安全帶式室內(nèi)定位與行為管理系統(tǒng)助力安全生產(chǎn)*

李紅斌

(中天鋼鐵集團(tuán)(南通)有限公司， 江蘇 南通 226100)

引 言

高處墜落事故是生產(chǎn)現(xiàn)場較為頻發(fā)的生產(chǎn)安全事故類型之一，且對生產(chǎn)人員造成的傷害較為嚴(yán)重。據(jù)可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2018年，全國房屋市政工程生產(chǎn)安全事故按照類型劃分，高處墜落事故383起，占總數(shù)的52.2%；2019年，高處墜落事故增加到415起，占總數(shù)的53.69%。高處墜落事故年年頻發(fā)，給個人、家庭、企業(yè)乃至國家?guī)砹司薮蟮纳敭a(chǎn)損失和負(fù)面影響。

高處作業(yè)所面臨的作業(yè)環(huán)境相對較復(fù)雜，尤其是在生產(chǎn)企業(yè)，高處作業(yè)場所的作業(yè)平臺等外部防護(hù)措施往往很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，大多數(shù)情況下沒有足夠的空間和條件用來搭設(shè)可靠的高處作業(yè)平臺。同時，基于當(dāng)前的生產(chǎn)安全管理水平現(xiàn)狀及作業(yè)人員個體素質(zhì)等原因，高處作業(yè)的現(xiàn)場管理以及作業(yè)人員個人防護(hù)等方面也很難做到萬無一失，也是導(dǎo)致高處墜落事故頻發(fā)的一個因素，無法得到有效的遏制。因此，需要通過智能穿戴設(shè)備對人員行動路線及其生產(chǎn)操作行為進(jìn)行感知與監(jiān)控，從而加強(qiáng)對其危險行為的管控。

1 系統(tǒng)簡介

通過相關(guān)技術(shù)研發(fā)，在現(xiàn)有的全身式安全帶基礎(chǔ)上，引入基于MEMS的室內(nèi)慣性導(dǎo)航技術(shù)實(shí)現(xiàn)人員空間定位，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了低功耗邊緣計算、基于5G物聯(lián)網(wǎng)的遙距通信以及基于GNSS(GPS+北斗)技術(shù)的廣域定位。通過智能穿戴終端與相關(guān)管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動行為、人體監(jiān)測、空間定位、鎖扣狀態(tài)檢查、無線測距、電池電量監(jiān)測、異常情況聲光報警、近距離無限通信功能、遠(yuǎn)程通信和遙測遙控功能。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 安全帶式室內(nèi)定位與行為管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)具有的控制單元

1)運(yùn)動行為單元：通過內(nèi)嵌于全身式安全帶的MEMS芯片，獲取笛卡爾坐標(biāo)系下的空間加速度信息，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動速度、行為特征的分析。

2)人體監(jiān)測單元：采用人體紅外傳感器或人工操作按鈕等功能，監(jiān)測人員佩戴情況。通過安裝三軸向陀螺儀芯片，準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動作，實(shí)時監(jiān)測人員運(yùn)動情況。

3)空間定位單元：基于MEMS加速度計，通過歐拉角坐標(biāo)變換和四元數(shù)姿態(tài)矩陣，實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動學(xué)解構(gòu)，獲取被測人員在作業(yè)場景中的空間位置，如圖2所示。

圖2 空間定位單元工作原理

4)鎖扣檢測單元：終端設(shè)備的鎖扣采用線纜連接，扣鎖即進(jìn)入線路導(dǎo)通模式(類似于微動開關(guān)工作原理)。

5)無線測距單元：采用聲波測距，監(jiān)測人員距離作業(yè)平臺的高度。

6)供電管理單元：根據(jù)終端設(shè)備體積、使用環(huán)境(尤其溫度)、安全和環(huán)保要求情況，采用堿性5號干電池。安裝電源電壓監(jiān)測，在缺電時可提示用戶并上報至服務(wù)器端。

7)提示功能：終端設(shè)備支持源蜂鳴器管理功能，實(shí)現(xiàn)聲音提示功能。終端設(shè)備支持多組LED指示燈，表明異常單元情況。

8)主動報警機(jī)制：通過狀態(tài)更迭算法和預(yù)警報警機(jī)制，通過短信、郵件、微信公眾號等多種方式實(shí)現(xiàn)報警或訂閱消息的實(shí)時主動觸達(dá)機(jī)制。

1.2 管理細(xì)節(jié)

移動端和PC端在綁定用戶賬戶后，可通過安全訪問機(jī)制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問查詢和控制管理功能，實(shí)時監(jiān)控使用者的使用信息，便于及時發(fā)現(xiàn)違章行為并予以糾正。

通過無線測距功能，實(shí)時監(jiān)測使用者所處作業(yè)高度。在使用者作業(yè)高度達(dá)到一定范圍之后，若依然未使用安全帶，將通過源蜂鳴器、警示燈對使用者進(jìn)行警示，促使其規(guī)范佩戴安全帶。

通過移動端和PC端近距離無限通信、遠(yuǎn)程通信和遙測遙控功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時監(jiān)控高處作業(yè)人員作業(yè)高度、運(yùn)動狀態(tài)以及安全帶的使用與否等動態(tài)，顛覆傳統(tǒng)的人盯人監(jiān)管模式，以更加可靠的機(jī)器來取代人力，達(dá)到全方位、全天候、全過程監(jiān)管，消除管理盲區(qū)。

當(dāng)前高處作業(yè)人員大多文化素質(zhì)較低，接受能力較差，在高處作業(yè)的過程中，存在習(xí)慣性違章和理解誤區(qū)，總是認(rèn)為安全帶的使用影響了工作的正常開展，影響了施工進(jìn)度，因此，存在不佩戴安全帶或是已穿戴但安全帶鎖扣不扣的現(xiàn)象。

另外，因高處作業(yè)場所特殊、環(huán)境復(fù)雜，給現(xiàn)場管理人員的安全監(jiān)管帶來較大不便，存在安全監(jiān)管盲區(qū)，同時，也給監(jiān)管人員自身安全帶來隱患。如何確保所有人員能夠自覺規(guī)范地佩戴和使用安全帶，也是作為專職安全管理人員一直在思考的問題。

2 結(jié)束語

安全帶式室內(nèi)定位與行為管理系統(tǒng)的使用可以極大地減少因常規(guī)管理方式導(dǎo)致的監(jiān)督管理不到位以及使用者圖省事、怕麻煩等僥幸心理未能規(guī)范使用安全帶而導(dǎo)致的安全事故。后期，隨著海量設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和分析，可以形成更多的安全管理機(jī)制模型，逐步實(shí)現(xiàn)通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等數(shù)字技術(shù)手段的精細(xì)化安全生產(chǎn)管理機(jī)制。