煙花爆竹企業(yè)安全生產(chǎn)實時監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

羅文浩，李冬梅，徐明院

（江西省煤炭工業(yè)科學(xué)研究所，江西 南昌 330029）

截至2019年10月，全國有合法的煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)3153家，全年煙花爆竹出口額達(dá)8.5億美元。江西省是中國煙花爆竹的第二大產(chǎn)業(yè)基地，全省花炮產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)14.8億元，從業(yè)人員近20萬。上栗縣更是全國著名的花炮之鄉(xiāng)，來自花炮產(chǎn)業(yè)的收入占全縣財政總收入的80%，農(nóng)民人均收入的52%來自花炮產(chǎn)業(yè),并且花炮產(chǎn)業(yè)對當(dāng)?shù)仄渌a(chǎn)業(yè)存在明顯的拉動效應(yīng)，但與此同時煙花鞭炮行業(yè)的危險性又時刻影響行業(yè)自身的發(fā)展。因此，國家和地方各級政府紛紛出臺各種規(guī)定規(guī)范該行業(yè)的安全生產(chǎn)。煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)“三超一改”(超定員、超藥量、超范圍和改變工房用途生產(chǎn))和“三違”現(xiàn)象(違章指揮、違章作業(yè)、違反勞動紀(jì)律)是引發(fā)煙花爆竹事故的主要原因。近年來,合法煙花爆竹生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)發(fā)生生產(chǎn)安全事故直接原因全部與“三超一改”和“三違”現(xiàn)象有關(guān)［1］。

為此，國家和地方各級政府出臺各項法規(guī)和制度來規(guī)范該行業(yè)的生產(chǎn)、儲存和運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)的安全工作?？墒聦嵶C明，這不是一道行政命令就能解決的問題。煙花爆竹生產(chǎn)經(jīng)營的諸多環(huán)節(jié)存在很多不安全因素、安全隱患和潛在的危險，卻又缺乏有效的科技監(jiān)管手段，而有針對性地引入科學(xué)的計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，從原料、生產(chǎn)等基礎(chǔ)環(huán)節(jié)開始進(jìn)行嚴(yán)格控制，安全才可以得到保障。因此研發(fā)一套煙花爆竹行業(yè)的監(jiān)控與人員管理系統(tǒng)具有十分重要的意義。我單位響應(yīng)國家文件精神，向江西省應(yīng)急管理廳申報了安全生產(chǎn)技術(shù)改造項目“煙花爆竹企業(yè)安全生產(chǎn)實時聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)”項目，本文所闡述的設(shè)計方案也源自于此項目。

1 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀

煙花爆竹企業(yè)安全生產(chǎn)實時監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是集環(huán)境監(jiān)測、人員定位管理監(jiān)測、視頻監(jiān)控、入侵監(jiān)測、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)軟件、防爆電器設(shè)計、系統(tǒng)集成等多項技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，國內(nèi)目前沒有一家企業(yè)能夠自主研發(fā)生產(chǎn)全部覆蓋這些領(lǐng)域的產(chǎn)品。目前國內(nèi)研究煙花爆竹企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的企業(yè)有幾家，但研究的內(nèi)容主要是視頻監(jiān)控和入侵監(jiān)測，入侵監(jiān)測也只是采用功能單一的門禁系統(tǒng)。國外煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)非常少，生產(chǎn)條件和情況和國內(nèi)企業(yè)區(qū)別很大，可成功引進(jìn)的科研成果幾乎沒有。本文研究的系統(tǒng)擬采用入侵監(jiān)測與人員管理監(jiān)測相結(jié)合的雙重入侵監(jiān)測方法，能夠高效準(zhǔn)確地監(jiān)測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現(xiàn)象，并及時報警，為企業(yè)實現(xiàn)無障礙、無死角的全面人員跟蹤管理，尤其對防范企業(yè)員工出現(xiàn)超定員、超范圍、未經(jīng)許可進(jìn)入危險特殊場所等違規(guī)現(xiàn)象，提供有效的科技管理手段，系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能為上級管理部門加強(qiáng)監(jiān)督和管理提供了有效的科學(xué)方法和依據(jù)，系統(tǒng)設(shè)備的防爆設(shè)計能夠保證系統(tǒng)的安全運行。

2 總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

煙花爆竹企業(yè)安全生產(chǎn)實時監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）是針對煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)在安全生產(chǎn)管理過程中的監(jiān)管薄弱環(huán)節(jié)而設(shè)計。該系統(tǒng)將先進(jìn)的計算機(jī)軟硬件技術(shù)進(jìn)行集成設(shè)計，建設(shè)了集傳感器硬件、多媒體聯(lián)動、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、安全分析算法等多種先進(jìn)技術(shù)于一體的完整監(jiān)控體系。對生產(chǎn)企業(yè)的“三超一改”和“三違”現(xiàn)象，現(xiàn)場溫度濕度監(jiān)測、入侵監(jiān)測、人員監(jiān)控、藥量監(jiān)控等多個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)以及將監(jiān)控信息通過專用網(wǎng)絡(luò)，上傳到省級平臺，最后按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議規(guī)范接入國家應(yīng)急部的信息化綜合平臺中去，既為生產(chǎn)企業(yè)自身加強(qiáng)管理，也為上級監(jiān)管部門的監(jiān)督提供了科學(xué)的手段和依據(jù)［2］。

系統(tǒng)是按照《煙花爆竹企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件AQ 4101-2008》及相關(guān)法律法規(guī)的要求，為強(qiáng)化安全監(jiān)管,科學(xué)有效地保障煙花爆竹的生產(chǎn)安全,預(yù)防和減少重大事故的發(fā)生而設(shè)計的［3］。該系統(tǒng)功能模塊主要包括：

（1）危險、重要場所的人員數(shù)量監(jiān)控（含特殊工種所屬人員的數(shù)量及位置監(jiān)控）；

（2）危險場所的入侵監(jiān)測；

（3）危險化學(xué)品原料的精確倉儲控制；

（4）危險場所視頻監(jiān)控；生產(chǎn)區(qū)、成品區(qū)等環(huán)境的溫度、濕度監(jiān)測；

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

（5）監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能等。

在煙花爆竹企業(yè)的生產(chǎn)車間和倉庫等危險、重要場所設(shè)置綜合網(wǎng)絡(luò)分站，接收人員監(jiān)控、入侵監(jiān)測、倉儲控制、視頻監(jiān)控和溫度濕度監(jiān)測五個模塊的數(shù)據(jù)，各綜合網(wǎng)絡(luò)分站將這些數(shù)據(jù)通過光纖交換機(jī)進(jìn)入企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)傳遞給監(jiān)控中心的監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行處理。當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時，綜合網(wǎng)絡(luò)分站及時對車間、倉庫做出預(yù)警、報警處理。如人員超員或溫度、濕度超限可控制聲光報警器在現(xiàn)場和中控室進(jìn)行聲光報警，必要時啟動通風(fēng)設(shè)備；有非法人員意圖進(jìn)入重要場所時，在現(xiàn)場和中控室控制聲光報警器進(jìn)行聲光報警［4］。

來自綜合網(wǎng)絡(luò)分站的數(shù)據(jù)經(jīng)監(jiān)控服務(wù)器的系統(tǒng)軟件處理，以圖表、動畫等多種形式將實時數(shù)據(jù)顯示在監(jiān)控大屏上。在監(jiān)控系統(tǒng)軟件上同時實現(xiàn)危險、重要場所人員超員超時、非法人員進(jìn)入、非法時間生產(chǎn)、倉儲超藥量以及生產(chǎn)/倉庫環(huán)境溫度、濕度超限等聲光報警，還可根據(jù)需求按級別將報警信息發(fā)送至各級管理人員手機(jī)上。

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存所有數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)，供操作人員隨時調(diào)閱查詢。為保證信息處理的效率，兼顧人機(jī)交互的友善性，此部分采用C/S架構(gòu)，為企業(yè)操作人員定制監(jiān)控平臺的軟件。同時設(shè)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，為企業(yè)監(jiān)控中心以外的人員提供基于WEB瀏覽的數(shù)據(jù)界面，無需安裝軟件，通過瀏覽器可直接查看，增強(qiáng)數(shù)據(jù)發(fā)布的便捷性和通用性，此部分采用B/S架構(gòu)。

各個煙花爆竹企業(yè)的監(jiān)控中心均可通過防火墻、互聯(lián)網(wǎng)與上級監(jiān)管中心相連，由后臺運行的專用遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、解析軟件將企業(yè)數(shù)據(jù)實時傳輸并存儲到上級監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)管中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可按類別、危險級別、地域等不同性質(zhì)將所屬煙花爆竹企業(yè)的實時數(shù)據(jù)同時顯示在大屏幕中，并提供實時預(yù)警、報警數(shù)據(jù)的聲光報警和歷史數(shù)據(jù)的查詢，為上級監(jiān)管部門的管理和執(zhí)法提供科學(xué)準(zhǔn)確的依據(jù)。

2.2 人員定位管理

在各重點危險場所安裝UWB人員定位讀卡器，內(nèi)置熱釋電傳感器，配合攝像頭人數(shù)識別功能就能夠精確判斷攜卡工作人員數(shù)量和身份以及人員行動軌跡，并對所有進(jìn)出重點區(qū)域的人員進(jìn)行視頻抓拍分析人數(shù)后上傳，實現(xiàn)超員報警等功能，在識別卡上加裝MBE語音模塊，可實現(xiàn)在工作區(qū)內(nèi)，進(jìn)行語音通話，幫助工廠在爆炸區(qū)實現(xiàn)通訊功能［5］。

2.3 藥量監(jiān)控方案

煙花爆竹行業(yè)的企業(yè)所采用的生產(chǎn)原料往往都是易燃易爆的危險品，因此在原料倉儲上有嚴(yán)格的要求，特別是在倉儲量控制上，任何超量存儲的行為都會帶來安全隱患。

本方案采用讀取無源標(biāo)簽監(jiān)控方案來實現(xiàn)煙花爆竹企業(yè)倉儲的藥量監(jiān)控。在每個裝藥的防靜電桶上貼一個無源電子標(biāo)簽，在倉儲入口安裝閱讀器，通過讀取裝藥桶的進(jìn)出庫桶數(shù)，經(jīng)過計算得出較精確倉儲總量和剩余量等，當(dāng)危險品原料總量超出設(shè)定的允許倉儲量時，系統(tǒng)將第一時間自動報警。此外，系統(tǒng)允許企業(yè)定制報警功能，可將危險品原料的倉儲狀況以短信等形式通知不在現(xiàn)場的倉儲管理人、責(zé)任承擔(dān)人等，有效應(yīng)對“三超一改”中超藥量的違規(guī)行為。

2.4 視頻監(jiān)控方案

采用視頻采集設(shè)備，按照《煙花爆竹企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件AQ 4101-2008》中3.1.1節(jié)的要求監(jiān)控作業(yè)人員的作業(yè)行為、工房用途等，有效應(yīng)對“三超一改”中改變工房用途生產(chǎn)的違規(guī)行為。

固定視頻采集設(shè)備較多的企業(yè)，宜配置移動視頻采集設(shè)備，作為固定視頻采集設(shè)備的補(bǔ)充和備份，用于發(fā)生事故后采集事故現(xiàn)場和處置過程圖像信息。移動視頻采集設(shè)備可按固定視頻采集設(shè)備1%～3%的比例配置，宜采用無線網(wǎng)絡(luò)接入方式。

在視頻端加入算法，可以有效判別視頻中的人數(shù)，如果在設(shè)定的時間內(nèi)，工作區(qū)域工作人員超過規(guī)定的人數(shù)，則發(fā)生聲光報警，通知中控機(jī)房和現(xiàn)場已超員，還可實現(xiàn)入侵監(jiān)控，通過視頻抓拍對員工不攜帶人員卡進(jìn)入重點工作區(qū)域和非工作時段有人進(jìn)入的現(xiàn)象進(jìn)行報警。

2.5 溫度濕度監(jiān)測方案

按照《煙花爆竹企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件AQ 4101-2008》中4.1.3節(jié)的要求，采用本質(zhì)安全型多參數(shù)智能檢測儀可實現(xiàn)在一個設(shè)備上同時在線檢測環(huán)境中溫度、濕度，各傳感元件可自由組合安裝，以滿足不同監(jiān)測區(qū)域的要求，所有檢測的實時數(shù)據(jù)通過一對數(shù)據(jù)通訊線傳送給綜合采集站，減少了各傳感器與綜合采集站的連接線，傳感器自身也自帶液晶顯示和聲光報警功能。實時監(jiān)測生產(chǎn)車間、倉庫等危險、重要場所的溫度、濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)超限時控制聲光報警器進(jìn)行聲光報警，必要時啟動通風(fēng)設(shè)備，提醒企業(yè)管理人員及時處置。

2.6 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)方案

通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)軟件模塊，可以建立以災(zāi)害預(yù)防、事故救助、多級遠(yuǎn)程綜合管理、電子信息化管理為主要目標(biāo)的煙花爆竹行業(yè)信息化和智能化監(jiān)管，利用系統(tǒng)的企業(yè)端數(shù)據(jù)生成軟件實時采集準(zhǔn)確的監(jiān)控數(shù)據(jù)，再利用企業(yè)端數(shù)據(jù)傳輸軟件將采集的實時數(shù)據(jù)同步傳輸至上級監(jiān)管中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實現(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)—上級監(jiān)管部門的實時遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接，監(jiān)管部門存在多級監(jiān)管關(guān)系（縣級-市級-省級），可利用數(shù)據(jù)傳輸軟件將各個下級部門的數(shù)據(jù)分類標(biāo)志并同步傳輸至上級部門的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實現(xiàn)下級部門至上級部門的實時遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接，在各級數(shù)據(jù)中心利用數(shù)據(jù)解析軟件分析下級傳輸來的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，再利用web程序通過用戶交互界面準(zhǔn)確顯示出各個生產(chǎn)企業(yè)的人員數(shù)據(jù)、原料數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)等信息，并為用戶提供方便快捷的查詢功能。

2.7 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）人數(shù)識別準(zhǔn)確率：95%；

（2）無源卡漏卡率：1%；

（3）溫濕度測量誤差：＜±10%；

（4）監(jiān)控分站工作電壓：交流220 V；工作電流：≤300 mA；

（5）使用環(huán)境：溫度：-5 ℃～40 ℃；相對濕度：≤95%；大氣壓：86～110 kPa。

2.8 系統(tǒng)應(yīng)用情況

本系統(tǒng)能夠有效防止各生產(chǎn)、儲存環(huán)節(jié)超范圍、超定員、超藥量、改變工房用途、違章作業(yè)、未經(jīng)許可進(jìn)入等情況發(fā)生，測量、監(jiān)控危險性工作場所的溫度、濕度情況，保障安全生產(chǎn)，煙花爆竹企業(yè)可對以下各方面進(jìn)行有效的本地或遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理。系統(tǒng)樣機(jī)已經(jīng)研制成功，主要硬件設(shè)備見表2，主要軟件模塊功能見表3，在上栗縣紅寶山煙花爆竹生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了三個月工業(yè)性試驗，試運行期間其公司反映系統(tǒng)功能正常，穩(wěn)定運行，特別是語音對講系統(tǒng)給工作和管理帶來了非常大的便利，系統(tǒng)整體取得了良好的試驗結(jié)果，計劃未來對系統(tǒng)硬件部分體積改良后推向市場，計劃命名為YBJK32煙花爆竹企業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)控與人員定位管理系統(tǒng)。

表1 系統(tǒng)主要硬件設(shè)備

表2 系統(tǒng)軟件模塊組成

系統(tǒng)已經(jīng)通過了科技成果驗收，專家驗收意見如下：

（1）該項目采用獨有人員監(jiān)測方案，能夠高效準(zhǔn)確地監(jiān)測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現(xiàn)象，并及時報警，性價比高、實用性強(qiáng)。

（2）本項目的關(guān)鍵硬件設(shè)備綜合網(wǎng)絡(luò)分站，內(nèi)含光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、監(jiān)控主機(jī)、讀卡器、溫濕度傳感器、廣播對講模塊等，可在不影響企業(yè)現(xiàn)有視頻監(jiān)控功能的情況下接入企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)進(jìn)行視頻顯示、抓拍并上傳，減少了設(shè)備之間的連接線，集成性好、性價比極高，具有一定的創(chuàng)新性。

（3）該產(chǎn)品的應(yīng)用將對煙花爆竹行業(yè)防范“三超一改”和“三違”現(xiàn)象，提供有效的科技管理手段，對安全生產(chǎn)有積極作用，具有良好的社會效益。

3 結(jié)語

本系統(tǒng)能夠高效準(zhǔn)確地監(jiān)測到非法入侵、一卡多人、人員冒充、人員跨崗脫崗等現(xiàn)象，并及時報警，為企業(yè)實現(xiàn)無障礙、無死角的全面人員跟蹤管理，尤其對防范“三超一改”和“三違”中企業(yè)員工出現(xiàn)超定員、超范圍、未經(jīng)許可進(jìn)入危險特殊場所等違規(guī)現(xiàn)象，提供有效的科技管理手段，實時數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)功能為上級管理部門加強(qiáng)監(jiān)督和管理提供了有效的科學(xué)方法和依據(jù)，可以建立以災(zāi)害預(yù)防、事故救助、多級遠(yuǎn)程綜合管理、電子信息化管理為主要目標(biāo)的煙花爆竹行業(yè)信息化和智能化監(jiān)管，有效增強(qiáng)安全監(jiān)管力度。