無源鎖安全管控系統(tǒng)應(yīng)用于港口行業(yè)特殊空間作業(yè)的可行性

郭宇平　鄭育君　李平川

摘? 要：21世紀(jì)海上絲綢之路建設(shè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重大戰(zhàn)略部署，同時(shí)也是推進(jìn)全球貿(mào)易發(fā)展的重大舉措。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前世界貿(mào)易商品的80%由船舶運(yùn)輸完成。而港口是組成航運(yùn)重要的一部分，港口行業(yè)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，如何確保港口行業(yè)的作業(yè)安全顯得尤為重要。該文提出利用基于無源、無線充電及無線載波通信技術(shù)的智能鎖控技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)邏輯閉鎖功能，依托互聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)港口行業(yè)特殊空間生產(chǎn)作業(yè)過程的流程化管控，減少特殊空間作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，避免安全管控不當(dāng)引發(fā)安全事故，從而保障港口行業(yè)特殊空間作業(yè)的安全。

關(guān)鍵詞：無源鎖? ?安全性能? ?特殊空間作業(yè)安全管控? ?一體化智能安全終端

中圖分類號(hào)：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）09（b）-0050-04

Feasibility of Applying Passive Lock Safety Control System to Special Space Operation in Port Industry

GUO Yuping1? ZHENG Yujun1? LI Pingchuan2

（1.Xiamen Area of China（Fujian）Pilot：Free Trade Zone Port Power Supply&Tech Co.， Ltd.， Xiamen， Fujian Province， 361000 China; 2.Washu （Xiamen） Information Co.， Ltd.， Xiamen， Fujian Province， 361015? China）

Abstract： The construction of the 21st century Maritime Silk Road is not only a major strategic deployment for China to achieve the great rejuvenation of the Chinese nation， but also a major measure to promote the development of global trade. Data show that 80% of the current world trade commodities are transported by ships. Port is an important part of shipping， and the operation environment of port industry is complex. How to ensure the operation safety of port industry is particularly important. This paper proposes to use the intelligent locking technology based on passive， wireless charging and wireless carrier communication technology， combined with the system logic locking function， and relying on the Internet and cloud data to realize the process control of the production and operation process in special space of port industry， reduce the safety risk of special space operation， and avoid safety accidents caused by improper safety control， so as to ensure the safety of special space operation in port industry.

Key Words： Passive lock; Safety performance; Safety control of special space operation; Integrated intelligent security terminal

港口行業(yè)特殊空間作業(yè)，指的是港口行業(yè)的作業(yè)人員進(jìn)入有限空間或存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)的空間實(shí)施的作業(yè)活動(dòng)。其中，有限空間作業(yè)，是指在封閉或半封閉的空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，由于空氣對(duì)流不暢通，很容易缺氧，或積聚高濃度有害物質(zhì)，進(jìn)而引發(fā)中毒、窒息等癥狀;而港口行業(yè)特殊空間作業(yè)，泛指因存在安全風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行嚴(yán)格授權(quán)管控的作業(yè)，例如：港區(qū)電力、通信、給排水系統(tǒng)的地下工井、地下管廊，港區(qū)污水系統(tǒng)的收集池、污液池、污水車間，港區(qū)電網(wǎng)的配電室、環(huán)網(wǎng)柜、岸電箱、光伏發(fā)電站、儲(chǔ)能站、高壓鐵塔，港區(qū)消防系統(tǒng)的密閉水池，港區(qū)的危險(xiǎn)品庫、油罐、化學(xué)品罐、燃料撬裝站，這些均屬于存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)的特殊空間作業(yè)區(qū)域。

特殊空間作業(yè)日常安全管控不嚴(yán)，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故，事故類型主要是中毒和窒息，以及火災(zāi)、爆炸、高處墜落、機(jī)械傷害、觸電等，這些事故的發(fā)生，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，社會(huì)影響惡劣。如何利用現(xiàn)代科技智能化手段，加強(qiáng)對(duì)港口行業(yè)特殊空間作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控，落實(shí)“安全第一、預(yù)防為主”的方針，避免發(fā)生惡性安全事故，對(duì)于構(gòu)建平安和諧社會(huì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

現(xiàn)如今，各種傳統(tǒng)門鎖/掛鎖已經(jīng)無法滿足港口行業(yè)對(duì)有限空間管控的需求，因?yàn)樾枰F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員隨時(shí)攜帶物理鑰匙，且安全性不高，所以需要在用戶識(shí)別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。該文主要介紹一款由廈門自貿(mào)片區(qū)港務(wù)電力有限公司和華數(shù)（廈門）信息有限公司聯(lián)合研發(fā)的“基于無源鎖控及動(dòng)態(tài)密鑰技術(shù)的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”），該系統(tǒng)通過手機(jī)配合配套的App使用，即可通過手機(jī)將智能鑰匙和門鎖建立藍(lán)牙連接，徹底解決了行業(yè)管理掛鎖和鑰匙的難題，也解決了傳統(tǒng)藍(lán)牙掛鎖換電池麻煩的問題。同時(shí)監(jiān)測(cè)特殊空間內(nèi)的環(huán)境、空氣中氣體的含量，當(dāng)特殊空間內(nèi)的環(huán)境不滿足作業(yè)條件時(shí)，鑰匙無法打開鎖具。這將統(tǒng)一通過后臺(tái)管理，統(tǒng)一授權(quán)，責(zé)任到人，從而讓港口行業(yè)特殊空間作業(yè)人員的人身、企業(yè)的財(cái)產(chǎn)安全得到更好的保障。在大幅降低人力成本的同時(shí)，又提高了工作效率和各類鎖的安全要求。

1? 系統(tǒng)組成介紹

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)管理中心、管理工作站、移動(dòng)智能終端、智能無源鎖、有限空間監(jiān)測(cè)終端這5個(gè)部分組成。

1.1 數(shù)據(jù)服務(wù)管理中心

數(shù)據(jù)服務(wù)管理中心是系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集中化管理，動(dòng)態(tài)加密授權(quán)運(yùn)算，及數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系管理等基礎(chǔ)服務(wù)。

1.2 管理工作站

1.2.1 系統(tǒng)管理交互工具集合，采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)

工作站由前臺(tái)操作界面、后臺(tái)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序和MySQL數(shù)據(jù)庫3個(gè)部分組成。前臺(tái)程序是由QT編寫的用戶交互界面，用于參數(shù)的設(shè)置、權(quán)限控制、用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理等操作。用戶界面直觀且操作簡(jiǎn)單，內(nèi)容簡(jiǎn)潔明了[1]。后臺(tái)服務(wù)一個(gè)基于現(xiàn)代C++的高性能多線程并發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器程序，采用IO多路復(fù)用的多事件循環(huán)多線程并發(fā)模型，支持大并發(fā)量連接，可同時(shí)處理10K以上連接數(shù)。程序以Windows后臺(tái)服務(wù)的方式運(yùn)行，集成OpenSSL庫，確保通行安全。采用國(guó)際高性能的M0+處理器作為核心處理器進(jìn)行鎖頭的管理和數(shù)據(jù)處理，采用128bit長(zhǎng)度加密密鑰進(jìn)行加密和SRP6加密登陸方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密傳輸，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠。

1.2.2 管理人員可通過該工具進(jìn)行操作

此系統(tǒng)解決了目前工作中開操作票后，無法掌握現(xiàn)場(chǎng)工作人員的具體操作對(duì)象、操作時(shí)間、完成后或者下班后的有限空間門禁的狀態(tài);解決了普通鎖對(duì)應(yīng)鑰匙多且管理復(fù)雜，鑰匙丟后有被誤使用風(fēng)險(xiǎn)的問題。

1.3 移動(dòng)智能終端

智能移動(dòng)終端是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的設(shè)備，通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過無線攜能通信技術(shù)與智能鎖的進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，是后臺(tái)與智能鎖之間的數(shù)據(jù)橋梁[2]。根據(jù)終端的配置情況，可分為分體式與一體式兩種。

1.3.1 分體式

分體式由智能手機(jī)和智能鑰匙兩個(gè)部分構(gòu)成，可充分利用操作人員已有的智能手機(jī)訪問系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的使用成本，也是目前主流應(yīng)用。

1.3.2 一體式

定制化的移動(dòng)智能終端，集成了智能鑰匙的功能，使用及維護(hù)便捷性更高。

1.3.3 智能鑰匙

智能鑰匙是為解決智能手機(jī)與智能無源鎖之間的交互而設(shè)計(jì)的專用工具，其采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線攜能通信技術(shù)，為智能鎖提供工作電源、獲取智能鎖狀態(tài)，傳遞開關(guān)鎖操作指令。

1.3.4 手機(jī)App

手機(jī)App是該系統(tǒng)提供給現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用的應(yīng)用軟件，運(yùn)行于智能移動(dòng)終端，支持Andriod/IOS系統(tǒng)。采用并行任務(wù)和多線程模式，利用手機(jī)的藍(lán)牙功能與鑰匙中的藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并通過鑰匙中的通信模塊實(shí)現(xiàn)與鎖頭數(shù)據(jù)進(jìn)行交互;利用手機(jī)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)功能，采用SRP6的登陸主站方式與主站管理系統(tǒng)進(jìn)行登陸數(shù)據(jù)交互完成登陸驗(yàn)證，并且利用手機(jī)聯(lián)網(wǎng)功能將鎖頭中的信息和數(shù)據(jù)與主站管理系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互和驗(yàn)證[3]，就需要對(duì)手機(jī)藍(lán)牙模塊和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)等功能進(jìn)行很好的調(diào)用和管理，減少手機(jī)內(nèi)存資源占用?？蓪?shí)現(xiàn)系統(tǒng)訪問認(rèn)證、用戶管理、組織管理、授權(quán)管理、開關(guān)鎖操作和記錄查詢功能。

1.4 有限空間監(jiān)測(cè)終端

有限空間監(jiān)測(cè)終端（物聯(lián)終端）集成震動(dòng)傳感器、磁干擾檢測(cè)傳感器、溫濕度傳感器、柜門傳感器、輸出控制口、攝像頭，是對(duì)有限空間環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)終端與智能鎖和各傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

2? 系統(tǒng)功能

2.1 操作人員管理

通過操作人員注冊(cè)賬號(hào)及管理人員審批的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)操作人員的管理，并可實(shí)現(xiàn)部門化、角色化管理?？赏ㄟ^管理人員在管理工作站批量創(chuàng)建賬號(hào)或操作人員在手機(jī)App端注冊(cè)實(shí)現(xiàn)[4]。

2.2 設(shè)備管理

設(shè)備和權(quán)限模塊包括手機(jī)藍(lán)牙及相關(guān)藍(lán)牙設(shè)備的連接、控制和檢測(cè)功能。用戶先進(jìn)行賬戶驗(yàn)證，通過后，再用手機(jī)或其他終端進(jìn)行藍(lán)牙檢測(cè)，當(dāng)藍(lán)牙功能開啟，將會(huì)提示藍(lán)牙被授予權(quán)限，如果用戶拒絕，將會(huì)退出系統(tǒng)。用戶同意后，即可進(jìn)行開鎖功能，用戶點(diǎn)擊開鎖后，系統(tǒng)進(jìn)入智能開鎖界面，用戶找到匹配的門鎖藍(lán)牙，點(diǎn)擊連接，即可進(jìn)行連接。實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與智能鎖的綁定登記，在注冊(cè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備地理信息的采集，為后續(xù)運(yùn)維提供基本信息。

2.3 授權(quán)管理

根據(jù)實(shí)際管理需要，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、操作人員、操作時(shí)間這3個(gè)維度的組合授權(quán)管理操作。在第三方系統(tǒng)支持的情況下，也可進(jìn)行工單綁定授權(quán)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、流程化管控的效果。

（1）授權(quán)管理功能系統(tǒng)具備兩種授權(quán)功能，分別為固定授權(quán)和臨時(shí)授權(quán)。固定授權(quán)指在鑰匙內(nèi)固化工作人員信息和開鎖范圍信息，工作人員攜帶電腦鑰匙可直接對(duì)設(shè)備鎖具進(jìn)行開鎖操作。臨時(shí)授權(quán)指由管理人員授權(quán)開鎖范圍和開鎖時(shí)效，工作人員攜帶授權(quán)鑰匙操作授權(quán)鎖具[5]。

（2）遠(yuǎn)程信息交互配網(wǎng)工作方式下，服務(wù)器/工作站與電腦鑰匙通過GPRS方式傳遞信息，工作人員可在任何位置接收任務(wù)票，并在開鎖完成后通過GPRS方式自動(dòng)發(fā)送開鎖結(jié)果至服務(wù)器，工作人員不用每次都返回主控室回傳操作信息。

（3）人員權(quán)限管理工作人員的角色配置為管理員、專工、值班長(zhǎng)、值班員和外部人員等，不同角色配置不同的操作權(quán)限，管理員級(jí)別最高，可以設(shè)置、更改其他人員的權(quán)限。

（4）開鎖記錄查詢服務(wù)器/工作站中，詳細(xì)記錄了開鎖人、開鎖時(shí)間、開鎖設(shè)備等信息，可以查詢開鎖記錄數(shù)據(jù)，可選擇開鎖人、時(shí)間段、設(shè)備名等檢索方式。鑰匙中保存了開鎖記錄追憶數(shù)據(jù)，用戶無法刪除。

（5）設(shè)備數(shù)據(jù)管理設(shè)備的相關(guān)信息儲(chǔ)存于服務(wù)器/工作站，包括設(shè)備名稱、鎖碼、設(shè)備位置和關(guān)聯(lián)設(shè)備信息等內(nèi)容，采用圖形方式直接顯示在軟件界面上。設(shè)備可按照地理位置、設(shè)備類型以及用戶使用習(xí)慣等分類[6]。

2.4 開關(guān)鎖記錄管理

自動(dòng)記錄每一次的開關(guān)鎖操作，包括設(shè)備、人員、時(shí)間、地點(diǎn)等相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)操作可追溯的管理效果，也可作為后續(xù)管理分析的基礎(chǔ)。

3? 主要應(yīng)用場(chǎng)景介紹

3.1 港口區(qū)域電力及通信地下工井、地下管廊的管制

港區(qū)電力及通信地下工井、地下管廊入口的上鎖井蓋，臨近海邊數(shù)量眾多，因成本限制大多數(shù)無法實(shí)現(xiàn)電源及通信線的接入，日常管理中這些鎖具的開關(guān)狀態(tài)無法自動(dòng)監(jiān)測(cè)，且普通鎖具防鹽霧性能較差損壞率高，故難以進(jìn)行管控。無關(guān)人員可輕易進(jìn)入，一旦進(jìn)入則可能造成人員傷亡或設(shè)備損壞的安全事故。

港區(qū)地下工井、管廊、水池等相對(duì)密閉空間的巡檢或維護(hù)，人員進(jìn)入前，必須嚴(yán)格履行強(qiáng)制通風(fēng)、氧氣濃度檢測(cè)等程序。這些確保作業(yè)安全的流程基本上靠員工的自覺及自我安全意識(shí)，有時(shí)會(huì)因緊急搶修而忽略，存在較大的危險(xiǎn)因素。

現(xiàn)可以運(yùn)用“無源鎖控及動(dòng)態(tài)密鑰技術(shù)的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”的作業(yè)程序，該程序強(qiáng)制通風(fēng)動(dòng)作及氧氣檢測(cè)等安全行為與門鎖綁定，不履行應(yīng)有的安全動(dòng)作，未經(jīng)允許門鎖就無法打開，以此實(shí)現(xiàn)特殊空間作業(yè)的本質(zhì)安全[7]。

3.2 港區(qū)電力環(huán)網(wǎng)柜、配電室、高壓岸電裝置的管制

遍布港區(qū)的電力環(huán)網(wǎng)柜、配電室、高壓岸電裝置，數(shù)量眾多，日常巡檢的頻率較高，管理員需要擁有數(shù)量眾多的門鎖鑰匙，有時(shí)為了倒班交接圖方便，這些鑰匙放在公共處所，領(lǐng)用登記靠自覺，存在一定的管理漏洞。

現(xiàn)采用該系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)每個(gè)站點(diǎn)的開鎖密碼不同的前提下，一把智能鑰匙覆蓋片區(qū)的所有站點(diǎn)。同時(shí)，管理者可以通過電腦或手機(jī)端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程密碼動(dòng)態(tài)授權(quán)。

3.3 港區(qū)光伏發(fā)電站、危險(xiǎn)貨品庫的管制

港區(qū)光伏發(fā)電站、危險(xiǎn)貨品庫，均需進(jìn)行管控，站點(diǎn)出入口必須采用鎖控或門禁，防止無關(guān)人員進(jìn)入，進(jìn)入站點(diǎn)巡檢及維護(hù)人員必須持證上崗、進(jìn)入之前須向主管部門申請(qǐng)，審核通過后才能進(jìn)入管制區(qū)域。傳統(tǒng)鑰匙可復(fù)制，難以做到嚴(yán)防死守，且申請(qǐng)進(jìn)入管制區(qū)域的流程需要的時(shí)間較長(zhǎng)，影響工作效率。

現(xiàn)采用該系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)每個(gè)站點(diǎn)的開鎖密碼不同的前提下，一把鑰匙覆蓋片區(qū)的所有站點(diǎn)。工作人員可以通過手機(jī)App申請(qǐng)進(jìn)入管制區(qū)域，同時(shí)管理者可以通過電腦或手機(jī)端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程密碼動(dòng)態(tài)授權(quán)，節(jié)省了審批時(shí)間，提高了工作效率。另一方面也讓開鎖關(guān)鎖的電子記錄作為日常巡檢的“巡檢記錄”。

4? 結(jié)語

“基于無源鎖控及動(dòng)態(tài)密鑰技術(shù)的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”通過科技創(chuàng)新手段，研制一種集傳感、通信、無源鎖控功能的一體化智能終端，并結(jié)合作業(yè)流程和管理規(guī)范開發(fā)一套安全管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)港口行業(yè)特殊空間作業(yè)許可權(quán)限管理，有效地防止人員擅入、闖入、誤入等引發(fā)的安全事故，并通過傳感模塊與鎖控模塊的閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)安全因子過量時(shí)對(duì)門禁進(jìn)行主動(dòng)閉鎖，強(qiáng)制員工履行必要的安全行為，保障工作人員的人身安全，同時(shí)可以在平臺(tái)端查詢每個(gè)鎖的狀態(tài)及開關(guān)記錄信息、授權(quán)信息，實(shí)現(xiàn)保護(hù)設(shè)備和人員的安全，降低安全事故的目標(biāo)，具有廣闊的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘晨燕，涂福榮.基于智能變電站全面感知的輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)典型配置方案[J].能源與環(huán)境，2019（6）：13-15.

[2] 王燕平.基于藍(lán)牙技術(shù)的智能魚缸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2021，50（3）：43-45.

[3] 王哲，佟忠正.電網(wǎng)基建域移動(dòng)管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2020（3）：149-151，155.

[4] 余洪雷，陳玉琪，李盧城，等.變電站運(yùn)維輔助及風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用[J].電子世界，2019（24）：193-194.

[5] 盛海華，王德林，馬偉，等.基于大數(shù)據(jù)的繼電保護(hù)智能運(yùn)行管控體系探索[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2019，47（22）：168-175.

[6] 王俊吉，張寧.基于PLC的筒倉安全系統(tǒng)中無線通訊的設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（31）：7-11.

[7] WU Y，ZHOU Y C，SAVERIADES G，et al.Local Shannon Entropy Measure with Statistical Tests for Image Randomness[J].Information Sciences，2013，222：323-342.

作者簡(jiǎn)介：郭宇平（1970—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楦劭诠こ獭?/p>

鄭育君（1990—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行。