人-機-環境中的在線安全監控策略研究

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(中國電子科技集團公司第五十二研究所，杭州 310012)

引 言

施工升降機是建筑工地垂直通道上運載人員和貨物的建筑設備。當前對建筑工地的施工升降機的監管仍處于監管方式較落后、監管無法全面覆蓋和靠人力監管的現狀，存在無法有效監管到位的問題。因監管方式的滯后、失控、不全面和缺失等原因導致重大安全生產事故頻發[1-2]，造成了重大的社會影響和巨大的經濟損失。

通過對施工升降機安全事故的分析、總結，施工升降機事故原因可以概括為三個方面：人的不安全行為、機的不安全狀態和環境的不安全因素。本文建立了從 “人的行為”、“機的狀態”和“環境因素”三個方面集合的施工升降機安全監控模型，提出了一種將“人的不安全行為”和“機的不安全狀態”列為重點監管對象的施工升降機在線安全監管策略。該策略采用在線安全監控系統，應用物聯網和互聯網技術，建立大數據管理平臺，形成大數據的業務體系和新的管理模式，預防施工升降機安全事故，提高原有的施工升降機系統的安全性和可靠性，提高建筑工地現場“人的不安全行為”、“機的不安全狀態”和“環境的不安全因素”的綜合安全管理水平。

1 施工升降機安全監控模型

施工升降機監控模型可簡化為人-機-環境模型，如圖1所示。

圖1 施工升降機安全監控模型

由人、機、環境三大要素組成的升降機安全監控系統模型，系統中的“人”包括施工升降機駕駛人員、管理人員和維修保養人員；“機”是指人所操控管理的施工升降機的總稱；“環境”是指人和施工升降機共處的特定工作環境。它們是相互作用、相互影響，組成特定功能的復雜集合體，稱為傳統的監控模型[3]。

采用的在線安全管理系統屬于后裝系統，對原有的施工升降機設備無須進行改造，也不改變原有的控制/管理的流程。其實質是加強對人和機的監控，提高傳統的監控模型的安全性和可靠性，同時提高了系統的動態響應時間，記錄了系統運行的各項參數，存儲了大量的運行數據，為形成新的監控服務模式提供了數據支撐。

2 施工升降機在線安全監控系統

目前的升降機安全監控管理[4]是一個人工的系統，沒有使用到信息化的設備，針對施工升降機的使用流程主要涉及的環節如圖2所示。

圖2 施工升降機使用流程

現有的施工升降機也已經采取了一些有效的安全防護手段，但對現有的安全防護設施、計量維保、監督檢查等卻沒有相應的信息化監控手段，人工檢查雖然能夠在一定程度上避免安全防護設施損壞、維保不到位等問題的發生，但實時性不夠、覆蓋面不寬，無法達到有效監控的目的。

針對圖2的業務流程，建立施工升降機在線安全監控系統，如圖3所示。

圖3 施工升降機在線安全監控系統

以工地為單位，在每個施工升降機中安裝在線監控設備。在線監控設備通過2G/3G/4G移動通信網絡與互聯網交換數據。租賃/維保單位、施工單位、安監部門、工地安全員以及手機移動客戶按照權限訪問相應的業務單元，開展相關工作。

3 在線安全監控策略

參考文獻[5]詳細分析和設計了升降機吊籠的重量信號采集模塊、加速度采集模塊、樓層呼叫接收模塊、數據存儲模塊、遠程通信模塊等各部分功能電路。詳細闡述了系統的重量、加速度信號數據采集、處理和修正的方法、系統運行參數存儲和轉存、遠程通信的實現等。參考文獻[6]主要針對施工升降化載員、載重兩項指標進行監測，并將實時數據發送至遠程監控管理平臺。參考文獻[7]圍繞溫度信號采集部分、水平傾斜角度采集部分、電氣控制回路狀態采集部分、人機交互環境設計、樓層呼叫功能設計和遠程通信部分設計等幾個方面展開。參考文獻[8]的維修保養閉環管理功能主要將吊籠升降結束瞬間采集、上報施工升降機的運行狀態和故障數據，以短消息的方式將遠程監控平臺的指令轉發至維保人員手機。維保人員執行維保指令后通過觸摸屏向遠程監控平臺反饋維保落實信息。

上述參考文獻[5-7]中提到的系統，對施工升降機的監管對象重點仍在“機的不安全因素”，沒有加強對人的監管。參考文獻[8]對“人的不安全行為”和“機的不安全狀態”都進行了有益的研究，采用指紋識別[9]的方式識別駕駛人員，但對事故多發、易發的施工升降機安裝、加高、拆卸階段的監管沒有涉及。

因此本文提出一種將“人的不安全行為”和“機的不安全狀態”列為重點監管對象的施工升降機在線安全監管策略。該策略如圖4所示。

圖4 施工升降機在線安全監管策略

圖6 維保流程

該策略將與施工升降機有關聯的駕駛員、工地安全員、租賃公司人員、維保人員全部納入到系統中進行監管，有效地管控“人的不安全行為”。同時將“機的不安全狀態”也納入監管。該策略的要點在于生物特征識別[10]的實名制管理業務流程。生物特征識別流程如圖5所示。通過實時比對司機的生物特征信息，排除非法司機和非法操作施工升降機的現象，達到在線監管施工升降機的目的。

圖5 生物特征識別過程

生物特征識別有指紋識別、人臉識別、虹膜識別以及上述幾種的復合識別。各地的監管應用因地制宜，因此采用統一的數據接口接入，分不同的數據庫管理各種生物特征，從而利于推廣和綜合使用。

升降機的使用過程中，維保是一個很重要的環節，但維保作假現象比較普遍，難于監管。本系統建立維保管理模塊，保障升降機的維保工作落到實處。施工升降機監控系統會根據設備安裝的時間和使用的情況，定期向維保單位發送維保提醒。維保人員則需要持證到現場維保，維保結束后，需要在監控系統中進行登記。登記后，維保的結果會發送給項目部的管理人員，項目部的人員核實后，一次維保過程完成。維保流程如圖6所示。

同時，加節加高、拆卸和轉場也納入監管中。當安裝人員把升降機安裝完畢、加節加高和轉場后，需要在此系統中確認。由于維保人員需要持證到現場維保，同時維保記錄實時在系統中能夠體現，大大減少維保作假的可能。維保過程中出現異常狀態，系統會自動鎖車，需派人到現場核實通過后才能開車。安裝、加節加高、拆卸和轉場過程中，系統嚴禁施工升降機運行，保證安全。

4 在線安全監控設備

為實現上述的在線安全監控策略，研發了安裝于施工升降機的在線安全監控設備。圖7為施工升降機在線安全監控設備示意圖。

圖7 施工升降機在線安全監控設備功能框圖

監控設備可實現以下功能：駕駛員專人專崗管理、身份識別(生物特征識別/刷卡)、防墜器的檢定管理、整機復檢的管理、安裝和維保管理、安全員管理、駕駛員在位檢測、防墜器在位檢測、人數識別模塊、防沖頂保護、運行速度、運行高度、頂升高度設置、可設定范圍的頂層底層預警和報警、吊籠載荷稱重、風速顯示、傾角顯示、樓層呼叫、樓層顯示、光電及語音報警、遠程傳輸、支持遠程參數的查看和配置、升降機狀態(進料門、出料門、上下限位、天窗斷繩等保護開關、上下行)、自檢功能、可判別外部供電和蓄電池供電、實時檢測電源電壓，具有過壓、低壓保護功能、可檢測鉛酸蓄電池的壽命，提醒維保人員更換蓄電池。

5 監控管理平臺

遠程監控管理平臺由應用服務器、數據庫服務器、Web服務器以及Web瀏覽器組成[12]。在線安全監管設備通過移動網絡與遠程監控管理平臺通信，發送施工升降機的工作狀態信息、人員信息到遠程監管平臺，接收遠程監控管理平臺的遠程控制指令。用戶通過登錄遠程監控管理平臺查詢、管理和控制施工升降機的狀態。根據功能需求，施工升降機遠程監控平臺為使用者提供了互動管理界面。

6 系統實現與應用

為了實現在線安全監控策略，現場監控設備安裝在杭州市某建筑企業施工升降機吊籠內，如圖8所示。

圖8(a)是由控制主板和各功能模塊組合而成的主機設備。圖8(b)是監控設備的顯示器，實現人機交互的功能，因施工升降機頻繁的通斷電，還必須要有不間斷電源箱，如圖8(c)。圖8(d)是虹膜和人臉復合識別系統。圖9為系統安裝在升降機司機內的顯示器。

圖8 施工升降機在線安全監控設備

圖10為平臺的登錄界面。圖11為系統首頁的界面。圖12為系統動畫模擬施工升降機運行的界面。

系統使用結果表明：工地現場監控設備能夠正確采集司機、安全員和維保人員的生物特征信息，采集施工升降機的運行狀態信息與故障數據，保持與應用服務器正常通訊，具備遠程鎖車/遠程解鎖的功能；應用服務器能夠正確解析、存儲現場監控終端上報的數據，有針對性地發送和接收維保指令；管理人員能夠通過網站對所屬施工升降機的維保情況進行有效監管。該系統還包含當前政府監管部分的業務流程，實現了工地安監的信息化和智能化。

圖9 系統顯示器

圖10 平臺登錄界面

圖11 運行界面

圖12 施工升降機動畫

結 語

本文從人-機-環境方面建立了施工升降機安全監控模型，提出了一種將“人的不安全行為”和“機的不安全狀態”列為重點監管對象的施工升降機在線安全監管策略及系統。設計了在線安全監控系統，描述了系統的總體架構，闡明了系統的硬件設備和軟件流程，驗證了系統的可行性。系統針對當前普遍存在的駕駛員識別不利于現場快速調查取證和人員排查的情況，采用生物識別技術統一接口提高了系統的實用性和兼容性。同時對事故多發、易發的施工升降機安裝、加高、拆卸階段的問題，進行了深入研究并納入監管。

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