化工行業(yè)基于定位技術的生產(chǎn)安全信息化應用

(新疆天業(yè)（集團）有限公司，新疆石河子市，832000)）李 津

化工生產(chǎn)工藝多數(shù)具有高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易腐蝕等特點，并且生產(chǎn)設備容易產(chǎn)生跑冒滴漏，既污染環(huán)境，又易引發(fā)火災、爆炸事故。生產(chǎn)使用的設備、儀表、管道、閥門等任何一個環(huán)節(jié)在設計、選材、制造以及維修保養(yǎng)方面出現(xiàn)問題，都會給生產(chǎn)和從事生產(chǎn)的人員帶來危險，人員的安全是重中之重，如何保障化工從業(yè)人員的安全，是所有化工企業(yè)關心的問題。

通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在安全生產(chǎn)中的融合應用，增強工業(yè)安全生產(chǎn)的感知、監(jiān)測、預警、處置和評估能力，加速安全生產(chǎn)從靜態(tài)分析向動態(tài)感知、事后應急向事前預防、單點防控向全局聯(lián)防的轉變，提升工業(yè)生產(chǎn)本質安全水平。

1 人員的日常行為管理

通過定位技術，精確顯示人員動態(tài)，第一時間掌握人員情況，和各種業(yè)務系統(tǒng)進行深度融合，實現(xiàn)各業(yè)務系統(tǒng)之間以及業(yè)務系統(tǒng)與定位技術的數(shù)據(jù)互通、功能互動、互相支撐。

1.1 廠區(qū)內(nèi)的人、車統(tǒng)計及管理

通過定位系統(tǒng)，實時統(tǒng)計廠區(qū)內(nèi)的人員及車輛的數(shù)量，與考勤系統(tǒng)集成，核對應到和實到人數(shù)，杜絕遲到和早退現(xiàn)象。對道路上人員和車輛進行實時跟蹤，形成人員和車輛的活動軌跡。對車輛進行區(qū)域測速，對1人帶多卡進行軌跡重疊識別。違規(guī)則聯(lián)動語音系統(tǒng)進行現(xiàn)場警告，并聯(lián)動視頻取證和核實。與GIS地圖進行集成，能夠直觀的看到人員和車輛在廠區(qū)內(nèi)的分布狀態(tài)。

1.2 出入口人、車管理

與門禁系統(tǒng)集成，杜絕一卡多刷進入門禁；與人臉識別系統(tǒng)集成杜絕人卡不一致及帶多卡進入廠區(qū)的現(xiàn)象；與車牌識別系統(tǒng)集成杜絕車卡不一致現(xiàn)象。并確保人和車在安全的時間、通過安全的門進出，違規(guī)則聯(lián)動語音系統(tǒng)進行現(xiàn)場警告，并聯(lián)動視頻取證和核實。

1.3 人員到崗管理

通過定位系統(tǒng)，對需要24h有人值守的重要崗位，進行監(jiān)督管理，當該區(qū)域少于規(guī)定人數(shù)的時候，進行告警，同時與視頻平臺集成，進行取證和核實。

1.4 訪客及車輛管理

設立內(nèi)部員工、施工人員、外包人員、外部臨時訪客四種角色，若人員去往權限不符的位置，標簽做蜂鳴報警或者聯(lián)動語音系統(tǒng)進行告警，同時向后端平臺發(fā)送報警信號，并通過應用平臺回溯歷史軌跡。其中，內(nèi)部員工、施工人員、外包人員都有相對固定的活動區(qū)域，外部臨時訪客需要通過訪客預約系統(tǒng)提前預約需要進入廠區(qū)的區(qū)域，經(jīng)批準后，在門衛(wèi)室刷身份證，獲取臨時卡，該卡片預置經(jīng)批準的門禁權限以及行走路線，與定位系統(tǒng)聯(lián)動，當偏離或者超出行走路線范圍的時候進行告警，并記錄訪客的行走路線，便于回溯。

1.5 危險、偏遠區(qū)域的人員管理

實時監(jiān)測出入吊裝作業(yè)、動火作業(yè)等危險區(qū)域以及人員較為稀少的偏遠區(qū)域的人員，通過定位系統(tǒng)判斷人員的位置，若違規(guī)闖入或人數(shù)超限，則聯(lián)動語音系統(tǒng)，發(fā)出現(xiàn)場告警，同時與視頻平臺集成，進行取證和核實。

1.6 安全紅線管理

通過抓取視頻流，運用AI圖像識別技術對人的不安全行為進行識別，例如在廠區(qū)內(nèi)不佩戴安全帽、不按規(guī)定穿反光衣、登高作業(yè)不系安全帶等現(xiàn)象，結合定位系統(tǒng)快速鎖定具體人員。

2 提升巡檢質量

巡檢是工廠正常生產(chǎn)的保證。在巡檢過程中，要求操作工不僅要熟悉本崗位的操作與流程，而且要按時按照巡檢檢查路線把所負責的重要設備、管道、閥門、電器、儀表、控制的工藝參數(shù)等進行細致檢查，確保無安全隱患。

與基于RFID卡的巡檢系統(tǒng)相比，基于定位的巡檢系統(tǒng)，有一定的優(yōu)勢，基于定位的巡檢系統(tǒng)規(guī)定巡檢人員、巡檢點、巡檢區(qū)域、巡檢路線、巡檢順序、巡檢時間和計劃，能夠進行不按時巡檢、漏檢、替檢、檢牌不檢點、跑步巡檢的判斷，而基于RFID卡的巡檢系統(tǒng)只能判斷漏檢和不按時巡檢的現(xiàn)象。

3 確保應急救援的及時性

3.1 與應急管理系統(tǒng)、HSE系統(tǒng)集成

定位系統(tǒng)與應急管理系統(tǒng)、HSE系統(tǒng)、融合通信系統(tǒng)集成，結合GIS地圖，繪制安全一張圖，突發(fā)事件時根據(jù)危險源、事故類型和事故等級等信息，通過定位系統(tǒng)確定人員的位置，迅速啟動相應預案，調(diào)入和顯示任務集、應急專家、應急組織、應急資源信息，并在安全一張圖上顯示相關內(nèi)容。

3.2 與火災報警系統(tǒng)的集成

獲取火災報警系統(tǒng)的報警數(shù)據(jù)，當發(fā)生火災的區(qū)域仍有人員滯留，聯(lián)動語音系統(tǒng)告警，并結合實際情況迅速組織救援。

3.3 與實時數(shù)據(jù)庫的集成

通過實時數(shù)據(jù)庫，獲取GDS數(shù)據(jù)，當可燃有毒報警探頭在集中區(qū)域報警的時候，結合定位系統(tǒng)，若該區(qū)域仍有人員滯留，聯(lián)動語音系統(tǒng)告警，并結合實際情況迅速組織救援。

4 輔助作業(yè)票管理

4.1 設置電子圍欄在臨時作業(yè)區(qū)域運用移動定位設備，形成臨時

的電子圍欄，嚴格控制人員的出入，核實人員身份、作業(yè)時間等，同時聯(lián)動視頻和語音系統(tǒng)，進行告警和取證。

4.2 安全作業(yè)票審批

在作業(yè)票流程管理（作業(yè)票上報、作業(yè)審批確認、作業(yè)過程監(jiān)控、完工驗收）過程中，結合定位完成規(guī)定距離內(nèi)簽審作業(yè)票，增加作業(yè)過程的行為觀察和違章管理。

基于定位技術的生產(chǎn)安全信息化解決方案的輸入輸出及集成關系如圖1所示：

圖1 輸入輸出及集成關系圖

5 幾種常用的定位技術

5.1 無線射頻（RFID）技術

分為無源（被動式）射頻技術和有源（主動式）射頻技術，有源射頻又分為有源RFID技術和ZigBee/802.15.4技術；無源射頻技術又分為近距離RFID技術和遠距離RFID技術。

5.1.1 有源RFID與無源RFID的對比

有源RFID自帶便簽能源，對讀寫器信號的強度要求較低；有源RFID實時性較高，小于等于10s，能夠穿透人體，同時識別多人的位置信息，而無源RFID無穿透性，多人刷卡會有嚴重沖突；有源RFID具備自動檢測損壞報警、環(huán)境監(jiān)控（傳感器標簽）及人員和設備實時定位、跟蹤等功能，而無源RFID則不具備這些功能。

5.1.2 有源RFID與ZigBee技術的優(yōu)劣性

有源RFID技術的定位需要事先采集定位區(qū)域內(nèi)多個定位基站發(fā)射信號的RSSI值，定位設備通過實時采集比較RSSI值，實現(xiàn)相似度擬合和位置確定。由于事先采集RSSI數(shù)據(jù)的工作量較大，而且定位區(qū)域會因人員移動、中大型電子設備干擾而發(fā)生變化，會影響定位精度。

ZigBee技術主要面向無線個人區(qū)域網(wǎng)（PAN），網(wǎng)絡系統(tǒng)在應用中具有近距離、低功耗、低成本等特點。ZigBee定位屬于無線傳感網(wǎng)（WSN）技術范疇，技術理念先進，但其缺陷在于網(wǎng)絡穩(wěn)定性還有待提高，易受環(huán)境干擾。ZigBee的定位精度在移動時會受到人體較大干擾，可靠性降低。

5.2 無線網(wǎng)絡（WiFI）技術

WiFi定位技術有兩種，一種是通過移動設備和三個無線網(wǎng)絡接入點的無線信號強度，通過差分算法進行三角定位，另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度，通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，來確定位置。WiFi的優(yōu)勢在于日益普及的WLAN，越來越多的WiFi熱點將為定位提供更多的參照點，將有效提高定位的精確度。缺點在于無線網(wǎng)絡加密算法的脆弱性，其安全性存在一定缺陷。

5.3 超寬帶（UWB）技術

UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬且無需載波的先進無線通信技術，超寬帶無線電中的信息載體為脈沖無線電（Impulse Radio,IR）。這種技術的特點是通過對非常窄（往往小于1ns）的脈沖信號進行調(diào)制，以獲得非常寬的帶寬來傳輸數(shù)據(jù)。由于不需要價格昂貴、提及龐大的中頻設備，UWB沖擊無線電通信系統(tǒng)的體積小且結構簡單、隱秘性和保密性強、功耗低、多徑分辨力強、數(shù)據(jù)傳輸率高、定位精確、抗干擾能力強[1]。

5.4 衛(wèi)星定位

多適用于室外露天環(huán)境。在衛(wèi)星信號無遮擋的理想環(huán)境下，利用差分基站彌補，理論上GPS可以實現(xiàn)5m的精度，在化工廠等復雜環(huán)境下，GPS信號會經(jīng)過多次的折、反射，造成信號誤差，漂移誤差一般在10m左右，且漂移沒有規(guī)律性，還會出現(xiàn)“穿越裝置、設備、墻體，里外不分、上下不分”等原則性錯誤[2]。

6 結論

綜上所述，定位技術是安全管理信息化的基礎，用位置數(shù)據(jù)支持業(yè)務系統(tǒng)，將位置數(shù)據(jù)與業(yè)務系統(tǒng)深度融合，用位置數(shù)據(jù)管理員工的日常行為、用位置數(shù)據(jù)管理作業(yè)、用位置數(shù)據(jù)管理巡檢，形成基于定位系統(tǒng)的安全管理、基于定位系統(tǒng)的作業(yè)全流程管理、基于定位系統(tǒng)的巡檢管理。通過定位系統(tǒng)，能夠切實提高生產(chǎn)效率和效益，同時確保企業(yè)的生產(chǎn)安全。