基于信息化的智能定位系統(tǒng)在水電站的運用研究

文浩東

（溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300）

根據水電站廠房與擋水建筑物的相對位置及結構特征，水電站廠房可分為引水式、壩后式和河床式。引水式廠房一般位于河岸，若是建設在地下山體中，則稱為地下廠房。與戶外環(huán)境相比較，水電站地下廠房洞室群環(huán)境復雜，建筑物的布局、結構、類型等均會對定位的準確度和效果產生影響。通常北斗定位導航系統(tǒng)在室外定位導航應用能力強，在地下廠房內則不適用；紅外線定位方式存在覆蓋范圍小且易受到干擾等問題；超聲波定位精度比較高，但造價昂貴且擴展性在地下廠房內有局限[1]。隨著網絡通信技術的普及，在地下廠房已經完成無線網絡覆蓋的情況下，通過無線網的室內定位系統(tǒng)有定位精度高、分布范圍廣、速率快、成本低等優(yōu)點，可以解決地下廠房人員定位問題[2]。同時，接入無線網絡的智能定位設備能夠不間斷自動搜索并連接已設定的無線網絡信號，通過網絡系統(tǒng)將詳細人員信息反饋到中央控制室管理系統(tǒng)終端，保證實時信息共享。

1 人員智能定位的重要性和技術可行性

隨著大型水電站地下廠房通信網絡的建設發(fā)展，水電站地下廠房全廠區(qū)域可以通過無線網絡接入互聯(lián)網。作為保證電站安全穩(wěn)定的運行值班負責人，貫徹“預防為主、安全第一、以人為本”的安全生產理念，在發(fā)生事故等緊急情況下，需要第一時間迅速掌握當班期間廠房內人員信息，確保在緊急事態(tài)時地下廠房內工作人員安全。根據某水電站的實例，其地下廠房洞室群巨大，盡管在部分區(qū)域裝設固定電話可以與中控室通信，但是無法實現(xiàn)準確實時定位。在緊急事態(tài)下，中控室運行值班負責人必須清楚兩方面信息，一是現(xiàn)場人員信息，二是實際設備狀態(tài)。在地下洞室復雜環(huán)境條件下，許多地方手機信號差，工作人員信息多是與工作負責人或維護分部負責人電話溝通了解，在需要爭分奪秒應急處置時，這種情況會使應急處置時效大打折扣，嚴重時會危及工作人員安全。運行值班負責人如果能實時準確知曉人員位置，清楚知道工作人員當前工作狀態(tài)，在火災、水淹廠房、地震等應急處置中，就能夠及時高效指揮運行值班員進行事故處理，指引廠房內工作人員逃生。因此信息化智能化的定位導航作為主動應急處置的輔助功能，對值班負責人進行電力安全生產管理十分重要。

目前某水電站正在建設三維技術應用基礎平臺，構建水電站機電設備和地下廠房洞室群三維模型，可作為實現(xiàn)人員準確實時定位的支撐性技術。某水電站通過激光掃描儀對電站設備及地下廠房構建的G3 級三維模型，可滿足人員智能定位信息準確反饋的要求。人員智能定位系統(tǒng)將在三維模型基礎上，編制對應水電站內詳細位置點，工作人員位置信息通過其攜帶的安全設備，反饋至中央控制室信息顯示終端、精益生產智控平臺和應急指揮平臺，實現(xiàn)位置信息上送。安全設備位置反饋功能可通過智能手機、安全帽內置專用定位芯片、智能手表等實現(xiàn)。傳送至中控室顯示終端的實時定位信息，再通過中央控制室人員信息投影大屏幕，在三維圖形上詳細顯示現(xiàn)場工作人員頭像、姓名、聯(lián)系電話、工作狀態(tài)和位置信息，使值班管理人員統(tǒng)攬廠房人員位置信息，對廠內工作一目了然，極大提高應急狀態(tài)下信息匯報和統(tǒng)一指揮的便利性。

圖1 人員智能定位系統(tǒng)結構

2 人員智能定位系統(tǒng)在某電站的運用設想與研究過程

目前正在建設的某水電站運行管理系統(tǒng)，包括統(tǒng)籌整合設備狀態(tài)、實時生產信息、自動統(tǒng)計分析和輔助決策，但是未有涉及人員協(xié)調管理方面內容。例如正常值班和應急處置狀態(tài)下人員信息，尤其機組檢修期間工作復雜，工作人員眾多并且交叉作業(yè)多，管理人員若能準確掌握人員實時信息，就能夠預防人的不安全行為，將大大增強值班人員掌握當班期間安全生產信息能力，極大提高運行值班人員的應急響應速度，高效完成安全生產工作。

以某水電站的實例分析，在正常運行值班管理工作中，除特殊情況外，值班員交班前0.5 h、接班后15 min 內一般不進行重大操作和辦理工作票。工作負責人不清楚值班人員交接班狀態(tài)，在班前班后會期間，要求辦理工作票，不僅中斷正常進行的班前班后會，而且增加溝通負擔。針對這種情況，可在電站信息網中對運行值班狀態(tài)予以顯示，詳細可分為“交班中”、“值班中”、“接班中”、“應急處置”，詳細結構如圖2 所示。

圖2 運行值班工作狀態(tài)

“交班中”狀態(tài)指交班前0.5 h，用于整理當班期間生產信息，開好班后會；“值班中”狀態(tài)指運行人員正常值班，可辦理工作票，執(zhí)行設備操作；“接班中”狀態(tài)指接班后15 min，開展接班后的班前會；“應急處置”狀態(tài)指發(fā)生緊急事件，需要集中人力及時處置，是當前最緊急且重要的安全生產工作。值班狀態(tài)根據設定的時間在“交班中”、“值班中”、“接班中”自動變更，“應急處置”狀態(tài)由值班負責人手動設置，具有最高優(yōu)先級。實現(xiàn)運行值班狀態(tài)信息顯示，并且可添加當班期間“自然災害預警”相關發(fā)布和解除信息，各生產人員通過主動查閱值班信息，可減少不必要的電話聯(lián)系，保證值班人員工作的流暢性和連續(xù)性。

由于該水電站采用調控一體化兩地值班模式，各值班點分散，值班員到達各值班點路程各不相同。以中班14：00 上班出發(fā)為例，值班人員到達電站左岸廠房值班室約需20 min，值班人員到達電站右岸廠房值班室約需15 min，到達電站控制樓值班室約需5 min，到達遠方電站調度大廳約需10 min。實現(xiàn)基于信息化智能化的人員智能定位后，在到達各值班點后完成工作交接的值班人員，可以接入網絡和生產管理系統(tǒng)，值班負責人只需查看位置信息即可確認各值班點人員是否完成工作交接，再進行線上班前會，無需再電話確認。

對于當班期間的巡檢工作，當前是采用對各設備點掃碼記錄再上傳的方式，巡檢記錄中只有巡檢點位和時間信息。在實現(xiàn)基于信息化智能化的人員智能定位后，值班負責人可通過定位信息，實時刷新巡檢人員的路線狀態(tài)，掌握正常的巡檢工作信息。巡檢路線通過各定位點，自動對設備條碼點巡檢確認，不再需要手動掃條碼確認，并且可以根據定位點自動形成三維巡檢路線軌跡，立體顯示巡檢路線記錄，不僅可以使巡檢人員專注檢查設備，而且可以通過回溯路線防止漏檢。

在設備檢修期間，多工作面同時開展工作，廠房內人員眾多，分布廣泛，安全隱患增多，人的不安全行為會成為最大的安全隱患。實現(xiàn)基于信息化智能化的人員智能定位，工作人員進入現(xiàn)場后，能夠動態(tài)掌握工作班成員位置信息，尤其有利于對動火消防安全的預防管理，工作人員在指定位置進行動火，使消防管理人員對動火人員和位置一目了然，提高了針對性和便利性。對于操作人員和維護人員，準確的位置信息不僅有利于指揮應急處置和指引疏散危險區(qū)域工作人員，還可增加求救信號，保證對廠房突發(fā)身體疾病的工作人員的緊急救援，使安全生產工作更具有主動性和針對性。

以電站右岸某帶融冰裝置的線路由運行轉檢修操作流程為例，詳細流程如圖3 所示。

圖3 帶融冰裝置的線路由運行轉檢修操作流程

（1）收到操作通知，操作人和監(jiān)護人提前準備好操作票，到電站GIS 室對應500 kV 開關處等待調度正式下令；

（2）調度正式下令后，操作500 kV 開關轉熱備用，在斷開500 kV 開關后，現(xiàn)場操作人員檢查開關狀態(tài)；

（3）拉開線路側6 刀閘，現(xiàn)場操作人員檢查6 刀閘是否正確動作；

（4）前往右岸出線場，從右岸GIS 室到右岸出線場3 刀閘處路程需要用時約13 min；

（5）拉開線路側融冰3 刀閘，現(xiàn)場操作人員檢查融冰3 刀閘是否正確動作；

（6）500 kV 開關由熱備用轉冷備用，需要現(xiàn)場人員回到右岸GIS 室檢查其動作情況，同樣需要用時約13 min；

（7）合上線路側融冰317 地刀及37 地刀，現(xiàn)場人員再次到達右岸出線場，同樣需要用時約13 min；

（8）合上線路617 地刀及67 地刀，500 kV 開關由冷備用轉檢修，現(xiàn)場人員再次回到右岸GIS 室，同樣需要用時約13 min；

（9）退出500 kV 線路保護及開關保護，操作人員到達右岸保護盤室需要3 min；

（10）線路由運行轉檢修操作完成，匯報調度。

綜上所述，右岸500 kV 線路操作一般情況下需要現(xiàn)場人員在右岸GIS 室、右岸保護盤室、右岸出線場3 個地方不斷行動，在出現(xiàn)特殊情況，如監(jiān)控系統(tǒng)突然出現(xiàn)線路相關報警信息需要現(xiàn)場人員檢查確認時，更需要值班負責人準確知曉現(xiàn)場操作人員位置，實現(xiàn)人員的最優(yōu)高效調度。

具體的技術實現(xiàn)方法，首先可通過智能手機實現(xiàn)定位功能[3]?？稍谠O備工作室行政電話或調度電話處張貼定位二維碼，在智能手機生產運行管理系統(tǒng)應用中新增“掃碼定位”模塊，掃描二維碼定位碼后，現(xiàn)場人員在應用中選擇工作狀態(tài)和停留時間。工作狀態(tài)可選擇待令、操作、應急檢查、緊急求助等，停留時間可根據工作情況選擇大概時間，例如5 min、10 min、15 min、20 min 至3 h（每間隔5 min），在終端顯示人員位置信息，顯示直到停留時間，到時間后人員信息不再顯示。對于運行值班員工作，值班負責人可直接查看確認值班員位置和狀態(tài)，例如某某值班員目前在右岸副廠房辦票室，狀態(tài)為待命；某某值班員目前在6F 發(fā)電機層，狀態(tài)在操作（或應急檢查）中；某某值班員在18F 機組技術供水室，狀態(tài)是求助，需要立即派人協(xié)助。這種方法需要現(xiàn)場工作人員主動選擇定位，值班負責人能夠大概知曉人員信息及工作狀態(tài)，相比于目前通過電話匯報當前位置，值班負責人靠自己記住人員工作信息，這種方法有利于值班負責人概覽全廠人員狀態(tài)信息，把控全局，履行人員調度管理職責，保證電力安全生產。

其次可通過安全帽內置專用定位芯片實現(xiàn)定位功能。芯片可以集成使用者的身份信息，在廠房工作必須佩戴安全帽，當佩戴內置芯片的安全帽時，芯片開始工作，通過無線網絡接入生產運行管理系統(tǒng)，傳輸實時工作人員位置信息，位置信息可以每5 s刷新一次，在中控室實時準確顯示位置信息。相比于智能手機定位功能，安全帽內置芯片能實現(xiàn)更加實時準確的位置信息，但是不能顯示實時準確的人員狀態(tài)信息。

最后可通過智能手表實現(xiàn)定位功能。工作人員在廠房作業(yè)時，通過佩戴工作專用智能手表，連接廠房內無線網絡，可以實時準確發(fā)送位置信息和人員狀態(tài)信息。智能工作手表可定制身份信息，或者手動設置身份信息；智能工作手表在廠房內連接無線網絡后，可以每隔10 s 通過定位芯片，向監(jiān)控終端發(fā)送位置信息；智能工作手表可以連接智能手機，在嘈雜的廠房環(huán)境中完成手機來電提醒；智能工作手表還可以直接選擇人員工作狀態(tài)、身體狀態(tài)、簡要工作內容等。

3 優(yōu)勢與解決的問題

（1）提高電站生產管理效率。大型水電站內洞室眾多，環(huán)境復雜，對于水電站工作人員的配置和安全生產有著嚴格的要求，既需要現(xiàn)場人員做到安全高效施工作業(yè)，又需要中控室值班人員及時準確與作業(yè)人員溝通交流，保證值班人員掌握全電站工作狀況，基于“以人為本，科技優(yōu)先”的發(fā)展理念，建設基于信息化智能化的人員智能定位系統(tǒng)，可以提高溝通協(xié)調效率，促進現(xiàn)場工作人員安全施工，規(guī)范作業(yè)，可以極大提高全電站生產管理效率[4]。

（2）提高突發(fā)狀況下電站緊急疏散能力。大型水電站若是發(fā)生水淹廠房、地震、火災等重大險情，保證現(xiàn)場作業(yè)人員的生命安全是第一要務。建設基于信息化智能化的人員智能定位系統(tǒng)，在充分了解水電站結構和人員作業(yè)位置情況下，應對不同險情時爭分奪秒，優(yōu)先疏散面臨最嚴重生命威脅的人員。例如發(fā)生水淹廠房，立即通知并指引廠房最低高程的作業(yè)人員向上迅速撤離；發(fā)生地震或火災，立即通知并指引廠房內作業(yè)人員通過就近逃生通道向廠房外迅速撤離[5]。

（3）提高電站信息化智能化水平。電站生產信息具有涉及部門多、內容復雜、工作面廣的特點，中央控制室作為實時生產信息匯集中心，應具有分層次、分級別綜合處理信息能力。目前的生產信息綜合處理方式，主要是值班負責人員手動總結歸納，建設基于信息化智能化的人員智能定位系統(tǒng)，可以提高生產信息的集中度和準確性，對于不同的生產工作，可以調取不同類別的信息，及時準確進行反饋，提高了獲取生產信息便利性，同時提高了電站信息化智能化水平。

（4）提高生產安全信息報送能力。無論是電網調度還是公司內部管理，對信息匯報均有明確且嚴格的要求，電站運行值班人員必須保證安全生產信息匯報的及時性和正確性。建設基于信息化智能化的人員智能定位系統(tǒng)，電站具有較高的信息化智能化水平，通過計算機自動化技術，電站中央控制室顯示屏能夠分層次、分級別地全面顯示安全生產信息，有利于值班人員及時獲取第一手準確的設備狀態(tài)和人員信息，保證在時限內向調度部門和領導匯報正確的生產信息。

4 可能存在的疑難與解決提升方向

建設覆蓋全水電站的人員智能定位系統(tǒng)可能存在部分疑難問題：①部分洞室與廊道沒有網絡信號，一般情況下沒有人，例如導流洞排水泵房、大壩各層廊道等，這些地方覆蓋無線網絡，經濟性與實用性較差。這一類很少開展工作無網絡信號的偏遠泵房或廊道，可建立特殊工作地點名錄，提示這些地方有無法及時聯(lián)系工作人員的風險，要求在這些地方工作的人員，工作前后必須通過行政電話或調度電話通報基本信息，包括工作內容和人數(shù)。②網絡信號不穩(wěn)定或中斷，定位設備故障導致人員信息上送滯后或卡頓等困難，這種情況需要建立完善的通信中斷應急處置機制，及時聯(lián)系通信值班人員處理。③現(xiàn)場作業(yè)人員不夠重視，廠房內定位設備與人員分離，導致定位信息不準確，需要及時聯(lián)系的人員聯(lián)系不上，這種情況要加強所有進入廠房作業(yè)人員的安全教育，明確在廠房工作時人員與定位設備不分離，并且只適用廠房環(huán)境，離開廠房不使用人員定位系統(tǒng)，不泄露個人隱私。

5 結語

建設基于信息化智能化的人員智能定位系統(tǒng)，通過智能工作手表兼具定位芯片的實時準確定位功能和智能手機的選擇人員工作狀態(tài)信息功能，在廠房無線網絡建設完備的情況下，可以通過智能手表+無線網絡+顯示終端來實現(xiàn)廠房工作人員實時準確位置信息和工作狀態(tài)的顯示，有利于值班負責人概覽全廠人員狀態(tài)信息，把控全局，合理高效安排日常工作，履行人員調度管理職責，保證電力安全生產；有利于緊急狀態(tài)下，應急指揮人員統(tǒng)攬廠房工作人員信息，指揮應急處置和指導人員疏散，在地下廠房、隧道等洞室或地下洞室群環(huán)境與視頻監(jiān)控、應急廣播等系統(tǒng)一起形成安全管理一體化平臺，有效完成人員安全管理及緊急情況下的人員搜救工作，可以降低事故損失，減小事件影響；有利于智能水電站的建設，提高生產運行效能，展示高效智能化水電站的良好形象。