基于安全风险管控的智能安全帽系统建设及应用

靳 帅

(国电大渡河枕头坝发电有限公司，四川 乐山 614700)

传统的水电企业电力生产人员配备的安全帽主要为普通安全帽，仅具备安全防护功能，缺乏对作业过程风险的实时监控和提示，安全信息智能管理缺失，对作业人员无法实现动态管理和精准定位。通过开展以安全帽为载体的智能安全帽系统建设及应用，实现安全生产的系统化、科学化、标准化和精细化管理，提高企业安全管理水平，有效防范各类意外事故的发生；建立以智能安全帽作为终端安全风险智能管控系统，通过实时动态跟踪重要区域、重点部位人员活动情况，采集生产现场实时信息，并结合两票管理及时发出预警信息，规范作业人员行为及时纠正错误，防止安全生产事故发生[1]。

1 概 述

枕头坝水电站按照大渡河公司“智慧企业”建设总体规划，积极开展智慧电厂建设，充分利用当前智能终端设备和智能分析技术，创新应用精准定位、近电报警等技术，实现生产人员轨迹存储查寻、走错间隔预警等安全管控要求，全面提升安全风险智能管控水平，建设以智能安全帽系统为基础的安全风险智能管控系统，全面提高电厂应对外部风险能力，实现“风险识别自动化、决策管理智能化，纠偏升级自主化”为核心的智慧管理[2]。

以智能安全帽作为终端的安全风险管控平台，是集计算机技术、通信技术、多媒体信息技术、网络技术等为一体的后台管控系统[3]。立足本质安全“人、机、环、管”四要素中的“人”，通过实时动态跟踪重要区域、重点部位人员活动情况，及时发出预警信息，并采集生产现场实时动态信息，辨识出安全隐患和违章行为，并向相关管理人员及当事人及时发出预警信息，管理人员随时掌握生产现场动态，当事人及时纠正错误，防止安全生产事故；当发生生产安全事故(突发事件)时，根据采集的事故信息，指导应急行动，防止事故扩大。

2 系统建设内容

智能安全帽及其后台管控系统主要由前端智能安全帽、无线网络系统、无线定位系统、数据服务器、解算服务器及后台管控系统组成。智能安全帽集成有语音对讲模块、摄像头、通讯模块和GPS定位模块；后台管控系统主要对前端智能安全帽采集数据进行处理、分析和存储以及客服端的监控和查看[4-5](见图1)。

图1 安全风险智能管控系统(智能安全帽)的规划结构图

2.1 无线网络系统

无线网络汇聚交换机环形堆叠后链路聚合到厂区的核心交换机上，AC旁挂在汇聚交换机堆叠上，接入AP的POE交换机双归到汇聚交换机堆叠上，智能风险管控系统的服务器根据部署位置直接接入汇聚交换机堆叠上，或接入服务器接入交换机(集群)再双归到汇聚交换机堆叠上(见图2)。

图2 无线网络架构图

2.2 无线定位系统

随着无线通信技术的发展和数据处理能力的提高，无论在室内还是室外环境下，在各种不同的无线网络中快速、准确、稳定地获取移动位置信息的定位技术及其定位系统已经成为本系统建设的关键。无线定位技术领域可分为广域定位和短距离无线定位，广域定位可分为卫星定位和移动定位；短距离定位主要包括WLAN、RFID、UWB、蓝牙、超声波等。与室外环境相比，在室内环境中感测位置信息并且需要非常可观的精度是很挑战性的，部分原因是各种物体反射和信号的分散导致。而UWB(Ultra WideBand)是室内定位领域的一项新兴技术，与其他定位技术相比，它具有更好的性能，更高精度，更适用于室内定位。

智能安全帽集成有室外米级精度定位功能。当安全帽的室外活动区域具备4G网络信号及GPS信号后，即可实现对人员的米级精度定位跟踪。针对水电站特殊空间布置特别是地下厂房等场所，对人员精准定位等智能感知又提出了新的要求，当安全帽需在厂房、车间等室内活动区域实现对人员的定位，需先行在此区域进行无线定位系统建设，枕头坝电站根据实际情况，在建设中选用精度最高的UWB超宽带定位技术。UWB超宽带定位系统整体上由定位硬件层、网络连接层、数据解算层和应用层组成。定位硬件层是无线定位系统实现定位功能的主体部分，包括定位微基站和定位微标签；网络连接层用于将定位微基站采集的数据回传到数据中心；数据解算层则是实现标签位置计算的关键；应用层针对客户的需求，完成业务层面的呈现。

2.3 系统服务器部署

智能安全帽系统服务器采用中心部署方案，如图3所示。

在成都中心机房部署应用服务器和数据库服务器，用于处理安全帽、APP、WEB端各项功能业务，采用双机热备部署，用以确保系统稳定运行和数据安全。在现场部署文件及流媒体服务器，用于存储安全帽、web端、APP端产生的语音、图片和视频直播流； 在云端部署激活服务和消息服务，用于初始激活安全帽和中转消息、GPS数据包。数据网络链路采用大渡河公司MIS系统网络，用于接受来自云端的消息、激活数据包、GPS数据包等。

图3 智能安全帽服务器中心部署方案图

3 系统功能应用

3.1 操作票管控功能

在管控系统选择操作票管理，找到对应操作票后选择操作人、监护人、下令人后，点击开始操作，同时开始录像，并根据操作票的间断、转移、结束智能录像储存。操作完毕后回到管控系统确认操作结束，录像关闭数据保存一定时间。

通过生产管理系统生成正式票后，将操作票传入管控系统，管控系统根据操作票内容应自行划定具体操作区域。在作业中若存在跳项操作、操作人和监护人在非操作区停留一定时间时发出报警。操作时为防止监护人不到位，或操作人在监护人在场情况下擅自操作设备时，系统发出报警。操作票执行时，管理人员可在管控系统查看，时刻了解各个操作进度。

3.2 工作票管控功能应用

在现场的实际工作当中，维护和检修最易出现习惯性违章指挥、违章作业，运行人员安全交底不到位且无法监控与追溯，在多区域或大区域作业时无法做到安全互保，因此现场出现了很多习惯性违章、安全互保不到位导致的重大事故。

针对运行人员许可工作票后安全交底没有有效的监督手段，依靠人力现场监督作用有限且无法追溯的问题。通过系统在生产管理系统生成正式工作票后，在运行人员交底时，开启录像功能，并根据工作票作业区域划分交底地点，并智能判断交底情况，若有未交底的工作区域和安技措施设备点则报警，并记录轨迹方便后期追溯。

工作票负责人对工作班成员进行交底时，开启录像功能，交底结束后运行人员返回管控系统确认交底结束关闭录像，若有未交底的工作区域和按技措施设备点则报警；工作票每日工作内容临时结束时，工作负责人应将工作票交回，未交回应智能报警，提醒工作负责人和运行人员；当工作负责人临时离开，在指定临时工作负责人员时，应将交代现场工作情况过程进行录像，并记录工作负责人何时离开和回归；当工作票负责人或工作班成员变更时，管控系统应能智能分组，从新划分工作小组，并对新近人员的工作交接和安全交底进行录像。

3.3 运行维护巡检管控

根据“两票三制”中的设备定期巡回制，运行和维护分别制定各自的巡回制度，为防止巡回不到位配备了电子巡检仪，但是现场仍存在巡回不到位情况。在系统建设中，通过在巡检管理设置界面设置运行巡回时间、区域和次数，运行人员可在巡回时段内选择巡回人，激活巡回功能。开启巡回后，系统能智能检测巡回情况，如存在巡回不到位，报警并提示哪些区域巡回不到位，在巡回时间段内重新巡检该区域则报警消失，并关闭巡回。若巡回区域有设备作业时，智能安全帽进行提醒，并报出操作票或工作票名称，防止巡回人员误入工作区域发生人身伤害事故。根据现场实际需求，在巡检管理设置界面设置了维护巡回区域，当管控系统检测到有维护巡检时，根据维护巡检性质(电气巡回或机械巡回)划分巡检区域，巡回结束时，智能检测巡回情况。

3.4 特殊操作管理

根据操作票管理规定，操作条数不足3条数时，可以不写操作票，为防止该情况下发生“误操作、走错间隔”设置了单步操作管理。进入单步操作管理界面，选择操作设备，选择操作和监护人员及下令人。此时开始录像，当设备操作完毕后录像结束。单步操作违章报警与普通操作一样。为不影响事故时设备操作，需由值长进行授权。授权后录像开始，智能安全帽报警全部开放，事故处理结束后，将所有轨迹、录像等数据保存，以便事故调查及分析。

4 系统优化应用

为了更加有效的保障水电企业电力生产安全、作业安全，建立健全的信息系统保障运作机制，枕头坝水电站开发了智能安全帽管理系统与安风管控系统的联动应用开发，以安风管控系统作为源头，智能安全帽系统响应安风管控系统的指令，实现人员同步、违章监控、工作票群组功能、UWB定位数据对接及告警等功能优化完善[6]。

4.1 人员信息同步

将安风管控系统中的人员信息自动同步到智能安全帽管理系统；当人员信息有更新时，能够从安风管控系统同步更新人员信息到智能安全帽监控系统。

4.2 违章监控

人员发生违章作业时，由安风管控系统发起违章信息传送，下发到智能安全帽管控系统，系统接收到的违章信息后，下发违章语音到对应人员，并开启监控录制视频，将直播地址返回给安风管控系统；智能安全帽在视频录制完毕后，关闭直播，将视频文件传回到安风管控系统，实现违章记录的存储和追踪。

4.3 工作票群组功能开发完善

针对工作票多区域或大区域作业时无法做到安全互保，工作负责人、工作班成员碍于客观条件经常出现习惯性违章、习惯性指挥等问题，管控系统设置了工单组群功能。在生产管理系统生成正式工作票后，工作负责人、工作班成员形成组群，小组成员可以进行通话。当工作票交回时小组临时解散，第二天发出时恢复组群，在这期间该组群成员无法成为其他工单组群成员，做过工作班成员变更的除外，这些设置只能由运行人员完成。

在应用时，智能安全帽接收安风管控系统下发的操作票或工作票信息，将票据中相关人员组成临时群组，群组间可互相通话；当工作开始时，打开安全帽摄像头，可录制整个操作期间的视频，结束时自动关闭监控视频，并将视频文件命名为“作业票ID+人员姓名”保存在系统中，工作结束后，临时群组自动解散，群组间成员不可通话。

4.4 UWB数据对接及定位告警

系统可获取UWB定位数据，实现对现场人员实时定位，通过对系统优化，在人员界面增加室内地图&室外地图操作入口，实现对不同区域地图的切换。室内地图支持基于坐标点及半径绘制电子围栏和基于用户手动画图方式绘制电子围栏两种绘制方式。历史轨迹实现室内室外地图自动切换功能，当轨迹从室外进入室内，自动切换到室内地图；当轨迹从室内切换到室外，自动切换到室外地图；室内地图中历史轨迹涉及到不同楼层时，自动切换对应室内地图图层。

同时，根据室内操作屏和机组分布，绘制适合现场使用的电子围栏，在非工作时段禁止所有人进入，当人员进入时，下发告警到安全帽并开启定位告警视频录制，将告警信息上报给安风系统；在操作票或工作票下发时，解除票据执行人、票据发生地的禁入功能，票据执行人进入作业执行点时，不触发告警以及定位告警视频的录制；票据结束后，所有区域变为禁止区域，当人员进入时，进行告警和视频录制(见图4)。工作票区域还可智能生成该工作票的电子围栏，考虑到作业人员要经过其他区域，所以其他工作区域设置为延时报警(时间可调)。超范围作业后，工作人员与管控系统同时报警提示并记录。

图4 UWB定位及智能告警示意图

5 结 语

智能安全帽系统目前运行稳定，已实现替代管理人员全面管理现场安全。智能安全帽在保有原普通安全帽的保护功能的同时新增了实时视频传输、GPS定位等功能，管理人员可实时动态跟踪重要区域、重点部位人员活动情况，采集生产现场实时动态信息，并结合两票管理及时发出预警信息，对作业人员进行实时监控提醒，可有效避免职工习惯性违章，规范现场人员作业习惯，提升现场全员标准化作业意识。