可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備技術(shù)研究與應(yīng)用

唐冬來　倪平波　胡州明　羅剛　黃璞

摘 要：基于國家電網(wǎng)公司現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全管理方向，結(jié)合智能安全監(jiān)控技術(shù)，提出可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備技術(shù)研究與應(yīng)用，以信息化支撐現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全管理，提高工作效率和工作質(zhì)量，從而達(dá)到提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全管理水平的目標(biāo)。本文首先簡(jiǎn)述了可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備由集成在安全帽上的安全監(jiān)控設(shè)備、智能指揮調(diào)度系統(tǒng)、便攜式指揮平板三部分構(gòu)成?？纱┐靼踩O(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集電力現(xiàn)在作業(yè)人員視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和人員生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)需要將這些信息通過無線通信方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]監(jiān)控中心，方便調(diào)度指揮中心人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境和人員情況，有效的管理現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提供現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作效率。然后介紹了系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用中的關(guān)鍵點(diǎn)，最后展望系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)的支撐，旨在探討電力行業(yè)及其他行業(yè)應(yīng)用可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備提供參考。

關(guān)鍵詞：可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備；智能指揮調(diào)度；便攜式指揮平板

中圖分類號(hào)：TU47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0167-03

1 引言

隨著國家電網(wǎng)公司“十三五”的開局，電網(wǎng)發(fā)展對(duì)安全生產(chǎn)提出了更高要求。電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)具備范圍更廣、類型更多、精度更高、應(yīng)用價(jià)值更高的安全信息?，F(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控設(shè)備可全方位提高電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)各環(huán)節(jié)信息感知的深度和廣度，有助于提升電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的監(jiān)督、分析、預(yù)警功能，是電網(wǎng)安全作業(yè)智能化的重要支撐技術(shù)。長(zhǎng)期以來，國家電網(wǎng)公司一直沿用安規(guī)制度和現(xiàn)場(chǎng)人為監(jiān)督的方式進(jìn)行電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全管理，主要在以下方面問題：

（1）電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全缺乏有效監(jiān)督。安全管理規(guī)章流于形式，事故隱患無法在源頭進(jìn)行預(yù)警；管理和人為因素占據(jù)了導(dǎo)致安全事故發(fā)生的失效因素的絕大部分，即管理規(guī)章執(zhí)行不到位、違規(guī)操作、錯(cuò)誤指揮等是導(dǎo)致安全事故發(fā)生的重要原因，而管理規(guī)章執(zhí)行不到位、違規(guī)操作和指揮的根源是缺乏監(jiān)督。

（2）電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)缺乏有效指導(dǎo)。電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員面對(duì)特殊的施工環(huán)境和情況時(shí)，缺乏實(shí)施的專業(yè)指導(dǎo)，容易因操作失誤發(fā)生事故。

（3）電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無過程影音記錄。電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無過程影音數(shù)據(jù)記錄，導(dǎo)致發(fā)生事故后對(duì)事故原因無法進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析，對(duì)事故責(zé)任無法進(jìn)行科學(xué)的認(rèn)定。

（4）電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無環(huán)境和生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)。缺乏環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度、氧氣濃度等）和作業(yè)人員生理指標(biāo)（血氧、血壓、心跳、體溫等）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理人身事故隱患。

（5）電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員調(diào)度缺乏科學(xué)性。無作業(yè)人員的實(shí)時(shí)位置分布信息和人員工作負(fù)荷分析信息，導(dǎo)致人員調(diào)度效率低下、調(diào)度安排缺乏科學(xué)性與合理性。

基于這些需求，迫切需要研發(fā)可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備，采用可穿戴安全監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的有效監(jiān)督和指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員科學(xué)調(diào)度，為電網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全工作提供技術(shù)支持，從而提升電網(wǎng)企業(yè)的安全生產(chǎn)的管理水平。

2 系統(tǒng)概述

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備，需要實(shí)時(shí)采集電力現(xiàn)在作業(yè)人員視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和人員生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)確獲得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的位置信息，同時(shí)需要將這些信息通過無線通信方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]監(jiān)控中心，方便調(diào)度指揮中心人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境和人員情況，有效的管理現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提供現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作效率。其次，增加了視頻顯示模塊，顯示模塊采用光學(xué)棱鏡的方式，將作業(yè)指導(dǎo)人員推送的作業(yè)指導(dǎo)視頻、現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)操作手冊(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需要的技術(shù)等資料圖像投射到人體視網(wǎng)膜上，以便于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員操作，降低安全隱患。研究由可穿戴安全監(jiān)控頭盔、智能指揮調(diào)度系統(tǒng)、便攜式指揮平板三部分構(gòu)成（如圖1）。

2.1 可穿戴安全監(jiān)控頭盔

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)顯示單元、數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成（如圖2）。

數(shù)據(jù)采集單元。在電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全頭盔上嵌入數(shù)據(jù)采集單元，包括無線傳感器和視頻監(jiān)控模塊。無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集信息包括溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)；人員生理指標(biāo)（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息，并將采集到的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至調(diào)度指揮中心；而視頻監(jiān)控模塊采集信息包括視頻圖像采集和語言采集，麥克風(fēng)采集作業(yè)人員語言信息，通過無線實(shí)現(xiàn)與調(diào)度指揮中心語引交流，同時(shí)視頻攝像頭采集視頻圖像，壓縮編碼后通過無線上傳回調(diào)度指揮中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控。

數(shù)據(jù)顯示單元。在電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全頭盔上嵌入顯示模組，顯示模組采用光學(xué)棱鏡的方式，將作業(yè)指導(dǎo)人員推送的作業(yè)指導(dǎo)視頻、現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)操作手冊(cè)，以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員需要的技術(shù)等資料圖像投射到人體視網(wǎng)膜上。

數(shù)據(jù)傳輸單元。包括無線網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)和電力無線網(wǎng)絡(luò)的AP接入點(diǎn)，由無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)；人員生理指標(biāo)（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息；視頻、音頻信息通過匯聚節(jié)點(diǎn)集中后，再由電力無線AP接入點(diǎn)，接入調(diào)度指揮中心。

2.2 智能指揮調(diào)度系統(tǒng)

智能指揮調(diào)度微系統(tǒng)，包含多媒體指揮調(diào)度、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻回傳及推送、監(jiān)控分析中心、施工人員緊急求救、查詢統(tǒng)計(jì)模塊、決策支持模塊六部分。

多媒體指揮調(diào)度，調(diào)度微應(yīng)用具有強(qiáng)大的現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)指揮調(diào)度功能，根據(jù)人員熱力分布圖，分析人員工作負(fù)荷；通過網(wǎng)管控制，實(shí)現(xiàn)一鍵直呼現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員。應(yīng)用支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)指揮調(diào)度、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)指揮調(diào)度及多組指揮調(diào)度等多種指揮調(diào)度機(jī)制，多組指揮調(diào)度時(shí)支持優(yōu)先級(jí)設(shè)置；應(yīng)用支持視頻電話廣播功能；應(yīng)用支持熱線電話、電話與視頻綁定、視頻電話廣播及遠(yuǎn)程控制等功能。此外，應(yīng)用還支持OSD信息發(fā)布功能。

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)視頻回傳及推送，工作人員攜帶可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備深入現(xiàn)場(chǎng)，可將信號(hào)從各種現(xiàn)場(chǎng)（建筑物內(nèi)、街道、 廣場(chǎng)、戰(zhàn)場(chǎng)等）通過無線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)街笓]中心，指揮中心也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，將現(xiàn)場(chǎng)需要的圖像信息推送至可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備。

監(jiān)控分析中心是調(diào)度指揮人員監(jiān)控電力生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)時(shí)情況的工具，是各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的匯聚點(diǎn)，將實(shí)時(shí)采集的溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)；人員生理指標(biāo)（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息、視頻信息、語音信息傳遞到監(jiān)控分析中心，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過語言、視頻交流實(shí)現(xiàn)雙方人員的直接有效溝通，不僅可以降低電力生產(chǎn)安全事故的發(fā)生，也可以提高現(xiàn)場(chǎng)工作人員效率。

施工人員緊急求救，通過對(duì)可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備對(duì)采集到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環(huán)境異常等情況，并自動(dòng)向調(diào)度指揮系統(tǒng)和周邊作業(yè)人員發(fā)出求救信號(hào)，幫助展開事故救援，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)人身事故的實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)告警、及時(shí)救助。

查詢統(tǒng)計(jì)模塊提供對(duì)所有的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、診斷結(jié)果實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、且提供報(bào)表管理功能，對(duì)系統(tǒng)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，并提供功能豐富、簡(jiǎn)單明了的“人性化”操作和展示。平臺(tái)需具備多樣化的圖形展示功能：圖形展示提供了列表、條形圖、柱狀圖、折線圖、面積圖、餅圖、雷達(dá)圖、極線圈、散點(diǎn)圖和Flash動(dòng)態(tài)效果圖等大量的圖形分析方法，并具備3D效果、2D效果、背景效果、縮放效果、旋轉(zhuǎn)效果、動(dòng)態(tài)效果、多圖同時(shí)顯示效果，幫助用戶更加直觀、更加靈活地進(jìn)行決策分析。

決策支持模塊，主要依托專家級(jí)決策知識(shí)庫，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、模糊數(shù)據(jù)模型等專家診斷算法進(jìn)行分析，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與以往積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比及推理，以得出正確的診斷結(jié)論。能在故障未發(fā)生時(shí)，做出故障預(yù)警，以便工作人員及時(shí)進(jìn)行檢查狀態(tài)，減少故障的發(fā)生，減低設(shè)備財(cái)產(chǎn)、生命財(cái)產(chǎn)損失。

2.3 便攜式指揮平板

結(jié)合智能指揮調(diào)度微應(yīng)用研究，運(yùn)用可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備采集的視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和人員生理指標(biāo)數(shù)據(jù)分析模型、人員負(fù)荷模型分析結(jié)果，在平板電腦上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)移動(dòng)監(jiān)督和指導(dǎo)，方便指揮調(diào)度人員現(xiàn)場(chǎng)辦公。

3 系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 全面監(jiān)控電網(wǎng)作業(yè)實(shí)時(shí)過程，實(shí)現(xiàn)安全事故的事前預(yù)警

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集并回傳作業(yè)視頻信息、人員位置信息、環(huán)境參數(shù)、人員生理指標(biāo)等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)督提供了有效手段，對(duì)于規(guī)范作業(yè)流程、增強(qiáng)安全意識(shí)、預(yù)防安全事故、落實(shí)安全管理制度等具有重要意義，也有助于第一時(shí)間掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，實(shí)現(xiàn)安全事故的事前預(yù)警。

3.2 實(shí)時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)操作，固化作業(yè)流程

根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，可充分結(jié)合作業(yè)實(shí)際情況，通過音視頻通訊或推送相關(guān)資料等多種方式向作業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)指導(dǎo)，調(diào)整現(xiàn)有工作方式，形成優(yōu)化后的業(yè)務(wù)流程并加以固化。有效避免因知識(shí)缺乏導(dǎo)致的誤操作和因施工現(xiàn)場(chǎng)信息掌握不準(zhǔn)確而導(dǎo)致的誤指揮。確保電力生產(chǎn)作業(yè)的安全、正確和高效。

3.3 作業(yè)人員緊急求救，避免救援延誤

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備對(duì)采集到的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，可智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環(huán)境異常等情況，并自動(dòng)向調(diào)度指揮系統(tǒng)和周邊作業(yè)人員發(fā)出求救信號(hào)，幫助展開事故救援，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)人身事故的實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)、實(shí)時(shí)告警、及時(shí)救助。

3.4 注重?cái)?shù)據(jù)記錄和智能分析，輔助安全管理決策

對(duì)整個(gè)作業(yè)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的記錄，可作為今后生產(chǎn)作業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和參考、為今后的生產(chǎn)指揮和管理提供決策依據(jù)，為事故分析提供客觀材料。依托大數(shù)據(jù)處理，可對(duì)作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，形成故障多發(fā)點(diǎn)預(yù)測(cè)、故障發(fā)生時(shí)間分布規(guī)律、電力故障處理經(jīng)驗(yàn)、人員分布熱力圖、人員工作負(fù)荷等方面的信息。

3.5 作業(yè)人員實(shí)時(shí)調(diào)度，提升作業(yè)工作效率

系統(tǒng)根據(jù)人員分布熱力圖，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析出的人員工作負(fù)荷情況，可對(duì)人員實(shí)施高效、科學(xué)的調(diào)度。提供了列表、條形圖、柱狀圖、折線圖、面積圖、餅圖、雷達(dá)圖、極線圈、散點(diǎn)圖和Flash動(dòng)態(tài)效果圖等大量的圖形分析方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員合理調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐。

4 系統(tǒng)應(yīng)用展望

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備和配套的調(diào)度指揮系統(tǒng)為電力安全生產(chǎn)提供有效的監(jiān)督和指導(dǎo)手段，依托該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)事前可預(yù)警、事中可指導(dǎo)、事后可回顧分析；對(duì)規(guī)范和優(yōu)化作業(yè)流程、增強(qiáng)安全意識(shí)、預(yù)防安全事故、落實(shí)安全管理制度等發(fā)揮促進(jìn)作用；為人員的科學(xué)管理、指揮決策提供豐富的手段和科學(xué)的依據(jù)。

在數(shù)據(jù)采集方面，運(yùn)用了現(xiàn)有成熟的視頻攝像、麥克風(fēng)音頻采集、人員熱力分布監(jiān)測(cè)、人體生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集。在指導(dǎo)視頻推送方面，采用了業(yè)界領(lǐng)先的智能眼鏡設(shè)備，使用顯示模組完成圖像顯示，采用光學(xué)棱鏡，直接將顯示圖像投射至視網(wǎng)膜上，解決了電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)無法查看視頻推送視頻的難題。在人員分布熱力圖及人員負(fù)荷研究方面，針對(duì)人員分布熱力圖，采用大數(shù)據(jù)人員負(fù)荷計(jì)算模型，計(jì)算出人員工作負(fù)荷?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)指揮及調(diào)度技術(shù)研究方面，通過現(xiàn)場(chǎng)人員調(diào)度模型，輔助生產(chǎn)調(diào)度人員決策；施工人員緊急求救方面，采用人體大數(shù)據(jù)分析模型，智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環(huán)境異常等情況并自動(dòng)向調(diào)度指揮系統(tǒng)和周邊作業(yè)人員發(fā)出求救信號(hào)。本項(xiàng)目可成為現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)管理的工器具，為現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)作業(yè)提供技術(shù)支持，降低現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，確保了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全監(jiān)督環(huán)節(jié)得到有力的支撐。

5 結(jié)語

可穿戴安全監(jiān)控設(shè)備是國家電網(wǎng)公司安全生產(chǎn)管理目標(biāo)的具體落實(shí)，在經(jīng)歷“現(xiàn)場(chǎng)人工監(jiān)督”、“對(duì)講機(jī)”等安全監(jiān)控技術(shù)發(fā)展后，國家電網(wǎng)公司現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全管理已經(jīng)邁上新臺(tái)階?？纱┐靼踩O(jiān)控設(shè)備，需要結(jié)合規(guī)章制度循序漸進(jìn)，結(jié)合GPRS、無線通信、遠(yuǎn)程測(cè)量、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)的應(yīng)用，轉(zhuǎn)變工作方式，優(yōu)化管理流程，達(dá)到提高工作效率的目的，進(jìn)一步加強(qiáng)信息化對(duì)安全生產(chǎn)的支撐力度。

參考文獻(xiàn)

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