可穿戴安全監控設備技術研究與應用

唐冬來　倪平波　胡州明　羅剛　黃璞

摘 要：基于國家電網公司現場作業人員安全管理方向，結合智能安全監控技術，提出可穿戴安全監控設備技術研究與應用，以信息化支撐現場作業人員安全管理，提高工作效率和工作質量，從而達到提高現場作業人員安全管理水平的目標。本文首先簡述了可穿戴安全監控設備由集成在安全帽上的安全監控設備、智能指揮調度系統、便攜式指揮平板三部分構成。可穿戴安全監控設備實時采集電力現在作業人員視頻數據、音頻數據、環境參數和人員生理指標數據，同時需要將這些信息通過無線通信方式實時傳輸到指揮監控中心，方便調度指揮中心人員實時掌握現場的工作環境和人員情況，有效的管理現場作業人員，降低現場作業風險，提供現場作業工作效率。然后介紹了系統建設及應用中的關鍵點，最后展望系統擴展對相關業務的支撐，旨在探討電力行業及其他行業應用可穿戴安全監控設備提供參考。

關鍵詞：可穿戴安全監控設備；智能指揮調度；便攜式指揮平板

中圖分類號：TU47 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0167-03

1 引言

隨著國家電網公司“十三五”的開局，電網發展對安全生產提出了更高要求。電網現場作業具備范圍更廣、類型更多、精度更高、應用價值更高的安全信息。現場安全監控設備可全方位提高電力現場作業各環節信息感知的深度和廣度，有助于提升電網現場作業的監督、分析、預警功能，是電網安全作業智能化的重要支撐技術。長期以來，國家電網公司一直沿用安規制度和現場人為監督的方式進行電力現場作業的安全管理，主要在以下方面問題：

（1）電網現場作業安全缺乏有效監督。安全管理規章流于形式，事故隱患無法在源頭進行預警；管理和人為因素占據了導致安全事故發生的失效因素的絕大部分，即管理規章執行不到位、違規操作、錯誤指揮等是導致安全事故發生的重要原因，而管理規章執行不到位、違規操作和指揮的根源是缺乏監督。

（2）電網現場作業缺乏有效指導。電網現場作業人員面對特殊的施工環境和情況時，缺乏實施的專業指導，容易因操作失誤發生事故。

（3）電網現場作業無過程影音記錄。電網現場作業無過程影音數據記錄，導致發生事故后對事故原因無法進行快速、準確的分析，對事故責任無法進行科學的認定。

（4）電網現場作業無環境和生理指標監測。缺乏環境參數（溫度、濕度、氧氣濃度等）和作業人員生理指標（血氧、血壓、心跳、體溫等）的實時監測，導致無法及時發現和處理人身事故隱患。

（5）電網現場作業人員調度缺乏科學性。無作業人員的實時位置分布信息和人員工作負荷分析信息，導致人員調度效率低下、調度安排缺乏科學性與合理性。

基于這些需求，迫切需要研發可穿戴安全監控設備，采用可穿戴安全監控技術，實現現場作業人員的有效監督和指導，實現現場作業人員科學調度，為電網現場作業安全工作提供技術支持，從而提升電網企業的安全生產的管理水平。

2 系統概述

可穿戴安全監控設備，需要實時采集電力現在作業人員視頻數據、音頻數據、環境參數和人員生理指標數據，并且準確獲得現場作業人員的位置信息，同時需要將這些信息通過無線通信方式實時傳輸到指揮監控中心，方便調度指揮中心人員實時掌握現場的工作環境和人員情況，有效的管理現場作業人員，降低現場作業風險，提供現場作業工作效率。其次，增加了視頻顯示模塊，顯示模塊采用光學棱鏡的方式，將作業指導人員推送的作業指導視頻、現場指導操作手冊，以及現場作業人員需要的技術等資料圖像投射到人體視網膜上，以便于指導現場作業人員操作，降低安全隱患。研究由可穿戴安全監控頭盔、智能指揮調度系統、便攜式指揮平板三部分構成（如圖1）。

2.1 可穿戴安全監控頭盔

可穿戴安全監控設備由數據采集單元、數據顯示單元、數據傳輸單元構成（如圖2）。

數據采集單元。在電力現場作業人員安全頭盔上嵌入數據采集單元，包括無線傳感器和視頻監控模塊。無線傳感器節點采集信息包括溫度、濕度等環境參數；人員生理指標（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息，并將采集到的信息通過無線網絡上傳至調度指揮中心；而視頻監控模塊采集信息包括視頻圖像采集和語言采集，麥克風采集作業人員語言信息，通過無線實現與調度指揮中心語引交流，同時視頻攝像頭采集視頻圖像，壓縮編碼后通過無線上傳回調度指揮中心，實現視頻監控。

數據顯示單元。在電力生產現場作業人員的安全頭盔上嵌入顯示模組，顯示模組采用光學棱鏡的方式，將作業指導人員推送的作業指導視頻、現場指導操作手冊，以及現場作業人員需要的技術等資料圖像投射到人體視網膜上。

數據傳輸單元。包括無線網絡的匯聚節點和電力無線網絡的AP接入點，由無線傳感器節點采集的溫度、濕度等環境參數；人員生理指標（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息；視頻、音頻信息通過匯聚節點集中后，再由電力無線AP接入點，接入調度指揮中心。

2.2 智能指揮調度系統

智能指揮調度微系統，包含多媒體指揮調度、現場作業視頻回傳及推送、監控分析中心、施工人員緊急求救、查詢統計模塊、決策支持模塊六部分。

多媒體指揮調度，調度微應用具有強大的現場安全作業指揮調度功能，根據人員熱力分布圖，分析人員工作負荷；通過網管控制，實現一鍵直呼現場作業人員。應用支持點對點指揮調度、點對多點指揮調度及多組指揮調度等多種指揮調度機制，多組指揮調度時支持優先級設置；應用支持視頻電話廣播功能；應用支持熱線電話、電話與視頻綁定、視頻電話廣播及遠程控制等功能。此外，應用還支持OSD信息發布功能。

現場作業視頻回傳及推送，工作人員攜帶可穿戴安全監控設備深入現場，可將信號從各種現場（建筑物內、街道、 廣場、戰場等）通過無線網絡直接傳輸到指揮中心，指揮中心也可以根據現場作業情況，將現場需要的圖像信息推送至可穿戴安全監控設備。

監控分析中心是調度指揮人員監控電力生產現場作業實時情況的工具，是各類監控數據的匯聚點，將實時采集的溫度、濕度等環境參數；人員生理指標（血氧、血壓、心跳、體溫）、人員熱力分布圖以及通過GPS定位信息、視頻信息、語音信息傳遞到監控分析中心，實現在線實時監控，通過語言、視頻交流實現雙方人員的直接有效溝通，不僅可以降低電力生產安全事故的發生，也可以提高現場工作人員效率。

施工人員緊急求救，通過對可穿戴安全監控設備對采集到的信息進行實時分析，智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環境異常等情況，并自動向調度指揮系統和周邊作業人員發出求救信號，幫助展開事故救援，進而實現作業人身事故的實時發現、實時告警、及時救助。

查詢統計模塊提供對所有的監測數據、診斷結果實現實時數據與歷史數據的查詢、統計、分析、且提供報表管理功能，對系統各種監測數據，進行關聯、查詢、統計和分析，并提供功能豐富、簡單明了的“人性化”操作和展示。平臺需具備多樣化的圖形展示功能：圖形展示提供了列表、條形圖、柱狀圖、折線圖、面積圖、餅圖、雷達圖、極線圈、散點圖和Flash動態效果圖等大量的圖形分析方法，并具備3D效果、2D效果、背景效果、縮放效果、旋轉效果、動態效果、多圖同時顯示效果，幫助用戶更加直觀、更加靈活地進行決策分析。

決策支持模塊，主要依托專家級決策知識庫，利用神經網絡、支持向量機、模糊數據模型等專家診斷算法進行分析，對監測數據與以往積累的經驗進行類比及推理，以得出正確的診斷結論。能在故障未發生時，做出故障預警，以便工作人員及時進行檢查狀態，減少故障的發生，減低設備財產、生命財產損失。

2.3 便攜式指揮平板

結合智能指揮調度微應用研究，運用可穿戴安全監控設備采集的視頻數據、音頻數據、環境參數和人員生理指標數據分析模型、人員負荷模型分析結果，在平板電腦上實現現場安全作業移動監督和指導，方便指揮調度人員現場辦公。

3 系統建設應用關鍵點

3.1 全面監控電網作業實時過程，實現安全事故的事前預警

可穿戴安全監控設備實時采集并回傳作業視頻信息、人員位置信息、環境參數、人員生理指標等數據，根據這些數據可實現對作業過程的實時監控，為生產過程的實時監督提供了有效手段，對于規范作業流程、增強安全意識、預防安全事故、落實安全管理制度等具有重要意義，也有助于第一時間掌握施工現場的具體情況，及時發現存在的安全隱患，實現安全事故的事前預警。

3.2 實時指導現場作業操作，固化作業流程

根據實時監控信息，可充分結合作業實際情況，通過音視頻通訊或推送相關資料等多種方式向作業人員進行作業指導，調整現有工作方式，形成優化后的業務流程并加以固化。有效避免因知識缺乏導致的誤操作和因施工現場信息掌握不準確而導致的誤指揮。確保電力生產作業的安全、正確和高效。

3.3 作業人員緊急求救，避免救援延誤

可穿戴安全監控設備對采集到的信息進行實時分析，可智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環境異常等情況，并自動向調度指揮系統和周邊作業人員發出求救信號，幫助展開事故救援，進而實現作業人身事故的實時發現、實時告警、及時救助。

3.4 注重數據記錄和智能分析，輔助安全管理決策

對整個作業過程的數據進行本地和大數據平臺的記錄，可作為今后生產作業的經驗和參考、為今后的生產指揮和管理提供決策依據，為事故分析提供客觀材料。依托大數據處理，可對作業數據進行智能分析，形成故障多發點預測、故障發生時間分布規律、電力故障處理經驗、人員分布熱力圖、人員工作負荷等方面的信息。

3.5 作業人員實時調度，提升作業工作效率

系統根據人員分布熱力圖，結合大數據分析出的人員工作負荷情況，可對人員實施高效、科學的調度。提供了列表、條形圖、柱狀圖、折線圖、面積圖、餅圖、雷達圖、極線圈、散點圖和Flash動態效果圖等大量的圖形分析方法，對現場作業人員合理調度提供數據支撐。

4 系統應用展望

可穿戴安全監控設備和配套的調度指揮系統為電力安全生產提供有效的監督和指導手段，依托該系統實現事前可預警、事中可指導、事后可回顧分析；對規范和優化作業流程、增強安全意識、預防安全事故、落實安全管理制度等發揮促進作用；為人員的科學管理、指揮決策提供豐富的手段和科學的依據。

在數據采集方面，運用了現有成熟的視頻攝像、麥克風音頻采集、人員熱力分布監測、人體生理指標監測技術實現現場作業基礎數據的采集。在指導視頻推送方面，采用了業界領先的智能眼鏡設備，使用顯示模組完成圖像顯示，采用光學棱鏡，直接將顯示圖像投射至視網膜上，解決了電力現場作業無法查看視頻推送視頻的難題。在人員分布熱力圖及人員負荷研究方面，針對人員分布熱力圖，采用大數據人員負荷計算模型，計算出人員工作負荷。現場生產指揮及調度技術研究方面，通過現場人員調度模型，輔助生產調度人員決策；施工人員緊急求救方面，采用人體大數據分析模型，智能判斷人員的墜落、跌倒、生理異常、環境異常等情況并自動向調度指揮系統和周邊作業人員發出求救信號。本項目可成為現場安全作業管理的工器具，為現場安全生產作業提供技術支持，降低現場安全作業風險，提高電力企業的經濟效益，確保了現場作業安全監督環節得到有力的支撐。

5 結語

可穿戴安全監控設備是國家電網公司安全生產管理目標的具體落實，在經歷“現場人工監督”、“對講機”等安全監控技術發展后，國家電網公司現場作業安全管理已經邁上新臺階。可穿戴安全監控設備，需要結合規章制度循序漸進，結合GPRS、無線通信、遠程測量、遠程控制等技術的應用，轉變工作方式，優化管理流程，達到提高工作效率的目的，進一步加強信息化對安全生產的支撐力度。

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