分析出的人员工作负荷情况，可对人员实施高效、科学的调度。提供了列表、条形图、柱状图、折线图、面积图、饼图、雷达图、极线圈、散点图和Flash动态效果图等大量的图形分析方法，对现场作业人员合理调度提供数据支撑。

4 系统应用展望

可穿戴安全监控设备和配套的调度指挥系统为电力安全生产提供有效的监督和指导手段，依托该系统实现事前可预警、事中可指导、事后可回顾分析；对规范和优化作业流程、增强安全意识、预防安全事故、落实安全管理制度等发挥促进作用；为人员的科学管理、指挥决策提供丰富的手段和科学的依据。

在数据采集方面，运用了现有成熟的视频摄像、麦克风音频采集、人员热力分布监测、人体生理指标监测技术实现现场作业基础数据的采集。在指导视频推送方面，采用了业界领先的智能眼镜设备，使用显示模组完成图像显示，采用光学棱镜，直接将显示图像投射至视网膜上，解决了电力现场作业无法查看视频推送视频的难题。在人员分布热力图及人员负荷研究方面，针对人员分布热力图，采用大数据人员负荷计算模型，计算出人员工作负荷。现场生产指挥及调度技术研究方面，通过现场人员调度模型，辅助生产调度人员决策；施工人员紧急求救方面，采用人体大数据分析模型，智能判断人员的坠落、跌倒、生理异常、环境异常等情况并自动向调度指挥系统和周边作业人员发出求救信号。本项目可成为现场安全作业管理的工器具，为现场安全生产作业提供技术支持，降低现场安全作业风险，提高电力企业的经济效益，确保了现场作业安全监督环节得到有力的支撑。

5 结语

可穿戴安全监控设备是国家电网公司安全生产管理目标的具体落实，在经历“现场人工监督”、“对讲机”等安全监控技术发展后，国家电网公司现场作业安全管理已经迈上新台阶。可穿戴安全监控设备，需要结合规章制度循序渐进，结合GPRS、无线通信、远程测量、远程控制等技术的应用，转变工作方式，优化管理流程，达到提高工作效率的目的，进一步加强信息化对安全生产的支撑力度。

参考文献

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