安全带式室内定位与行为管理系统助力安全生产*

李红斌

(中天钢铁集团(南通)有限公司， 江苏 南通 226100)

引 言

高处坠落事故是生产现场较为频发的生产安全事故类型之一，且对生产人员造成的伤害较为严重。据可靠数据统计，2018年，全国房屋市政工程生产安全事故按照类型划分，高处坠落事故383起，占总数的52.2%；2019年，高处坠落事故增加到415起，占总数的53.69%。高处坠落事故年年频发，给个人、家庭、企业乃至国家带来了巨大的生命财产损失和负面影响。

高处作业所面临的作业环境相对较复杂，尤其是在生产企业，高处作业场所的作业平台等外部防护措施往往很难达到标准规范的要求，大多数情况下没有足够的空间和条件用来搭设可靠的高处作业平台。同时，基于当前的生产安全管理水平现状及作业人员个体素质等原因，高处作业的现场管理以及作业人员个人防护等方面也很难做到万无一失，也是导致高处坠落事故频发的一个因素，无法得到有效的遏制。因此，需要通过智能穿戴设备对人员行动路线及其生产操作行为进行感知与监控，从而加强对其危险行为的管控。

1 系统简介

通过相关技术研发，在现有的全身式安全带基础上，引入基于MEMS的室内惯性导航技术实现人员空间定位，并以此为基础实现了低功耗边缘计算、基于5G物联网的遥距通信以及基于GNSS(GPS+北斗)技术的广域定位。通过智能穿戴终端与相关管理系统的研发与应用，实现了运动行为、人体监测、空间定位、锁扣状态检查、无线测距、电池电量监测、异常情况声光报警、近距离无限通信功能、远程通信和遥测遥控功能。系统框架如图1所示。

图1 安全带式室内定位与行为管理系统

1.1 系统具有的控制单元

1)运动行为单元：通过内嵌于全身式安全带的MEMS芯片，获取笛卡尔坐标系下的空间加速度信息，从而实现运动速度、行为特征的分析。

2)人体监测单元：采用人体红外传感器或人工操作按钮等功能，监测人员佩戴情况。通过安装三轴向陀螺仪芯片，准确追踪快速与慢速动作，实时监测人员运动情况。

3)空间定位单元：基于MEMS加速度计，通过欧拉角坐标变换和四元数姿态矩阵，实现空间运动学解构，获取被测人员在作业场景中的空间位置，如图2所示。

图2 空间定位单元工作原理

4)锁扣检测单元：终端设备的锁扣采用线缆连接，扣锁即进入线路导通模式(类似于微动开关工作原理)。

5)无线测距单元：采用声波测距，监测人员距离作业平台的高度。

6)供电管理单元：根据终端设备体积、使用环境(尤其温度)、安全和环保要求情况，采用碱性5号干电池。安装电源电压监测，在缺电时可提示用户并上报至服务器端。

7)提示功能：终端设备支持源蜂鸣器管理功能，实现声音提示功能。终端设备支持多组LED指示灯，表明异常单元情况。

8)主动报警机制：通过状态更迭算法和预警报警机制，通过短信、邮件、微信公众号等多种方式实现报警或订阅消息的实时主动触达机制。

1.2 管理细节

移动端和PC端在绑定用户账户后，可通过安全访问机制实现远程访问查询和控制管理功能，实时监控使用者的使用信息，便于及时发现违章行为并予以纠正。

通过无线测距功能，实时监测使用者所处作业高度。在使用者作业高度达到一定范围之后，若依然未使用安全带，将通过源蜂鸣器、警示灯对使用者进行警示，促使其规范佩戴安全带。

通过移动端和PC端近距离无限通信、远程通信和遥测遥控功能实现远程监控，实时监控高处作业人员作业高度、运动状态以及安全带的使用与否等动态，颠覆传统的人盯人监管模式，以更加可靠的机器来取代人力，达到全方位、全天候、全过程监管，消除管理盲区。

当前高处作业人员大多文化素质较低，接受能力较差，在高处作业的过程中，存在习惯性违章和理解误区，总是认为安全带的使用影响了工作的正常开展，影响了施工进度，因此，存在不佩戴安全带或是已穿戴但安全带锁扣不扣的现象。

另外，因高处作业场所特殊、环境复杂，给现场管理人员的安全监管带来较大不便，存在安全监管盲区，同时，也给监管人员自身安全带来隐患。如何确保所有人员能够自觉规范地佩戴和使用安全带，也是作为专职安全管理人员一直在思考的问题。

2 结束语

安全带式室内定位与行为管理系统的使用可以极大地减少因常规管理方式导致的监督管理不到位以及使用者图省事、怕麻烦等侥幸心理未能规范使用安全带而导致的安全事故。后期，随着海量设备状态数据的采集和分析，可以形成更多的安全管理机制模型，逐步实现通过物联网、人工智能等数字技术手段的精细化安全生产管理机制。