定位技術(shù)在海油碼頭安全生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

白 浩，宋金標(biāo)

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，廣東湛江 524057）

0 引言

隨著衛(wèi)星定位及通信技術(shù)的發(fā)展，新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Wi-Fi、ZigBee、GPS、北斗、藍(lán)牙和超寬帶等，在企業(yè)、交通、工廠等得到了廣泛應(yīng)用[1]?？纱┐骷夹g(shù)作為一個(gè)新興領(lǐng)域，在和定位設(shè)備集成方面處于探索應(yīng)用階段，如何將定位技術(shù)應(yīng)用到作業(yè)安全管理中去，是此次研究的重點(diǎn)內(nèi)容[2]。海油碼頭工作環(huán)境復(fù)雜，目前在作業(yè)安全管控方面缺少對(duì)作業(yè)人員的邊界區(qū)域安全管控，在涉及危險(xiǎn)區(qū)域、授權(quán)區(qū)域及作業(yè)過程中缺少監(jiān)控手段[3]。因此，將從面臨的問題、技術(shù)方案及預(yù)期成效等方面展開討論。

1 企業(yè)安全生產(chǎn)管理面臨的問題

當(dāng)前海油碼頭生產(chǎn)作業(yè)包括項(xiàng)目實(shí)施、作業(yè)管理、車輛調(diào)度等。項(xiàng)目實(shí)施指通過項(xiàng)目人員對(duì)作業(yè)現(xiàn)場的巡視，能夠及時(shí)掌握項(xiàng)目的實(shí)施情況，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目存在的缺陷；作業(yè)管理是現(xiàn)場涉及安全區(qū)域、受控區(qū)域、人身傷害區(qū)域的管控，實(shí)時(shí)了解受控區(qū)域的人員狀態(tài)；車輛調(diào)度是項(xiàng)目人員實(shí)時(shí)了解作業(yè)區(qū)域的車輛狀態(tài)及運(yùn)行狀態(tài)，便于車輛調(diào)度及作業(yè)計(jì)劃[3]。由于傳統(tǒng)的生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)受限于技術(shù)水平，作業(yè)人員的安全防護(hù)難以得到全面保障。企業(yè)廠區(qū)人員、車輛管控多以巡視、廣播、電話、信息等方式，難以主動(dòng)感知、及時(shí)了解信息，容易造成因信息回復(fù)不暢造成的人身傷害。

基于人員、車輛的廠區(qū)位置管理信息是企業(yè)安全生產(chǎn)的需要。一是作業(yè)人員管理的需要：在危險(xiǎn)作業(yè)及管控時(shí)，只能在特定的作業(yè)時(shí)間及作業(yè)區(qū)工作或逗留，不得擅自跨越安全圍欄，一旦誤入應(yīng)立即進(jìn)行告警；二是作業(yè)安全管理的需要：碼頭廠區(qū)危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)地帶有時(shí)不易辨識(shí)，操作區(qū)域多，注意事項(xiàng)比較多，為了保障作業(yè)場所的安全，防止工作人員受到傷害，需要強(qiáng)化現(xiàn)場作業(yè)人員精準(zhǔn)定位研究，杜絕現(xiàn)場安全事故的出現(xiàn)。定位技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)S區(qū)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行精確劃分，一旦出現(xiàn)逾越工作區(qū)域的狀況，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行告警[4]。

2 定位技術(shù)的研究應(yīng)用

結(jié)合位置定位技術(shù)及可穿戴技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)海油碼頭現(xiàn)場作業(yè)情況，進(jìn)行可穿戴式定位終端設(shè)備及車輛位置信息的技術(shù)方案設(shè)計(jì)，解決位置定位信息及可穿戴式作業(yè)安全管控的技術(shù)問題。

2.1 定位技術(shù)的研究及技術(shù)路線選擇

海油碼頭現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，項(xiàng)目開展多、設(shè)備多，需要針對(duì)性確定合理的定位方案。

（1）通常情況下，基于紅外線的定位技術(shù)精度有限，一是紅外線傳播有效距離較短，難以穿透障礙物；二是實(shí)際應(yīng)用中容易受室內(nèi)布局以及燈光等因素的影響，因此定位成本相對(duì)較高，應(yīng)用范圍受限。

（2）RFID（Radio Frequency Identification System，射頻識(shí)別）技術(shù)在應(yīng)用中傳播范圍相對(duì)較大且成本低廉，但是其缺點(diǎn)在于作用距離短，一般為幾十米。另外，射頻識(shí)別技術(shù)不具備通信能力，單純依賴該技術(shù)難以進(jìn)行室外定位，因此大多與其他輔助技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用[5]。

（3）藍(lán)牙定位技術(shù)具有較高的安全性，通常來說藍(lán)牙裝備體積較小、能耗較低，具有較好的成本優(yōu)勢。當(dāng)前，諸多智能終端已經(jīng)集成了藍(lán)牙模塊，具有較好的適用性和推廣功能。需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用中藍(lán)牙定位技術(shù)抗干擾能力不強(qiáng)，有效通信范圍較小，在外界噪聲的干擾下定位精度不佳。

（4）定位技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣的是移動(dòng)定位服務(wù)，GPS 和北斗高精度定位技術(shù)成熟，適合大面積的戶外廠區(qū)應(yīng)用。設(shè)備兼容性及設(shè)備的應(yīng)用性越來越廣，對(duì)人體的輻射和可穿戴設(shè)備的集成越來越多，體積及設(shè)備也可以定制化。

結(jié)合碼頭作業(yè)環(huán)境分析，廠區(qū)區(qū)域面積大且內(nèi)部復(fù)雜，安全距離小，要求定位精度在米級(jí)，因此基于移動(dòng)定位服務(wù)的北斗定位技術(shù)可以滿足要求。

2.2 定位技術(shù)應(yīng)用面臨的問題

（1）位置定位信息與可穿戴設(shè)備的集成。位置定位信息結(jié)合可穿戴技術(shù)對(duì)于裝置設(shè)備的小型化、微型化以及異構(gòu)化程度要求極高，此外，為了更好地提升設(shè)備裝置的傳感性能和交互水平，需要不斷提升軟硬件的交互水平。研究位置定位技術(shù)、可穿戴設(shè)備、廠區(qū)運(yùn)檢設(shè)備的感知、計(jì)算和交互實(shí)現(xiàn)技術(shù)的集成化方法，增強(qiáng)位置定位可穿戴設(shè)備功能，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步弱化可穿戴設(shè)備對(duì)自身硬件能力的依賴。

（2）位置定位信號(hào)的干擾對(duì)信息傳輸?shù)挠绊懠胺€(wěn)定性保障方法。在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場，電磁干擾可通過輻射、傳導(dǎo)兩種方式對(duì)位置定位信息傳輸產(chǎn)生影響。同時(shí)移動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)弱等也會(huì)對(duì)位置定位信息的獲取產(chǎn)生影響。因此，可以通過基站改善信號(hào)強(qiáng)度，提高其防干擾性能。

3 定位技術(shù)建設(shè)方案

根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場中各類業(yè)務(wù)的需求情況，安裝相應(yīng)的位置定位可穿戴式作業(yè)設(shè)備及系統(tǒng)平臺(tái)，除了實(shí)現(xiàn)多種功能和形態(tài)的可穿戴式作業(yè)設(shè)備的微型化和集成化，還需要深入研究并實(shí)現(xiàn)位置定位可穿戴設(shè)備的安全防護(hù)技術(shù)，并開發(fā)相應(yīng)的可穿戴設(shè)備數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)，定位系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 定位系統(tǒng)示意

在方案集成時(shí)，設(shè)計(jì)合理的硬件實(shí)現(xiàn)方案和軟件系統(tǒng)方案，確保設(shè)備的可穿戴性和安全防護(hù)能力，并且能夠保證外界干擾環(huán)境下的信號(hào)處理以及豐富的參數(shù)檢測功能，有利于現(xiàn)場作業(yè)效率的提高和相關(guān)設(shè)備的維護(hù)。

3.1 實(shí)現(xiàn)方式

基于北斗位置信息服務(wù)的高精度定位管理平臺(tái)應(yīng)用差分定位原理，通過地基增強(qiáng)基站和終端同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，使用無線傳輸技術(shù)將基站觀測數(shù)據(jù)和基站準(zhǔn)確坐標(biāo)實(shí)時(shí)傳輸至終端，利用基站和終端之間空間信息的相關(guān)性，在終端上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)差分計(jì)算，再通過無線傳輸技術(shù)將差分定位結(jié)果傳輸至差分服務(wù)器，與高精度地圖數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)人員、車輛的亞米級(jí)車道高精度定位與服務(wù)。監(jiān)管平臺(tái)可查詢?nèi)藛T、車輛的實(shí)時(shí)位置信息。監(jiān)控平臺(tái)在電子地圖上顯示人員、車輛位置信息。

3.2 技術(shù)原理

原始數(shù)據(jù)經(jīng)基站差分系統(tǒng)接收后，需要對(duì)其進(jìn)行分析處理，并采用標(biāo)準(zhǔn)RINEX 格式記錄觀測數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢在于既能夠?qū)?shù)據(jù)文件直接儲(chǔ)存到本地計(jì)算機(jī)，又能夠根據(jù)用戶設(shè)定的要求定期上傳到服務(wù)器。通常情況下，差分?jǐn)?shù)據(jù)由控制中心統(tǒng)一發(fā)布。當(dāng)流動(dòng)站用戶進(jìn)行高精度定位操作時(shí)，可基于4G 網(wǎng)絡(luò)獲取控制中心的差分?jǐn)?shù)據(jù)。除此以外，基站差分系統(tǒng)還能夠?yàn)橛脩籼峁┗鶞?zhǔn)站接收機(jī)管理等其他功能，滿足用戶的多樣化需求?？傮w來說，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下5 個(gè)方面：

（1）多用戶：一個(gè)固定的基準(zhǔn)站能夠支持多個(gè)流動(dòng)站的差分服務(wù)，且支持大數(shù)據(jù)并發(fā)功能。

（2）高精度：基準(zhǔn)站不僅可以提供后處理原始數(shù)據(jù)，還能夠發(fā)布實(shí)時(shí)高精度載波相位差分信號(hào)，滿足用戶的定位精度需求。

（3）多通信方式：原始數(shù)據(jù)也可以通過互聯(lián)網(wǎng)下載。

（4）差分覆蓋面廣：基于4G 網(wǎng)絡(luò)能夠確保差分信號(hào)的高質(zhì)量傳輸，確保用戶接收信號(hào)的有效性、實(shí)時(shí)性和完整性。

（5）組網(wǎng)便捷：通常情況下一個(gè)或多個(gè)以上的基準(zhǔn)站均能正常工作。

3.3 功能方案

可穿戴定位設(shè)備集成，將北斗定位裝置和安全帽設(shè)備集成，采用磁片吸附的方式將設(shè)備集成到安全帽上面。人員的安全帽上裝有定位裝置，定位裝置實(shí)時(shí)向數(shù)據(jù)中心傳遞人員的位置信息，數(shù)據(jù)中心在區(qū)域地圖上展示人員位置信息，并且每隔一段時(shí)間記錄人員位置信息，方便查看人員的行動(dòng)軌跡信息。各個(gè)重點(diǎn)區(qū)域或者受限區(qū)域攝像頭監(jiān)控是否有人員進(jìn)入，通過人員定位判別哪些人員違反規(guī)定進(jìn)入了受限區(qū)域。車輛定位通過安裝被動(dòng)車載定位裝置，將位置信息通過4G 模塊傳輸至數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，結(jié)合地圖信息實(shí)時(shí)顯示車輛的運(yùn)行區(qū)域及狀態(tài)，還可以結(jié)合移動(dòng)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)度及安全管理。

4 應(yīng)用及建設(shè)成效分析

本項(xiàng)目建立基于北斗技術(shù)的可穿戴式定位及車載定位的安全生產(chǎn)管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員、車輛的安全防護(hù)預(yù)警及管控。同時(shí)將可穿戴技術(shù)應(yīng)用在電力作業(yè)現(xiàn)場安全防護(hù)中，能夠方便快捷地監(jiān)視作業(yè)人員的工作狀態(tài)以及作業(yè)范圍，并通過報(bào)警等方式及時(shí)提醒作業(yè)人員，最大程度上規(guī)避安全事故的發(fā)生，消除安全隱患，具有較好的適用性和可推廣性。作業(yè)人員使用可穿戴設(shè)備，當(dāng)擅自跨越安全圍欄、誤入管控區(qū)域、與設(shè)備小于安全距離等立即進(jìn)行語音告警，及時(shí)制止違章行為，防止安全事故的發(fā)生。

項(xiàng)目研究成果如得到規(guī)?；茝V應(yīng)用，能夠大大提高生產(chǎn)作業(yè)的安全性、便捷性和高效性，而且通過規(guī)模化推廣應(yīng)用獲得經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)一步研究位置定位信息和可穿戴式作業(yè)安全管控監(jiān)測設(shè)備及系統(tǒng)的在線監(jiān)控與分析，從而降低企業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高工作效率，間接提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)束語

隨著信息化、智能化、數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)安全的管控手段越來多樣化，但是以人為本，減少安全事故是企業(yè)生產(chǎn)的永恒主題。因此在探索基于新技術(shù)應(yīng)用的作業(yè)管理方面，緊緊圍繞生產(chǎn)需求，解決企業(yè)問題，發(fā)揮更大價(jià)值。但技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)際業(yè)務(wù)需求之間需要通過實(shí)踐的積累和完善才能發(fā)揮作用，本文研究的技術(shù)在特定范圍內(nèi)還存在一定局限線性，在應(yīng)用的實(shí)際效果方面還需進(jìn)一步驗(yàn)證。