基于智能化技術(shù)的作業(yè)安全系統(tǒng)架構(gòu)研究

摘要：隨著安全生產(chǎn)智能化水平提升，傳統(tǒng)鎖具在防誤等方面的局限凸顯。本文提出智能化作業(yè)安全系統(tǒng)，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)水全流程數(shù)字化管控。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)大幅提升了作業(yè)安全與效率，為調(diào)水工程安全管理提供了高效解決方案。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；作業(yè)安全；系統(tǒng)架構(gòu)；物聯(lián)網(wǎng)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.017

中圖分類(lèi)號(hào)：TP 39" " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）01-00-03

Research on the Architecture of an Operation Safety System Based on Intelligent Technology

WANG Lang， LIU Yongfei， WU Shuhai， CAI Hao

（Guangdong Yuegang Water Supply Co.， Ltd.， Shenzhen 518021， China）

Abstract： With the enhancement of intelligent safety production，the limitations of traditional locks in areas such as error prevention have become apparent. This paper proposes an intelligent operation safety system that utilizes \"Internet + IoT\" technology to achieve full-process digital control. Practice has shown that this system significantly improves operation safety and efficiency，providing an efficient solution for the safety management of water diversion projects.

Keywords： intelligent technology; operation safety; system architecture; Internet of Things （IoT）

1" "工程作業(yè)安全管理現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，工程作業(yè)安全管理面臨多重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)機(jī)械式鎖具在防誤、能量隔離和臨時(shí)地線(xiàn)管理方面存在局限；在倒閘操作中，操作票與防誤閉鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)未打通，增加風(fēng)險(xiǎn)；檢修作業(yè)缺乏強(qiáng)制閉鎖手段，邊界設(shè)備閉鎖不足；臨時(shí)接地線(xiàn)狀態(tài)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；鎖具和鑰匙管理困難，開(kāi)鎖記錄缺乏信息化管理[1]。這些問(wèn)題影響了作業(yè)安全和效率。利用智能化技術(shù)構(gòu)建全面的作業(yè)安全系統(tǒng)，整合新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接，開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建全流程數(shù)字化管控平臺(tái)。此外，隨著調(diào)水工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大和技術(shù)的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的安全管理模式已難以滿(mǎn)足現(xiàn)代化調(diào)水工程的需求。人為因素仍然是安全事故的主要原因之一，操作人員的疲勞、注意力不集中等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。同時(shí)，設(shè)備老化和維護(hù)不當(dāng)也增加了系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)。在信息化建設(shè)方面，雖然許多工程已經(jīng)引入了一些自動(dòng)化系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)往往是孤立的，缺乏有效的整合，導(dǎo)致信息共享和協(xié)同決策效率低下。此外，在面對(duì)突發(fā)事件時(shí)，現(xiàn)有的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制往往反應(yīng)滯后，難以實(shí)現(xiàn)快速有效的處置。

2" 智能化作業(yè)安全系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)采用泛在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)層設(shè)計(jì)，基于B/S和移動(dòng)App構(gòu)建。架構(gòu)包括數(shù)據(jù)感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層。數(shù)據(jù)感知層由RFID標(biāo)簽、智能鎖具等組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。網(wǎng)絡(luò)傳輸層利用以太網(wǎng)和Wi-Fi，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。應(yīng)用服務(wù)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和決策支持。系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，保證高并發(fā)處理能力和可擴(kuò)展性。主要性能指標(biāo)包括低負(fù)荷率、高設(shè)備管理數(shù)量和快速響應(yīng)時(shí)間。支持與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)操作交互一體化。

2.2 核心子系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由四大核心子系統(tǒng)構(gòu)成：倒閘操作管控子系統(tǒng)、檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)、智能地線(xiàn)管理子系統(tǒng)以及智能鎖控管理子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)各司其職，又緊密相連。一是倒閘操作管控子系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有圖形開(kāi)票、智能生成操作票、操作序列制定及模擬預(yù)演等功能，確保操作精準(zhǔn)無(wú)誤。二是檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)注重安全與可追溯性，包含圖形化工作票開(kāi)具、檢修隔離票生成、強(qiáng)制閉鎖及檢修掛牌等模塊，全面保障檢修過(guò)程的安全與有序。三是智能地線(xiàn)管理子系統(tǒng)以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能控制為核心，實(shí)現(xiàn)地線(xiàn)的定置管理、授權(quán)使用及狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性，確保地線(xiàn)管理的智能化與安全性。四是智能鎖控管理子系統(tǒng)則注重安全與便捷性，集成智能鑰匙管理、鎖芯控制及授權(quán)管理等功能，為作業(yè)過(guò)程提供全面的鎖控安全保障[2]。這四大子系統(tǒng)通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息共享與協(xié)同作業(yè)，形成高度集成的作業(yè)安全系統(tǒng)架構(gòu)。系統(tǒng)采用高性能處理器，支持大規(guī)模鑰匙管理，并具備豐富的操作記錄存儲(chǔ)能力，確保系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。各子系統(tǒng)間深度融合，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接與全過(guò)程安全管控，有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提升作業(yè)效率。

2.3 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)

系統(tǒng)集成采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)四個(gè)核心子系統(tǒng)之間的信息共享和協(xié)同工作。數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)遵循“數(shù)據(jù)一次采集、多次使用”原則，避免信息孤島。倒閘操作管控子系統(tǒng)的操作票數(shù)據(jù)可直接流轉(zhuǎn)至檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)。智能地線(xiàn)管理子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息與倒閘操作管控和檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)緊密關(guān)聯(lián)。智能鎖控管理子系統(tǒng)的授權(quán)信息貫穿整個(gè)作業(yè)流程，與其他三個(gè)子系統(tǒng)深度集成，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的安全管控。

2.4 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)采用多層防護(hù)策略。在網(wǎng)絡(luò)層面，通過(guò)物理隔離裝置實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)控制大區(qū)的安全隔離。在應(yīng)用層面，采用基于角色的訪(fǎng)問(wèn)控制模型，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的權(quán)限管理。數(shù)據(jù)傳輸采用加密通信，確保信息傳輸安全。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了完善的日志審計(jì)機(jī)制，記錄所有關(guān)鍵操作，支持事后追溯。在設(shè)備層面，智能鎖具采用高安全C級(jí)防盜鎖芯，電腦鑰匙具備“黑匣子”功能。整個(gè)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)充分考慮了電力行業(yè)的特殊需求，確保作業(yè)過(guò)程的安全可控。

3" "關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)在作業(yè)安全

中的應(yīng)用

系統(tǒng)采用多種物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)。智能鎖具使用高安全C級(jí)防盜鎖芯，內(nèi)置唯一ID，編碼值大于等于65 000。RFID技術(shù)用于鎖具和地線(xiàn)識(shí)別。智能地線(xiàn)檢測(cè)裝置支持Wi-Fi通信，可識(shí)別小于等于4 096個(gè)RFID探頭。設(shè)備采用優(yōu)質(zhì)材料，適應(yīng)極端環(huán)境。智能地線(xiàn)樁具高耐受電流能力[3]。電腦鑰匙采用無(wú)線(xiàn)采碼技術(shù)，具有“黑匣子”功能，數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，續(xù)航能力強(qiáng)。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)

系統(tǒng)采用多層次數(shù)據(jù)傳輸與處理技術(shù)，利用以太網(wǎng)和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，確保通信穩(wěn)定性。系統(tǒng)與生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)正向物理隔離裝置通信，遵循“電監(jiān)安全〔2006〕34號(hào)”規(guī)定，保障數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)處理采用32位或64位高性能處理器，提高計(jì)算效率。智能管理主機(jī)支持以太網(wǎng)、RS-485通信方式，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)19 200 bps。系統(tǒng)性能指標(biāo)包括：服務(wù)器主機(jī)負(fù)荷率小于等于20%，內(nèi)存占用率小于等于60%，管理設(shè)備數(shù)量大于等于65 535個(gè)。PC端Web頁(yè)面響應(yīng)時(shí)間小于等于2 s，安全管控判斷響應(yīng)時(shí)間小于等于2 s，客戶(hù)端并發(fā)連接數(shù)大于等于20。這些技術(shù)保證了系統(tǒng)的高效性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)壓縮和緩存技術(shù)，以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)傳輸效率和響應(yīng)速度。對(duì)于大量重復(fù)性高的數(shù)據(jù)，如設(shè)備狀態(tài)信息，采用增量更新方式，僅傳輸發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，顯著減少網(wǎng)絡(luò)帶寬占用。同時(shí)，系統(tǒng)引入了邊緣計(jì)算技術(shù)，在數(shù)據(jù)源頭進(jìn)行初步處理和分析，減輕中央服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。此外，為應(yīng)對(duì)可能的網(wǎng)絡(luò)中斷情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了本地?cái)?shù)據(jù)緩存機(jī)制，確保在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后能夠自動(dòng)同步數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。表1列出了系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)。

3.3 人機(jī)交互技術(shù)優(yōu)化

本系統(tǒng)集成多項(xiàng)智能分析與決策技術(shù)，提高智能化水平和決策效率。倒閘操作管控子系統(tǒng)支持智能開(kāi)票，自動(dòng)解析工作票安全措施，創(chuàng)建隔離閉鎖任務(wù)。系統(tǒng)使用自然語(yǔ)言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)分析工作票，生成任務(wù)清單并進(jìn)行邏輯驗(yàn)證。檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)支持智能安措生成和工作票變更[4]。智能地線(xiàn)管理子系統(tǒng)通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和校核管控，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)并觸發(fā)告警。智能鎖控管理子系統(tǒng)支持多種授權(quán)解鎖模式，具備自動(dòng)監(jiān)控和故障檢測(cè)功能。這些技術(shù)為作業(yè)安全提供全面保障。

4" "系統(tǒng)性能評(píng)估與分析

4.1 安全性能提升分析

系統(tǒng)顯著提升作業(yè)安全性。倒閘操作管控子系統(tǒng)減少不按票操作風(fēng)險(xiǎn)，測(cè)試顯示自動(dòng)生成操作序列準(zhǔn)確率高。智能地線(xiàn)管理子系統(tǒng)大幅減少地線(xiàn)錯(cuò)掛、漏掛事件。智能鎖控管理子系統(tǒng)具有抗破解和可靠性測(cè)試功能，非法開(kāi)鎖概率極低[5]。檢修作業(yè)管理子系統(tǒng)試運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示誤操作事件減少。全流程數(shù)字化記錄提升了安全事故分析能力。整體評(píng)估顯示安全事故發(fā)生率顯著下降。

4.2 作業(yè)效率提升評(píng)估

智能化作業(yè)安全系統(tǒng)使調(diào)水工程效率顯著提升。系統(tǒng)優(yōu)化票據(jù)編制，利用智能模板和自動(dòng)填充方式簡(jiǎn)化流程，減少重復(fù)勞動(dòng)。操作序列校核借助智能算法，提速又增強(qiáng)錯(cuò)誤識(shí)別。安全措施制定得益于系統(tǒng)智能建議和歷史數(shù)據(jù)分析，更快速全面。遠(yuǎn)程操作功能大幅縮減現(xiàn)場(chǎng)往返，遠(yuǎn)程站點(diǎn)管理效率尤為突出。在應(yīng)急響應(yīng)方面，實(shí)時(shí)監(jiān)控與快速信息傳遞確保問(wèn)題即時(shí)發(fā)現(xiàn)、迅速處理。智能調(diào)度優(yōu)化人力分配，提升資源利用率。效率提升不僅節(jié)省時(shí)間，更在保證安全前提下提高作業(yè)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。全方位的效率飛躍，為調(diào)水工程安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，有力保障了工程高效順暢運(yùn)行。

4.3 系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性測(cè)試

系統(tǒng)經(jīng)嚴(yán)格測(cè)試。服務(wù)器30天滿(mǎn)負(fù)荷測(cè)試符合要求。65 535設(shè)備同時(shí)接入時(shí)響應(yīng)穩(wěn)定。設(shè)備在極端環(huán)境下正常工作。電腦鑰匙跌落測(cè)試完好率高。智能地線(xiàn)檢測(cè)裝置短路測(cè)試性能穩(wěn)定。斷電情況下UPS支持時(shí)間充足。高并發(fā)測(cè)試響應(yīng)時(shí)間穩(wěn)定。長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試MTBF超50 000小時(shí)，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，證明系統(tǒng)高度可靠穩(wěn)定。

5" "工程應(yīng)用案例研究

本系統(tǒng)在廣東省某大型調(diào)水工程中成功應(yīng)用。該工程涉及多個(gè)泵站和數(shù)十千米輸水管線(xiàn)，安全作業(yè)管理復(fù)雜。系統(tǒng)部署后，倒閘操作和檢修作業(yè)的安全性顯著提高，誤操作事件減少85%。智能地線(xiàn)管理降低了觸電風(fēng)險(xiǎn)，提高了作業(yè)效率。智能鎖控管理加強(qiáng)了關(guān)鍵設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)控制。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能助力管理層優(yōu)化作業(yè)流程，使整體作業(yè)效率提升40%。該案例證明了系統(tǒng)在大型水利工程中的實(shí)用性和有效性。

6" "結(jié)束語(yǔ)

基于智能化技術(shù)的作業(yè)安全系統(tǒng)架構(gòu)為東深供水工程的安全管理提供了創(chuàng)新性解決方案。通過(guò)整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過(guò)程的全面感知、實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能決策。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)不僅顯著提高了作業(yè)安全性，還大幅提升了工作效率。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，該系統(tǒng)架構(gòu)有望在更多調(diào)水工程中得到推廣應(yīng)用，為推動(dòng)調(diào)水工程安全管理的智能化發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。■

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作者簡(jiǎn)介：汪" "朗（1992—），男，漢族，安徽宿松人，工程師，碩士，研究方向?yàn)樗畔⒒c自動(dòng)化。

劉勇飛（1990—），男，漢族，湖南衡陽(yáng)人，助理工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)樗畔⒒c自動(dòng)化。

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蔡" " 浩（1976—），男，漢族，廣東清遠(yuǎn)人，助理工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)楸谜咀詣?dòng)控制與信息化。