煉化企業(yè)中人員安全系統(tǒng)的設計和應用

王璐

煉化企業(yè)烏石化公司的長足發(fā)展以安全管控為核心，堅決遏制安全事故的發(fā)生，但安全生產(chǎn)風險防控的現(xiàn)實“需求”與現(xiàn)行相關措施的有效“供給”之間仍存在較大差距，過去烏石化公司生產(chǎn)現(xiàn)場管理都是通過語音對講方式跟蹤現(xiàn)場人員信息，人員生命安全的時效性無法保證；其次生產(chǎn)廠區(qū)周界缺乏對入侵監(jiān)測的有效技術手段，無法在黃金時間內(nèi)采取有效措施進行定位和防范。針對以上問題，為了解決烏石化公司生產(chǎn)裝置巡檢人員安全問題，完善公司生產(chǎn)區(qū)域周界防范系統(tǒng)，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術的人員安全定位系統(tǒng)和振動光纜周界防范系統(tǒng)的組網(wǎng)方案及框架搭建。

如上圖1所示，通過北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星人員安全定位及4G技術應用系統(tǒng)建設，實時精確掌握廠區(qū)內(nèi)巡檢人員及外來人員的位置與狀態(tài)信息，及時發(fā)現(xiàn)安全問題與潛在風險，并快速做出處理。如圖2所示，通過在烏石化公司生產(chǎn)區(qū)周界圍墻11公里左右距離長度搭建振動光纜，覆蓋生產(chǎn)區(qū)域近8公里范圍的周界安保進行高效和實時的監(jiān)控，以及對周界安防的異常情況、報警信息進行及時排查和處理，加強廠區(qū)安全管控能力。

一、系統(tǒng)總體架構

烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)按照采集層、傳輸層和應用層三層功能架構搭建，其中采集層及傳輸層是整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎建設內(nèi)容，為上層應用提供基礎設施和數(shù)據(jù)感知技術保障，應用層則面向烏石化公司生產(chǎn)安全管理各環(huán)節(jié)提供應用服務。其中在應用層的建設內(nèi)容為周界防范系統(tǒng)和人員安全管理兩個子模塊。通過在公司部署數(shù)據(jù)采集感知設備、建設覆蓋無線網(wǎng)絡傳輸通、運用智能化的定位終端設備和技術，規(guī)范現(xiàn)場操作，加強內(nèi)外操溝通協(xié)作，實現(xiàn)人員安全管理和廠區(qū)周界防范聯(lián)動報警。

二、系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)劃

烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡與無線網(wǎng)絡相結合的組網(wǎng)方案（見圖3）：在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)建立覆蓋現(xiàn)場的無線4G網(wǎng)絡，作為有線局域網(wǎng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的補充和延伸，實時傳輸采集層獲取的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)；無線4G網(wǎng)絡最終接入煉化企業(yè)烏石化公司局域網(wǎng)內(nèi)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)由有線局域網(wǎng)絡的傳輸和匯聚。因此，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡由兩部分構成：第一部分是作為企業(yè)網(wǎng)絡核心的有線局域網(wǎng)，第二部分是作為有線網(wǎng)絡的補充和延伸、實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的企業(yè)無線網(wǎng)絡覆蓋。

三、系統(tǒng)硬件部署

（一）物聯(lián)網(wǎng)采集層的建設方案

采集層通過在烏石化公司生產(chǎn)現(xiàn)場及周界圍墻部署傳感器、攝像機、移動終端等設備，實現(xiàn)對人員位置、周界現(xiàn)場監(jiān)控視頻、周界現(xiàn)場人員入侵報警等數(shù)據(jù)的采集。

1.人員安全數(shù)據(jù)采集方案

人員安全數(shù)據(jù)采集（如圖4）以衛(wèi)星定位技術（兼容GPS和北斗定位系統(tǒng)）作為主要技術手段，在重點區(qū)域部署4G無線網(wǎng)，對區(qū)域較弱的衛(wèi)星信號進行補充，進一步提高現(xiàn)場巡檢人員的定位精度，同時在現(xiàn)場巡檢點、重點區(qū)域部署RFID標簽，輔助人員位置定位精度，從而以最低的投資建立高效的、完整的人員安全管理系統(tǒng)。

2.周界防范系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案

周界防范管理系統(tǒng)主要是通過在烏石化公司生產(chǎn)廠約11公里的周界圍墻部署振動光纖實現(xiàn)對人員非法入侵事件的探測感知，通過信號分析設備、報警主機實現(xiàn)振動光纖波形信號的匯總分析，并形成相應的報警信息，通過后臺監(jiān)控軟件實現(xiàn)報警的處理、展示、存儲、查詢，以及對攝像機、聲光警示設備的聯(lián)動控制。本設計方案在烏石化公司廠區(qū)周界安裝70臺網(wǎng)絡高清攝像機及聲光報警器。振動信號和視頻信號通過傳輸光纜分別接入到安裝在4個二級單位匯聚網(wǎng)絡設備機房的4臺報警主機和4臺光網(wǎng)絡交換機，并進行相關策略的配置。網(wǎng)絡硬盤錄像機及IPSAN設備安裝在中心機房，監(jiān)控計算機安裝在武保部的監(jiān)控中心。網(wǎng)絡硬盤錄像機通過視頻監(jiān)控網(wǎng)絡接入烏石化公司現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（二）傳輸層建設方案

傳輸層包括有線、無線網(wǎng)絡和網(wǎng)絡管理功能，即以烏石化公司現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡為基礎，建設覆蓋生產(chǎn)現(xiàn)場的企業(yè)4G無線網(wǎng)絡（如圖5），并通過網(wǎng)絡管理功能實現(xiàn)網(wǎng)絡配置、網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡安全的管理。

1.無線網(wǎng)絡：建立覆蓋企業(yè)的4G無線網(wǎng)絡，通過與衛(wèi)星定位技術的結合，傳輸生產(chǎn)區(qū)人員位置數(shù)據(jù)、巡檢業(yè)務數(shù)據(jù)、無線儀表和無線傳感器數(shù)據(jù)等。

2.有線網(wǎng)絡：以企業(yè)現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡作為本次項目的網(wǎng)絡基礎，現(xiàn)場所有數(shù)據(jù)最終經(jīng)由有線網(wǎng)絡傳輸?shù)胶笈_應用系統(tǒng)中。無線網(wǎng)絡要與有線網(wǎng)絡對接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳。

3.網(wǎng)絡管理：能夠?qū)o線網(wǎng)的終端接入、認證和數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M行統(tǒng)一管理，并提供統(tǒng)一的管理界面；提供無線網(wǎng)與有線網(wǎng)的隔離和安全防護功能；管理網(wǎng)絡安全和網(wǎng)絡設備。

（三）應用層建設方案

應用層包括周界防范系統(tǒng)和人員安全管理系統(tǒng)兩個業(yè)務管理功能以及標準規(guī)范管理、系統(tǒng)基礎管理兩個基礎功能。

1.周界防范系統(tǒng)

周界防范系統(tǒng)涵蓋6個功能應用子模塊，包括前端數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理、報警管理、參數(shù)配置管理、報警聯(lián)動動作管理、報警查詢與分析等，詳情見圖6。

（1）前端數(shù)據(jù)采集

報警數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)對周界入侵報警數(shù)據(jù)的采集與接入功能，主要包括周界系統(tǒng)入侵報警、故障報警、斷線報警等數(shù)據(jù)信息的采集與接入。

視頻數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)對周界區(qū)域內(nèi)攝像頭視頻數(shù)據(jù)的采集與接入功能。

（2）監(jiān)控報警管理

電子地圖顯示：周界防范系統(tǒng)以電子地圖顯示的方式，將周界防范系統(tǒng)產(chǎn)生的人員入侵、斷線報警、設備故障報警等類型的異常報警信息展示出來。

實時視頻監(jiān)視：如圖7所示，周界防范系統(tǒng)軟件平臺可以通過周界區(qū)域現(xiàn)場安裝的攝像機同時對多個周界防區(qū)實現(xiàn)實時監(jiān)視功能。

報警人工處理：當周界系統(tǒng)產(chǎn)生報警信息后，由烏石化公司武保部監(jiān)控人員對報警信息進行確認、誤報消警等處理。

（3）聯(lián)動動作管理

聲光警示聯(lián)動：當周界報警系統(tǒng)報警產(chǎn)生后，根據(jù)報警等級和類型接通周界區(qū)域聯(lián)動的聲光警示設備，以聲光報警方式對生產(chǎn)周界區(qū)域入侵人員實現(xiàn)提醒以及警示功能。

攝像機聯(lián)動：當周界報警系統(tǒng)報警產(chǎn)生后，周界防范系統(tǒng)對可調(diào)動報警防區(qū)相對應的攝像機實現(xiàn)視頻監(jiān)視。

視頻顯示：當周界報警系統(tǒng)報警產(chǎn)生后，根據(jù)報警點的防區(qū)位置，監(jiān)控軟件自動彈出攝像頭監(jiān)視界面，對周界區(qū)域產(chǎn)生的入侵報警進行視頻確認。

2. 人員安全管理系統(tǒng)

根據(jù)烏石化公司廠區(qū)巡檢人員攜帶的定位終端實時回傳的定位信息，對生產(chǎn)區(qū)內(nèi)人員位置進行在線顯示，并通過異常報警、人員位置搜索、軌跡回放等功能，及時了解人員的安全狀態(tài)，以及在進行救援時提供指導和幫助，實現(xiàn)廠區(qū)人員的安全管理。

（1）人員定位顯示

人員位置定位：設置顯示人員的范圍，如按人員身份或者按區(qū)域顯示人員位置。同時提供顯示條件的設置，顯示條件包括始終顯示、報警時顯示等。

人員軌跡回放：按照人員信息和時間范圍進行人員軌跡的回放，回放過程具備加速、減速和跳躍等模式。

（2）人員異常報警

人員異常系統(tǒng)自動報警：當出現(xiàn)人員異常情況時，在終端上和后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行報警提醒。當人員長期靜止不動時，在后臺以設定方式報警，并在地圖上以高亮形式顯示人員圖標并閃爍。

主動觸發(fā)報警：當現(xiàn)場終端求救按鈕（SOS鍵）被按下時，在后臺監(jiān)控系統(tǒng)以最高報警級別進行求援報警提示，點擊求援報警提示后可快速鎖定求援位置。

四、系統(tǒng)應用效果

通過在煉化企業(yè)烏石化公司范圍內(nèi)實施物聯(lián)網(wǎng)技術的推廣，以現(xiàn)場安全隱患和生產(chǎn)業(yè)務需求為技術攻關的目標方向，實現(xiàn)了多個生產(chǎn)業(yè)務領域的安全防護機制。自2017年至今烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)周界防范系統(tǒng)和人員安全管理系統(tǒng)運行正常，達到了物聯(lián)網(wǎng)技術應用于煉化企業(yè)信息化及生產(chǎn)現(xiàn)場的預期目標。通過對烏石化公司基于物聯(lián)網(wǎng)技術的周界安全防范和廠區(qū)人員巡檢的部署，加強公司生產(chǎn)HSE安全管控能力，促進公司精細化、自動化、數(shù)字化和智能化的管理提升，在提高煉化企業(yè)烏石化公司社會效益和安全效益上起到了重要作用。

五、結論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)感知技術實現(xiàn)了人員巡檢定位及生產(chǎn)廠周界防范的系統(tǒng)建設，達到了各生產(chǎn)廠現(xiàn)場巡檢人員在巡檢過程中軌跡、時間的動態(tài)監(jiān)控和人員緊急情況下的一鍵報警功能，實現(xiàn)生產(chǎn)廠周界防范及攝像機可視聯(lián)動報警功能。有效地對公司的人員巡檢、周界防范等各環(huán)節(jié)進行動態(tài)監(jiān)測、分析和報警。在出現(xiàn)異常情況時，各系統(tǒng)間發(fā)揮聯(lián)動效應，為下一步應急處理提供有效技術支撐，有效提升了烏石化公司現(xiàn)場生產(chǎn)安全管控能力和水平。