基于智能可穿戴设备的电力施工现场安全管控模型研究

2023-11-16谭亮王博

电子元器件与信息技术 2023年8期

谭亮，王博

国网甘肃省电力公司天水供电公司，甘肃天水，741000

0 引言

电厂现场作业主要包括巡检、维修等一系列工作，这些工作在过去都是以工作人员到现场，通过视觉、感觉以及自身的经验等进行设备的巡检、维护、维修等工作。工作人员在完成上述工作时所采集到的各类信息多会采用纸质记录或者PDA记录，这样不仅会对人员安全操作造成不良影响，也严重制约了工作效率[1]。随着工业智能化进程的推进和相关政策的出台，智能化领域受到越来越多的关注。近年来，智能可穿戴技术高速发展，其应用范围也日益广泛，它能够适应各类复杂的现场环境以及多样的应用模式。

1 智能可穿戴设备在电力施工现场应用的意义

电力企业具有设备密集、自动化程度高等特点，其日常运行、巡检等现场工作都需要对现场设备进行数据监控，从而确保设备保持良好的运行状态。现场检修人员需操作设备使其进入检修状态，再根据现有的图纸、检修程序等资料，对设备进行相应的检修和维护。现场作业环境复杂、需操作点较多、现场面积较广，甚至还需要完成高空作业、带电作业、交叉作业等具有较高风险的操作，不仅任务量较大，且还具有一定的安全风险[2]。而可穿戴设备能够利用自身计算、监测、信息传递等解决上述问题。为了满足电力企业日常现场作业需求，所应用的智能可穿戴设备需要集成较多的功能，因此，其应用以体积较大的头盔式或以头盔为载体的智能眼镜为主[3]。

智能可穿戴设备可以帮助电力工人提高现场作业能力，增强他们的感官能力和经验，同时提升巡检质量，降低设备维护成本。这些设备集成了视频传输技术、人工智能技术、语音交互技术、各类传感器及无线通信装置，可以解决远程设备维护指导、现场作业培训等问题。因此，智能可穿戴设备在电力施工现场的应用能够提高工作效率和安全性。

2 安全管控模型的设计与开发

电力施工现场安全管控模型是基于智能可穿戴设备研发的，主要包括无线传输模块、输入输出装置、多功能集成装置、操作平台等，各个模块相互联系，进行数据的传递与共享，从而构成了一个完整的安全管控模型，用于对电力施工现场进行安全管控[4]，见图1。该模型需要具备以下功能：①可对电力施工现场安全作业进行全流程监管，也能够对相关数据进行记录和深入分析；②系统具有强大的数据记录、搜索、对比能力，能够确保工作人员在历史记录知识库帮助下快速完成故障定位，并能够为工作人员提供指导信息；③与常规手持终端相比，该模型能够将施工现场整体场景和过程清晰地显示在可穿戴设备终端上。

图1 电力施工现场安全管控模型

2.1 无线传输模块

常规的可穿戴设备多采用蓝牙模式进行数据传输，本次设计为了提高信息传输效果，特采用蓝牙+WLAN无线通信系统，提高设备的低能耗、短距离通信系统的效率。在电力施工现场，如果场地面积较大时，蓝牙模块的信息接收能力将明显下降，此时可通过切换WLAN等无线通信模式实现数据无线传输，有效地确保了整个模型各个模式之间通信的稳定性和灵活性[5]。

2.2 输入输出装置

根据电力企业安全管控操作需求，该模型的输入装置主要包括语音系统、影像系统和传感器等，而输出系统则主要包括耳机、显示器等具体装置。输入系统为数据、信息采集工具，能够根据现场的实际情况与工作人员对智能可穿戴设备的使用需求，向无线传感器自主网络提供相应的信息。输出装置主要用于向工作人员提供其所需的各类信息，使其能够在工作过程中直观地接收各项信息和数据。输入和输出设备都是基于智能化可穿戴设备所设计的，故而可以灵活搭配，还能够根据工作人员的实际需求安排特定的设备[6]。

2.3 多功能集成装置

基于智能可穿戴设备的安全管控模型的多功能集成装置能够将整个模型中的各个部分高效地结合在一起。为了满足安全感知模型特定需求，使无线智能可穿戴设备在大小、性状方面都能够符合工作人员操作时的便携需求，这就需要对各个模块进行有机整合，多功能集成就有着非常重要的意义。多功能集成化程度越高，智能可穿戴设备就能够越来越微型化，但是在现阶段，多功能集成装置还受到现有科学技术水平的制约，故而多功能集成装置还是有一定限度的[7]。

2.4 操作平台

安全感知管控模型的操作平台是基于智能可穿戴设备所开发的，是整个模型的数据交互、处理、分析中心，大部分工作都需要在操作平台上完成，因此它也是整个系统正常运行的基础。该操作平台包括几个部分。①人员定位。定位模块是对工作人员在电力施工现场开展工作时进行实时引导的基础，考虑到安全管控模型需要用于不同的设备场景，因此采用多种定位技术相结合的复合式定位技术。②工作流程管理。工作流程管理主要是对整个电力施工现场安全管控流程进行管理，确保整个流程能够按照业务流程标准完成。③通信交互。它主要负责后台系统与智能可穿戴设备之间的通信管理，实现工作人员与后台系统之间的人机交互，这也是安全管控作业远程技术指导的基础[8]。模型的操作平台软件具备数据处理、数据显示、数据库以及作业巡检等模块。

3 安全管控模型在电力施工现场的应用

3.1 在巡视过程中的应用

本次研究以智能可穿戴AR眼镜作为终端设备，眼镜与一个小型控制器相互连接，控制器主要用于记录工作人员在电力施工现场作业的情况。工作人员佩戴好智能可穿戴AR眼镜后，眼镜上的高清摄像头会通过无线数据传输系统将拍摄到的设备现场情况实时传输到后台。同时，相关管理人员在后台对现场操作人员的作业情况进行监控，同时还能够在后台系统上跟踪现场操作人员的工作路线和实时位置。可穿戴智能装备能够通过输入系统接收工作人员所在工作现场的平面图、设备简介、引导路线、二维码识别框等信息，如果在现场工作时所检修的设备上粘贴有二维码，工作人员只需要扫描这些二维码就能够快速调取设备的相关信息和作业指导[9]。后台管理系统将现场设备与二维码标签进行关联，通过扫描二维码，工作人员还能够获得设备的空间位置信息等数据。

本次研究在对基于智能可穿戴设备的电力施工现场安全管控模型进行检验时，选择了220kV变电站开展现场应用测试，测试内容为安全管控模型在电力施工现场工作过程中的作业时间。传统人工作业模式下，整个巡检过程耗时为112分钟，其中用时最长的部分为设备测温。而采用基于智能可穿戴设备的安全管控模型后，整个巡检用时缩短到了66分钟，其中设备测温的时间也缩短了一半，整体工作效率提高了将近一倍。

3.2 在缺陷处理及设备检修过程的应用

当工作人员在巡检的过程中发现设备存在异常状态后，可利用输出设备直接将问题汇报到监控后台，管理人员可通过后台系统查看当前设备的具体状态以及问题，然后将相关信息直接连接到调度申请指令上，启动缺陷管理流程，然后下发调度检修单。后台系统能够实时查看检修进程，并通过传输回来的信息评估此次检修任务是否需要进行停电作业，并对涉及停电管理的设备规模和数量进行统计。当现场工作人员遇到自己难以处理的故障时，可利用远程协助系统请求专业工作人员或者设备厂家技术人员进行协助，专家可利用监控系统与后台的远程协助系统实时查看设备终端所拍摄的设备信息，通过系统远程功能指导工作人员完成相关操作。

工作人员可选择将专家的远程指导意见以及设备运维过程中需要注意的事项输入到运维知识库中，运维知识库是基于深度学习的新型智能化数据库，具有收集、处理、分享电力设备运维知识的信息管理功能，该功能对于工作人员的实际操作具有重要的辅助指导作用[10]。其中的分类存储功能中，管理了大量具有实际应用价值的工作流程、问题解决方案、问题解决过程、注意事项、成果、经验等信息，当再次出现类似的问题时，工作人员可根据关键词、简单描述、定位地点等条件，从数据库中调取所需的知识记录，从而帮助工作人员解决电力施工现场所遇到的各类问题。

4 基于智能可穿戴设备的安全管控的应用效益

首先，电力施工现场智能可穿戴设备的安全管控可以有效减少施工过程中的安全事故，保障施工人员的生命安全。通过智能可穿戴设备的监控和预警，能够对电力运维工作起到密切监控的作用，可以及时发现和解决施工现场的安全隐患，降低事故发生的概率，并且能够在发现异常时提醒工作人员采取紧急应对措施，快速对故障原因进行分析，并对异常问题进行有效处理，有效保障工作人员的操作安全和操作效率，确保电力系统的正常运转，同时减少事故造成的人员伤亡和财产损失。

其次，电力施工现场智能可穿戴设备的安全管控可以提高施工现场的管理水平和工作效率。智能可穿戴设备可以实时监控施工现场的人员、机械、材料等资源的使用情况，及时发现和解决施工现场的问题，提高施工现场的管理水平和工作效率，降低施工成本。

再次，电力施工现场智能可穿戴设备的安全管控还可以增强施工现场的安全意识。智能可穿戴设备可以将施工现场的安全信息和文明施工要求向施工人员进行宣传和教育，增强施工人员的安全意识，促进施工现场的安全文明施工。

最后，智能可穿戴设备可以提供额外的安全服务，如协同认证、加密密钥安全存储和保护等其他功能，增加了设备的安全性。