化工行業基于定位技術的生產安全信息化應用

(新疆天業（集團）有限公司，新疆石河子市，832000)）李 津

化工生產工藝多數具有高溫、高壓、易燃、易爆、易中毒、易腐蝕等特點，并且生產設備容易產生跑冒滴漏，既污染環境，又易引發火災、爆炸事故。生產使用的設備、儀表、管道、閥門等任何一個環節在設計、選材、制造以及維修保養方面出現問題，都會給生產和從事生產的人員帶來危險，人員的安全是重中之重，如何保障化工從業人員的安全，是所有化工企業關心的問題。

通過工業互聯網在安全生產中的融合應用，增強工業安全生產的感知、監測、預警、處置和評估能力，加速安全生產從靜態分析向動態感知、事后應急向事前預防、單點防控向全局聯防的轉變，提升工業生產本質安全水平。

1 人員的日常行為管理

通過定位技術，精確顯示人員動態，第一時間掌握人員情況，和各種業務系統進行深度融合，實現各業務系統之間以及業務系統與定位技術的數據互通、功能互動、互相支撐。

1.1 廠區內的人、車統計及管理

通過定位系統，實時統計廠區內的人員及車輛的數量，與考勤系統集成，核對應到和實到人數，杜絕遲到和早退現象。對道路上人員和車輛進行實時跟蹤，形成人員和車輛的活動軌跡。對車輛進行區域測速，對1人帶多卡進行軌跡重疊識別。違規則聯動語音系統進行現場警告，并聯動視頻取證和核實。與GIS地圖進行集成，能夠直觀的看到人員和車輛在廠區內的分布狀態。

1.2 出入口人、車管理

與門禁系統集成，杜絕一卡多刷進入門禁；與人臉識別系統集成杜絕人卡不一致及帶多卡進入廠區的現象；與車牌識別系統集成杜絕車卡不一致現象。并確保人和車在安全的時間、通過安全的門進出，違規則聯動語音系統進行現場警告，并聯動視頻取證和核實。

1.3 人員到崗管理

通過定位系統，對需要24h有人值守的重要崗位，進行監督管理，當該區域少于規定人數的時候，進行告警，同時與視頻平臺集成，進行取證和核實。

1.4 訪客及車輛管理

設立內部員工、施工人員、外包人員、外部臨時訪客四種角色，若人員去往權限不符的位置，標簽做蜂鳴報警或者聯動語音系統進行告警，同時向后端平臺發送報警信號，并通過應用平臺回溯歷史軌跡。其中，內部員工、施工人員、外包人員都有相對固定的活動區域，外部臨時訪客需要通過訪客預約系統提前預約需要進入廠區的區域，經批準后，在門衛室刷身份證，獲取臨時卡，該卡片預置經批準的門禁權限以及行走路線，與定位系統聯動，當偏離或者超出行走路線范圍的時候進行告警，并記錄訪客的行走路線，便于回溯。

1.5 危險、偏遠區域的人員管理

實時監測出入吊裝作業、動火作業等危險區域以及人員較為稀少的偏遠區域的人員，通過定位系統判斷人員的位置，若違規闖入或人數超限，則聯動語音系統，發出現場告警，同時與視頻平臺集成，進行取證和核實。

1.6 安全紅線管理

通過抓取視頻流，運用AI圖像識別技術對人的不安全行為進行識別，例如在廠區內不佩戴安全帽、不按規定穿反光衣、登高作業不系安全帶等現象，結合定位系統快速鎖定具體人員。

2 提升巡檢質量

巡檢是工廠正常生產的保證。在巡檢過程中，要求操作工不僅要熟悉本崗位的操作與流程，而且要按時按照巡檢檢查路線把所負責的重要設備、管道、閥門、電器、儀表、控制的工藝參數等進行細致檢查，確保無安全隱患。

與基于RFID卡的巡檢系統相比，基于定位的巡檢系統，有一定的優勢，基于定位的巡檢系統規定巡檢人員、巡檢點、巡檢區域、巡檢路線、巡檢順序、巡檢時間和計劃，能夠進行不按時巡檢、漏檢、替檢、檢牌不檢點、跑步巡檢的判斷，而基于RFID卡的巡檢系統只能判斷漏檢和不按時巡檢的現象。

3 確保應急救援的及時性

3.1 與應急管理系統、HSE系統集成

定位系統與應急管理系統、HSE系統、融合通信系統集成，結合GIS地圖，繪制安全一張圖，突發事件時根據危險源、事故類型和事故等級等信息，通過定位系統確定人員的位置，迅速啟動相應預案，調入和顯示任務集、應急專家、應急組織、應急資源信息，并在安全一張圖上顯示相關內容。

3.2 與火災報警系統的集成

獲取火災報警系統的報警數據，當發生火災的區域仍有人員滯留，聯動語音系統告警，并結合實際情況迅速組織救援。

3.3 與實時數據庫的集成

通過實時數據庫，獲取GDS數據，當可燃有毒報警探頭在集中區域報警的時候，結合定位系統，若該區域仍有人員滯留，聯動語音系統告警，并結合實際情況迅速組織救援。

4 輔助作業票管理

4.1 設置電子圍欄在臨時作業區域運用移動定位設備，形成臨時

的電子圍欄，嚴格控制人員的出入，核實人員身份、作業時間等，同時聯動視頻和語音系統，進行告警和取證。

4.2 安全作業票審批

在作業票流程管理（作業票上報、作業審批確認、作業過程監控、完工驗收）過程中，結合定位完成規定距離內簽審作業票，增加作業過程的行為觀察和違章管理。

基于定位技術的生產安全信息化解決方案的輸入輸出及集成關系如圖1所示：

圖1 輸入輸出及集成關系圖

5 幾種常用的定位技術

5.1 無線射頻（RFID）技術

分為無源（被動式）射頻技術和有源（主動式）射頻技術，有源射頻又分為有源RFID技術和ZigBee/802.15.4技術；無源射頻技術又分為近距離RFID技術和遠距離RFID技術。

5.1.1 有源RFID與無源RFID的對比

有源RFID自帶便簽能源，對讀寫器信號的強度要求較低；有源RFID實時性較高，小于等于10s，能夠穿透人體，同時識別多人的位置信息，而無源RFID無穿透性，多人刷卡會有嚴重沖突；有源RFID具備自動檢測損壞報警、環境監控（傳感器標簽）及人員和設備實時定位、跟蹤等功能，而無源RFID則不具備這些功能。

5.1.2 有源RFID與ZigBee技術的優劣性

有源RFID技術的定位需要事先采集定位區域內多個定位基站發射信號的RSSI值，定位設備通過實時采集比較RSSI值，實現相似度擬合和位置確定。由于事先采集RSSI數據的工作量較大，而且定位區域會因人員移動、中大型電子設備干擾而發生變化，會影響定位精度。

ZigBee技術主要面向無線個人區域網（PAN），網絡系統在應用中具有近距離、低功耗、低成本等特點。ZigBee定位屬于無線傳感網（WSN）技術范疇，技術理念先進，但其缺陷在于網絡穩定性還有待提高，易受環境干擾。ZigBee的定位精度在移動時會受到人體較大干擾，可靠性降低。

5.2 無線網絡（WiFI）技術

WiFi定位技術有兩種，一種是通過移動設備和三個無線網絡接入點的無線信號強度，通過差分算法進行三角定位，另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度，通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的數據庫，來確定位置。WiFi的優勢在于日益普及的WLAN，越來越多的WiFi熱點將為定位提供更多的參照點，將有效提高定位的精確度。缺點在于無線網絡加密算法的脆弱性，其安全性存在一定缺陷。

5.3 超寬帶（UWB）技術

UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬且無需載波的先進無線通信技術，超寬帶無線電中的信息載體為脈沖無線電（Impulse Radio,IR）。這種技術的特點是通過對非常窄（往往小于1ns）的脈沖信號進行調制，以獲得非常寬的帶寬來傳輸數據。由于不需要價格昂貴、提及龐大的中頻設備，UWB沖擊無線電通信系統的體積小且結構簡單、隱秘性和保密性強、功耗低、多徑分辨力強、數據傳輸率高、定位精確、抗干擾能力強[1]。

5.4 衛星定位

多適用于室外露天環境。在衛星信號無遮擋的理想環境下，利用差分基站彌補，理論上GPS可以實現5m的精度，在化工廠等復雜環境下，GPS信號會經過多次的折、反射，造成信號誤差，漂移誤差一般在10m左右，且漂移沒有規律性，還會出現“穿越裝置、設備、墻體，里外不分、上下不分”等原則性錯誤[2]。

6 結論

綜上所述，定位技術是安全管理信息化的基礎，用位置數據支持業務系統，將位置數據與業務系統深度融合，用位置數據管理員工的日常行為、用位置數據管理作業、用位置數據管理巡檢，形成基于定位系統的安全管理、基于定位系統的作業全流程管理、基于定位系統的巡檢管理。通過定位系統，能夠切實提高生產效率和效益，同時確保企業的生產安全。