王璐

煉化企業(yè)烏石化公司的長足發(fā)展以安全管控為核心，堅(jiān)決遏制安全事故的發(fā)生，但安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)防控的現(xiàn)實(shí)“需求”與現(xiàn)行相關(guān)措施的有效“供給”之間仍存在較大差距，過去烏石化公司生產(chǎn)現(xiàn)場管理都是通過語音對講方式跟蹤現(xiàn)場人員信息，人員生命安全的時(shí)效性無法保證；其次生產(chǎn)廠區(qū)周界缺乏對入侵監(jiān)測的有效技術(shù)手段，無法在黃金時(shí)間內(nèi)采取有效措施進(jìn)行定位和防范。針對以上問題，為了解決烏石化公司生產(chǎn)裝置巡檢人員安全問題，完善公司生產(chǎn)區(qū)域周界防范系統(tǒng)，本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人員安全定位系統(tǒng)和振動光纜周界防范系統(tǒng)的組網(wǎng)方案及框架搭建。

如上圖1所示，通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星人員安全定位及4G技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)時(shí)精確掌握廠區(qū)內(nèi)巡檢人員及外來人員的位置與狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全問題與潛在風(fēng)險(xiǎn)，并快速做出處理。如圖2所示，通過在烏石化公司生產(chǎn)區(qū)周界圍墻11公里左右距離長度搭建振動光纜，覆蓋生產(chǎn)區(qū)域近8公里范圍的周界安保進(jìn)行高效和實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以及對周界安防的異常情況、報(bào)警信息進(jìn)行及時(shí)排查和處理，加強(qiáng)廠區(qū)安全管控能力。

一、系統(tǒng)總體架構(gòu)

烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)按照采集層、傳輸層和應(yīng)用層三層功能架構(gòu)搭建，其中采集層及傳輸層是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，為上層應(yīng)用提供基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)感知技術(shù)保障，應(yīng)用層則面向?yàn)跏旧a(chǎn)安全管理各環(huán)節(jié)提供應(yīng)用服務(wù)。其中在應(yīng)用層的建設(shè)內(nèi)容為周界防范系統(tǒng)和人員安全管理兩個(gè)子模塊。通過在公司部署數(shù)據(jù)采集感知設(shè)備、建設(shè)覆蓋無線網(wǎng)絡(luò)傳輸通、運(yùn)用智能化的定位終端設(shè)備和技術(shù)，規(guī)范現(xiàn)場操作，加強(qiáng)內(nèi)外操溝通協(xié)作，實(shí)現(xiàn)人員安全管理和廠區(qū)周界防范聯(lián)動報(bào)警。

二、系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)劃

烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的組網(wǎng)方案（見圖3）：在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)建立覆蓋現(xiàn)場的無線4G網(wǎng)絡(luò)，作為有線局域網(wǎng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的補(bǔ)充和延伸，實(shí)時(shí)傳輸采集層獲取的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)；無線4G網(wǎng)絡(luò)最終接入煉化企業(yè)烏石化公司局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)經(jīng)由有線局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸和匯聚。因此，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)由兩部分構(gòu)成：第一部分是作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)核心的有線局域網(wǎng)，第二部分是作為有線網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和延伸、實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場的企業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

三、系統(tǒng)硬件部署

（一）物聯(lián)網(wǎng)采集層的建設(shè)方案

采集層通過在烏石化公司生產(chǎn)現(xiàn)場及周界圍墻部署傳感器、攝像機(jī)、移動終端等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對人員位置、周界現(xiàn)場監(jiān)控視頻、周界現(xiàn)場人員入侵報(bào)警等數(shù)據(jù)的采集。

1.人員安全數(shù)據(jù)采集方案

人員安全數(shù)據(jù)采集（如圖4）以衛(wèi)星定位技術(shù)（兼容GPS和北斗定位系統(tǒng)）作為主要技術(shù)手段，在重點(diǎn)區(qū)域部署4G無線網(wǎng)，對區(qū)域較弱的衛(wèi)星信號進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)一步提高現(xiàn)場巡檢人員的定位精度，同時(shí)在現(xiàn)場巡檢點(diǎn)、重點(diǎn)區(qū)域部署RFID標(biāo)簽，輔助人員位置定位精度，從而以最低的投資建立高效的、完整的人員安全管理系統(tǒng)。

2.周界防范系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方案

周界防范管理系統(tǒng)主要是通過在烏石化公司生產(chǎn)廠約11公里的周界圍墻部署振動光纖實(shí)現(xiàn)對人員非法入侵事件的探測感知，通過信號分析設(shè)備、報(bào)警主機(jī)實(shí)現(xiàn)振動光纖波形信號的匯總分析，并形成相應(yīng)的報(bào)警信息，通過后臺監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)報(bào)警的處理、展示、存儲、查詢，以及對攝像機(jī)、聲光警示設(shè)備的聯(lián)動控制。本設(shè)計(jì)方案在烏石化公司廠區(qū)周界安裝70臺網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)及聲光報(bào)警器。振動信號和視頻信號通過傳輸光纜分別接入到安裝在4個(gè)二級單位匯聚網(wǎng)絡(luò)設(shè)備機(jī)房的4臺報(bào)警主機(jī)和4臺光網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)策略的配置。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)及IPSAN設(shè)備安裝在中心機(jī)房，監(jiān)控計(jì)算機(jī)安裝在武保部的監(jiān)控中心。網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)通過視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接入烏石化公司現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

（二）傳輸層建設(shè)方案

傳輸層包括有線、無線網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)管理功能，即以烏石化公司現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，建設(shè)覆蓋生產(chǎn)現(xiàn)場的企業(yè)4G無線網(wǎng)絡(luò)（如圖5），并通過網(wǎng)絡(luò)管理功能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)安全的管理。

1.無線網(wǎng)絡(luò)：建立覆蓋企業(yè)的4G無線網(wǎng)絡(luò)，通過與衛(wèi)星定位技術(shù)的結(jié)合，傳輸生產(chǎn)區(qū)人員位置數(shù)據(jù)、巡檢業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、無線儀表和無線傳感器數(shù)據(jù)等。

2.有線網(wǎng)絡(luò)：以企業(yè)現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)作為本次項(xiàng)目的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，現(xiàn)場所有數(shù)據(jù)最終經(jīng)由有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_應(yīng)用系統(tǒng)中。無線網(wǎng)絡(luò)要與有線網(wǎng)絡(luò)對接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳。

3.網(wǎng)絡(luò)管理：能夠?qū)o線網(wǎng)的終端接入、認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M(jìn)行統(tǒng)一管理，并提供統(tǒng)一的管理界面；提供無線網(wǎng)與有線網(wǎng)的隔離和安全防護(hù)功能；管理網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

（三）應(yīng)用層建設(shè)方案

應(yīng)用層包括周界防范系統(tǒng)和人員安全管理系統(tǒng)兩個(gè)業(yè)務(wù)管理功能以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管理、系統(tǒng)基礎(chǔ)管理兩個(gè)基礎(chǔ)功能。

1.周界防范系統(tǒng)

周界防范系統(tǒng)涵蓋6個(gè)功能應(yīng)用子模塊，包括前端數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理、報(bào)警管理、參數(shù)配置管理、報(bào)警聯(lián)動動作管理、報(bào)警查詢與分析等，詳情見圖6。

（1）前端數(shù)據(jù)采集

報(bào)警數(shù)據(jù)采集：實(shí)現(xiàn)對周界入侵報(bào)警數(shù)據(jù)的采集與接入功能，主要包括周界系統(tǒng)入侵報(bào)警、故障報(bào)警、斷線報(bào)警等數(shù)據(jù)信息的采集與接入。

視頻數(shù)據(jù)采集：實(shí)現(xiàn)對周界區(qū)域內(nèi)攝像頭視頻數(shù)據(jù)的采集與接入功能。

（2）監(jiān)控報(bào)警管理

電子地圖顯示：周界防范系統(tǒng)以電子地圖顯示的方式，將周界防范系統(tǒng)產(chǎn)生的人員入侵、斷線報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警等類型的異常報(bào)警信息展示出來。

實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視：如圖7所示，周界防范系統(tǒng)軟件平臺可以通過周界區(qū)域現(xiàn)場安裝的攝像機(jī)同時(shí)對多個(gè)周界防區(qū)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。

報(bào)警人工處理：當(dāng)周界系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警信息后，由烏石化公司武保部監(jiān)控人員對報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)、誤報(bào)消警等處理。

（3）聯(lián)動動作管理

聲光警示聯(lián)動：當(dāng)周界報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警產(chǎn)生后，根據(jù)報(bào)警等級和類型接通周界區(qū)域聯(lián)動的聲光警示設(shè)備，以聲光報(bào)警方式對生產(chǎn)周界區(qū)域入侵人員實(shí)現(xiàn)提醒以及警示功能。

攝像機(jī)聯(lián)動：當(dāng)周界報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警產(chǎn)生后，周界防范系統(tǒng)對可調(diào)動報(bào)警防區(qū)相對應(yīng)的攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視。

視頻顯示：當(dāng)周界報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警產(chǎn)生后，根據(jù)報(bào)警點(diǎn)的防區(qū)位置，監(jiān)控軟件自動彈出攝像頭監(jiān)視界面，對周界區(qū)域產(chǎn)生的入侵報(bào)警進(jìn)行視頻確認(rèn)。

2. 人員安全管理系統(tǒng)

根據(jù)烏石化公司廠區(qū)巡檢人員攜帶的定位終端實(shí)時(shí)回傳的定位信息，對生產(chǎn)區(qū)內(nèi)人員位置進(jìn)行在線顯示，并通過異常報(bào)警、人員位置搜索、軌跡回放等功能，及時(shí)了解人員的安全狀態(tài)，以及在進(jìn)行救援時(shí)提供指導(dǎo)和幫助，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)人員的安全管理。

（1）人員定位顯示

人員位置定位：設(shè)置顯示人員的范圍，如按人員身份或者按區(qū)域顯示人員位置。同時(shí)提供顯示條件的設(shè)置，顯示條件包括始終顯示、報(bào)警時(shí)顯示等。

人員軌跡回放：按照人員信息和時(shí)間范圍進(jìn)行人員軌跡的回放，回放過程具備加速、減速和跳躍等模式。

（2）人員異常報(bào)警

人員異常系統(tǒng)自動報(bào)警：當(dāng)出現(xiàn)人員異常情況時(shí)，在終端上和后臺監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警提醒。當(dāng)人員長期靜止不動時(shí)，在后臺以設(shè)定方式報(bào)警，并在地圖上以高亮形式顯示人員圖標(biāo)并閃爍。

主動觸發(fā)報(bào)警：當(dāng)現(xiàn)場終端求救按鈕（SOS鍵）被按下時(shí)，在后臺監(jiān)控系統(tǒng)以最高報(bào)警級別進(jìn)行求援報(bào)警提示，點(diǎn)擊求援報(bào)警提示后可快速鎖定求援位置。

四、系統(tǒng)應(yīng)用效果

通過在煉化企業(yè)烏石化公司范圍內(nèi)實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，以現(xiàn)場安全隱患和生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求為技術(shù)攻關(guān)的目標(biāo)方向，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)領(lǐng)域的安全防護(hù)機(jī)制。自2017年至今烏石化公司物聯(lián)網(wǎng)周界防范系統(tǒng)和人員安全管理系統(tǒng)運(yùn)行正常，達(dá)到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于煉化企業(yè)信息化及生產(chǎn)現(xiàn)場的預(yù)期目標(biāo)。通過對烏石化公司基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的周界安全防范和廠區(qū)人員巡檢的部署，加強(qiáng)公司生產(chǎn)HSE安全管控能力，促進(jìn)公司精細(xì)化、自動化、數(shù)字化和智能化的管理提升，在提高煉化企業(yè)烏石化公司社會效益和安全效益上起到了重要作用。

五、結(jié)論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人員巡檢定位及生產(chǎn)廠周界防范的系統(tǒng)建設(shè)，達(dá)到了各生產(chǎn)廠現(xiàn)場巡檢人員在巡檢過程中軌跡、時(shí)間的動態(tài)監(jiān)控和人員緊急情況下的一鍵報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)廠周界防范及攝像機(jī)可視聯(lián)動報(bào)警功能。有效地對公司的人員巡檢、周界防范等各環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測、分析和報(bào)警。在出現(xiàn)異常情況時(shí)，各系統(tǒng)間發(fā)揮聯(lián)動效應(yīng)，為下一步應(yīng)急處理提供有效技術(shù)支撐，有效提升了烏石化公司現(xiàn)場生產(chǎn)安全管控能力和水平。