基于智能可穿戴設(shè)備的電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控模型研究

譚亮，王博

國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司天水供電公司，甘肅天水，741000

0 引言

電廠現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)主要包括巡檢、維修等一系列工作，這些工作在過去都是以工作人員到現(xiàn)場(chǎng)，通過視覺、感覺以及自身的經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行設(shè)備的巡檢、維護(hù)、維修等工作。工作人員在完成上述工作時(shí)所采集到的各類信息多會(huì)采用紙質(zhì)記錄或者PDA記錄，這樣不僅會(huì)對(duì)人員安全操作造成不良影響，也嚴(yán)重制約了工作效率[1]。隨著工業(yè)智能化進(jìn)程的推進(jìn)和相關(guān)政策的出臺(tái)，智能化領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。近年來，智能可穿戴技術(shù)高速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也日益廣泛，它能夠適應(yīng)各類復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境以及多樣的應(yīng)用模式。

1 智能可穿戴設(shè)備在電力施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的意義

電力企業(yè)具有設(shè)備密集、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，其日常運(yùn)行、巡檢等現(xiàn)場(chǎng)工作都需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，從而確保設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)檢修人員需操作設(shè)備使其進(jìn)入檢修狀態(tài)，再根據(jù)現(xiàn)有的圖紙、檢修程序等資料，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的檢修和維護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、需操作點(diǎn)較多、現(xiàn)場(chǎng)面積較廣，甚至還需要完成高空作業(yè)、帶電作業(yè)、交叉作業(yè)等具有較高風(fēng)險(xiǎn)的操作，不僅任務(wù)量較大，且還具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。而可穿戴設(shè)備能夠利用自身計(jì)算、監(jiān)測(cè)、信息傳遞等解決上述問題。為了滿足電力企業(yè)日常現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，所應(yīng)用的智能可穿戴設(shè)備需要集成較多的功能，因此，其應(yīng)用以體積較大的頭盔式或以頭盔為載體的智能眼鏡為主[3]。

智能可穿戴設(shè)備可以幫助電力工人提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)能力，增強(qiáng)他們的感官能力和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)提升巡檢質(zhì)量，降低設(shè)備維護(hù)成本。這些設(shè)備集成了視頻傳輸技術(shù)、人工智能技術(shù)、語音交互技術(shù)、各類傳感器及無線通信裝置，可以解決遠(yuǎn)程設(shè)備維護(hù)指導(dǎo)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)培訓(xùn)等問題。因此，智能可穿戴設(shè)備在電力施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用能夠提高工作效率和安全性。

2 安全管控模型的設(shè)計(jì)與開發(fā)

電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控模型是基于智能可穿戴設(shè)備研發(fā)的，主要包括無線傳輸模塊、輸入輸出裝置、多功能集成裝置、操作平臺(tái)等，各個(gè)模塊相互聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與共享，從而構(gòu)成了一個(gè)完整的安全管控模型，用于對(duì)電力施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全管控[4]，見圖1。該模型需要具備以下功能：①可對(duì)電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)進(jìn)行全流程監(jiān)管，也能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和深入分析；②系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄、搜索、對(duì)比能力，能夠確保工作人員在歷史記錄知識(shí)庫(kù)幫助下快速完成故障定位，并能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供指導(dǎo)信息；③與常規(guī)手持終端相比，該模型能夠?qū)⑹┕がF(xiàn)場(chǎng)整體場(chǎng)景和過程清晰地顯示在可穿戴設(shè)備終端上。

圖1 電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控模型

2.1 無線傳輸模塊

常規(guī)的可穿戴設(shè)備多采用藍(lán)牙模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，本次設(shè)計(jì)為了提高信息傳輸效果，特采用藍(lán)牙+WLAN無線通信系統(tǒng)，提高設(shè)備的低能耗、短距離通信系統(tǒng)的效率。在電力施工現(xiàn)場(chǎng)，如果場(chǎng)地面積較大時(shí)，藍(lán)牙模塊的信息接收能力將明顯下降，此時(shí)可通過切換WLAN等無線通信模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸，有效地確保了整個(gè)模型各個(gè)模式之間通信的穩(wěn)定性和靈活性[5]。

2.2 輸入輸出裝置

根據(jù)電力企業(yè)安全管控操作需求，該模型的輸入裝置主要包括語音系統(tǒng)、影像系統(tǒng)和傳感器等，而輸出系統(tǒng)則主要包括耳機(jī)、顯示器等具體裝置。輸入系統(tǒng)為數(shù)據(jù)、信息采集工具，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況與工作人員對(duì)智能可穿戴設(shè)備的使用需求，向無線傳感器自主網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)的信息。輸出裝置主要用于向工作人員提供其所需的各類信息，使其能夠在工作過程中直觀地接收各項(xiàng)信息和數(shù)據(jù)。輸入和輸出設(shè)備都是基于智能化可穿戴設(shè)備所設(shè)計(jì)的，故而可以靈活搭配，還能夠根據(jù)工作人員的實(shí)際需求安排特定的設(shè)備[6]。

2.3 多功能集成裝置

基于智能可穿戴設(shè)備的安全管控模型的多功能集成裝置能夠?qū)⒄麄€(gè)模型中的各個(gè)部分高效地結(jié)合在一起。為了滿足安全感知模型特定需求，使無線智能可穿戴設(shè)備在大小、性狀方面都能夠符合工作人員操作時(shí)的便攜需求，這就需要對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行有機(jī)整合，多功能集成就有著非常重要的意義。多功能集成化程度越高，智能可穿戴設(shè)備就能夠越來越微型化，但是在現(xiàn)階段，多功能集成裝置還受到現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)水平的制約，故而多功能集成裝置還是有一定限度的[7]。

2.4 操作平臺(tái)

安全感知管控模型的操作平臺(tái)是基于智能可穿戴設(shè)備所開發(fā)的，是整個(gè)模型的數(shù)據(jù)交互、處理、分析中心，大部分工作都需要在操作平臺(tái)上完成，因此它也是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。該操作平臺(tái)包括幾個(gè)部分。①人員定位。定位模塊是對(duì)工作人員在電力施工現(xiàn)場(chǎng)開展工作時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)引導(dǎo)的基礎(chǔ)，考慮到安全管控模型需要用于不同的設(shè)備場(chǎng)景，因此采用多種定位技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合式定位技術(shù)。②工作流程管理。工作流程管理主要是對(duì)整個(gè)電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控流程進(jìn)行管理，確保整個(gè)流程能夠按照業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)完成。③通信交互。它主要負(fù)責(zé)后臺(tái)系統(tǒng)與智能可穿戴設(shè)備之間的通信管理，實(shí)現(xiàn)工作人員與后臺(tái)系統(tǒng)之間的人機(jī)交互，這也是安全管控作業(yè)遠(yuǎn)程技術(shù)指導(dǎo)的基礎(chǔ)[8]。模型的操作平臺(tái)軟件具備數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)以及作業(yè)巡檢等模塊。

3 安全管控模型在電力施工現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

3.1 在巡視過程中的應(yīng)用

本次研究以智能可穿戴AR眼鏡作為終端設(shè)備，眼鏡與一個(gè)小型控制器相互連接，控制器主要用于記錄工作人員在電力施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的情況。工作人員佩戴好智能可穿戴AR眼鏡后，眼鏡上的高清攝像頭會(huì)通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將拍攝到的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)。同時(shí)，相關(guān)管理人員在后臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)還能夠在后臺(tái)系統(tǒng)上跟蹤現(xiàn)場(chǎng)操作人員的工作路線和實(shí)時(shí)位置?？纱┐髦悄苎b備能夠通過輸入系統(tǒng)接收工作人員所在工作現(xiàn)場(chǎng)的平面圖、設(shè)備簡(jiǎn)介、引導(dǎo)路線、二維碼識(shí)別框等信息，如果在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)所檢修的設(shè)備上粘貼有二維碼，工作人員只需要掃描這些二維碼就能夠快速調(diào)取設(shè)備的相關(guān)信息和作業(yè)指導(dǎo)[9]。后臺(tái)管理系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與二維碼標(biāo)簽進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過掃描二維碼，工作人員還能夠獲得設(shè)備的空間位置信息等數(shù)據(jù)。

本次研究在對(duì)基于智能可穿戴設(shè)備的電力施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控模型進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，選擇了220kV變電站開展現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容為安全管控模型在電力施工現(xiàn)場(chǎng)工作過程中的作業(yè)時(shí)間。傳統(tǒng)人工作業(yè)模式下，整個(gè)巡檢過程耗時(shí)為112分鐘，其中用時(shí)最長(zhǎng)的部分為設(shè)備測(cè)溫。而采用基于智能可穿戴設(shè)備的安全管控模型后，整個(gè)巡檢用時(shí)縮短到了66分鐘，其中設(shè)備測(cè)溫的時(shí)間也縮短了一半，整體工作效率提高了將近一倍。

3.2 在缺陷處理及設(shè)備檢修過程的應(yīng)用

當(dāng)工作人員在巡檢的過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常狀態(tài)后，可利用輸出設(shè)備直接將問題匯報(bào)到監(jiān)控后臺(tái)，管理人員可通過后臺(tái)系統(tǒng)查看當(dāng)前設(shè)備的具體狀態(tài)以及問題，然后將相關(guān)信息直接連接到調(diào)度申請(qǐng)指令上，啟動(dòng)缺陷管理流程，然后下發(fā)調(diào)度檢修單。后臺(tái)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)查看檢修進(jìn)程，并通過傳輸回來的信息評(píng)估此次檢修任務(wù)是否需要進(jìn)行停電作業(yè)，并對(duì)涉及停電管理的設(shè)備規(guī)模和數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員遇到自己難以處理的故障時(shí)，可利用遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)請(qǐng)求專業(yè)工作人員或者設(shè)備廠家技術(shù)人員進(jìn)行協(xié)助，專家可利用監(jiān)控系統(tǒng)與后臺(tái)的遠(yuǎn)程協(xié)助系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看設(shè)備終端所拍攝的設(shè)備信息，通過系統(tǒng)遠(yuǎn)程功能指導(dǎo)工作人員完成相關(guān)操作。

工作人員可選擇將專家的遠(yuǎn)程指導(dǎo)意見以及設(shè)備運(yùn)維過程中需要注意的事項(xiàng)輸入到運(yùn)維知識(shí)庫(kù)中，運(yùn)維知識(shí)庫(kù)是基于深度學(xué)習(xí)的新型智能化數(shù)據(jù)庫(kù)，具有收集、處理、分享電力設(shè)備運(yùn)維知識(shí)的信息管理功能，該功能對(duì)于工作人員的實(shí)際操作具有重要的輔助指導(dǎo)作用[10]。其中的分類存儲(chǔ)功能中，管理了大量具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作流程、問題解決方案、問題解決過程、注意事項(xiàng)、成果、經(jīng)驗(yàn)等信息，當(dāng)再次出現(xiàn)類似的問題時(shí)，工作人員可根據(jù)關(guān)鍵詞、簡(jiǎn)單描述、定位地點(diǎn)等條件，從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取所需的知識(shí)記錄，從而幫助工作人員解決電力施工現(xiàn)場(chǎng)所遇到的各類問題。

4 基于智能可穿戴設(shè)備的安全管控的應(yīng)用效益

首先，電力施工現(xiàn)場(chǎng)智能可穿戴設(shè)備的安全管控可以有效減少施工過程中的安全事故，保障施工人員的生命安全。通過智能可穿戴設(shè)備的監(jiān)控和預(yù)警，能夠?qū)﹄娏\(yùn)維工作起到密切監(jiān)控的作用，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患，降低事故發(fā)生的概率，并且能夠在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)提醒工作人員采取緊急應(yīng)對(duì)措施，快速對(duì)故障原因進(jìn)行分析，并對(duì)異常問題進(jìn)行有效處理，有效保障工作人員的操作安全和操作效率，確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)減少事故造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

其次，電力施工現(xiàn)場(chǎng)智能可穿戴設(shè)備的安全管控可以提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平和工作效率。智能可穿戴設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)的人員、機(jī)械、材料等資源的使用情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工現(xiàn)場(chǎng)的問題，提高施工現(xiàn)場(chǎng)的管理水平和工作效率，降低施工成本。

再次，電力施工現(xiàn)場(chǎng)智能可穿戴設(shè)備的安全管控還可以增強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全意識(shí)。智能可穿戴設(shè)備可以將施工現(xiàn)場(chǎng)的安全信息和文明施工要求向施工人員進(jìn)行宣傳和教育，增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)，促進(jìn)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全文明施工。

最后，智能可穿戴設(shè)備可以提供額外的安全服務(wù)，如協(xié)同認(rèn)證、加密密鑰安全存儲(chǔ)和保護(hù)等其他功能，增加了設(shè)備的安全性。

5 結(jié)語

利用智能可穿戴設(shè)備可視化和便攜性的優(yōu)勢(shì)，基于電力施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維作業(yè)需求設(shè)計(jì)與開發(fā)了安全管控模型，該模型面向現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維開發(fā)了遠(yuǎn)程協(xié)助、運(yùn)維知識(shí)庫(kù)等功能模塊，證實(shí)了智能可穿戴終端及安全管控模型的設(shè)計(jì)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)維工作確實(shí)具有實(shí)用性與效益性，值得推廣。