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        移動式多功能防爆監(jiān)控終端研制及遠程監(jiān)控平臺研發(fā)

        2019-06-05 01:53:40王廷春張亞麗穆波吳瑞青
        石油化工自動化 2019年2期
        關鍵詞:作業(yè)設備

        王廷春,張亞麗,穆波,吳瑞青

        (中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院,山東青島266101)

        石化行業(yè)是一個高風險的行業(yè),涉及高溫高壓、易燃易爆、有毒有害介質,物料危險性大,發(fā)生火災、爆炸、群死群傷事故概率高,發(fā)生事故時損失巨大。為了保障石化企業(yè)安全生產,除了加強安全管理工作外,建立安全監(jiān)控系統(tǒng)也尤為重要,實現(xiàn)現(xiàn)場情景和視頻等信息的實時采集及分析,提高應急反應處理能力和反應速度,以及員工和周邊的安全,為安全生產和指揮調度提供準確及時的第一手資料,為事故調查與分析提供直接證據(jù)。

        為了保障企業(yè)安全生產,國務院安全生產委員會印發(fā)安委[2016]1號文《關于2016年安全生產工作要點的通知》中指出,實施安全技術防范工程,深化信息化與安全生產業(yè)務融合,運用互聯(lián)網、物聯(lián)網等技術手段提高監(jiān)管效率和水平。為切實加強直接作業(yè)環(huán)節(jié)安全監(jiān)督管理,全過程、全方位、全天候的監(jiān)控生產作業(yè)現(xiàn)場和生產經營活動的安全狀況,中國石化集團公司2015年下發(fā)《中國石化安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置管理規(guī)定》,利用安全監(jiān)控系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)事故隱患和“三違”現(xiàn)象,遏制和杜絕事故發(fā)生。目前,視頻監(jiān)控已在石化行業(yè)得到了大量的應用,如:油田無人值守、煉化裝置區(qū)監(jiān)控、油庫加油站監(jiān)控、工程現(xiàn)場監(jiān)控,但仍普遍存在一些問題:一是無法滿足視頻監(jiān)控全覆蓋、無盲區(qū)的要求,對于一些特殊作業(yè)地點,如:受限空間、裝置集中區(qū)作業(yè)及一些建設項目施工區(qū)域等易被遮擋或有條件限制的區(qū)域、臨時或流動的作業(yè)場所等,固定視頻無法實現(xiàn)靈活布置、全覆蓋、無盲區(qū);二是移動式多功能的防爆監(jiān)控設備缺乏,尤其是缺乏具有檢測與預警功能的多用途、可移動式的監(jiān)控設備,對于受限空間作業(yè),現(xiàn)場缺乏多種氣體傳感器,當作業(yè)現(xiàn)場氣體濃度發(fā)生變化時,不能在第一時間獲知風險,同時現(xiàn)場監(jiān)護人員和遠程人員也難以第一時間掌握受限空間內有毒有害氣體情況,延誤最佳救援時機;三是監(jiān)控功能單一,大多數(shù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)僅是單純監(jiān)視功能,智能管控尤其是視頻智能分析、預警功能少,不能與其他應用進行融合,缺乏包含固定、單體等多類型設備成套解決方案及遠程監(jiān)控平臺。因此,有必要研發(fā)集視頻監(jiān)控、氣體檢測與報警、定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型移動式多功能防爆監(jiān)控終端,并結合遠程監(jiān)控平臺的開發(fā),實現(xiàn)作業(yè)人員、現(xiàn)場監(jiān)護人員和遠程人員對高危特殊場所作業(yè)過程危險源的全程、無死角的監(jiān)控,以提高對高危作業(yè)風險防控能力和安全監(jiān)管水平,降低事故的發(fā)生。

        1 移動式多功能防爆監(jiān)控終端研發(fā)

        為實現(xiàn)作業(yè)人員、現(xiàn)場監(jiān)護人員和遠程人員對作業(yè)現(xiàn)場危險源的全方位、無死角的監(jiān)控,針對石化企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場風險的特點,通過集成網絡技術、視頻技術、氣體檢測技術以及無線定位技術等,并結合石化企業(yè)高防爆的要求,研發(fā)了移動式多功能防爆監(jiān)控終端設備。該設備由殼體、攝像頭、云臺控制器、氣體探測器、CPU處理電路、定位電路、遠程圖像傳輸電路、報警電路、通信電路、同步電路、電源電路、信息存儲電路、信息采集電路等部分組成。其主要部分是防爆攝像系統(tǒng)和氣體監(jiān)測與報警系統(tǒng)。

        1.1 防爆攝像系統(tǒng)

        防爆攝像系統(tǒng)構成如圖1所示,其中,錄像模塊對監(jiān)控區(qū)域進行實時錄像并獲得相應的視頻;拍照模塊對重點區(qū)域進行定時拍照;設置模塊對各個模塊的參數(shù)進行設置;上傳模塊對錄像模塊獲得的視頻、拍照模塊取得的照片進行上傳;視頻存儲模塊對錄像模塊獲得的視頻進行存儲;時間選擇模塊可選擇白天模式或夜間模式;視頻回放模塊對錄像模塊獲得的視頻進行回放;聲音控制模塊根據(jù)環(huán)境特征參數(shù)、個性化特征參數(shù)進行聲音控制;視頻質量管理模塊對錄像模塊獲得的視頻進行質量管理并提高視頻質量;處理模塊對錄像模塊、拍照模塊、設置模塊、上傳模塊、視頻存儲模塊、時間選擇模塊、視頻回放模塊、聲音控制模塊、視頻質量管理模塊收集到的信息進行處理。該系統(tǒng)增加的錄像、拍照、設置、上傳、視頻回放等多種功能,方便使用,滿足了監(jiān)控的需求。

        圖1 防爆攝像系統(tǒng)構成示意

        1.2 防爆氣體監(jiān)測與報警系統(tǒng)

        防爆氣體監(jiān)測與報警系統(tǒng)構成如圖2所示,包括進氣口、通道、風扇、檢測系統(tǒng)、采集器、處理器、校準器等。其中檢測系統(tǒng)中,控制器與監(jiān)測器相連,用于控制風扇的旋轉速度;監(jiān)測器與探測器相連,用于監(jiān)測氣體是否有泄漏和監(jiān)視系統(tǒng)的溫度;探測器采用紅外線探測,與傳感器相連,用于探測氣體的濃度是否超標;傳感器與攝像器相連,用于把氣體轉換為電信號;攝像器與第一報警器相連,用于拍攝氣體流動的過程;第一報警器起警報作用,氣體濃度超標或氣體泄漏時或系統(tǒng)溫度過高,第一報警器發(fā)出警報。該系統(tǒng)能夠完整采集系統(tǒng)的整體信息,提高了準確性、抗干擾性、安全性能,采集速度更快,結構簡單,操作方便。

        1.3 監(jiān)控終端主要部件設計及選型

        為了使該設備能夠具有高防爆、低功耗、視頻畫面清晰、氣體監(jiān)測精度高、數(shù)據(jù)傳輸快等高性能,在部件的設計、選型等方面充分借鑒國內外先進設備,其主要部件設計、選型及參數(shù)見表1所列。

        圖2 防爆氣體監(jiān)測與報警系統(tǒng)構成示意

        表1 監(jiān)控終端主要部件設計、選型及參數(shù)

        續(xù)表1

        1.4 監(jiān)控終端設備主要特點

        與國內外類似設備相比,該設備集視頻監(jiān)控、氣體檢測與智能報警、定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喙δ苡谝惑w,且具有高防爆、低功耗、在線流量消耗小,檢測氣體種類達26種,電池使用溫度-25~+55℃、續(xù)航時間大于12 h等優(yōu)勢,其主要特點如下:

        1)兼具視頻監(jiān)控、氣體監(jiān)測與報警、GPS/北斗雙模定位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

        2)整機防爆設計,可適用于防爆I區(qū),防爆型號:ExdibIIB+H2T4Gb。

        3)支持移動、聯(lián)通、電信的3G/4G/華為專網,可使用所有運營商網絡。

        4)本地和遠程可360°調節(jié)防爆云臺,進行旋轉監(jiān)視和巡視。

        5)可對H2S,CH4等常見的26種有害氣體快速分類測定,氣體檢測探頭更換簡單。

        6)配備便攜式外接聲光報警器,可同時實現(xiàn)受限空間內外氣體濃度顯示及報警。

        7)本機自帶的顯示屏和遠程后臺均可實時顯示、查看視頻攝制位置與效果及內容。

        8)適應性強,另外支持本地與遠程異常流量保存與查看,降低數(shù)據(jù)流量費用成本。

        9)采用“三串兩并”磷酸鐵鋰電池,可在-25~+55℃的作業(yè)環(huán)境中連續(xù)工作12 h以上。

        10)外配三腳架,可升降,垂直角度可調節(jié),便于將監(jiān)控終端設備放置于作業(yè)現(xiàn)場適當位置。

        2 遠程監(jiān)控平臺研發(fā)

        2.1 平臺總體架構

        為實現(xiàn)對石化企業(yè)高風險作業(yè)全方位、全過程遠程監(jiān)控,利用本文研發(fā)的移動式多功能監(jiān)控設備,并結合物聯(lián)網、互聯(lián)網、視頻監(jiān)控與分析、遠程通信、氣體探測及位置服務等技術進行集成應用開發(fā),形成高效聯(lián)動的作業(yè)現(xiàn)場全過程遠程監(jiān)管平臺,有序地對相關信息進行采集、傳輸、管理、分析、顯示、報警和控制,提高對作業(yè)現(xiàn)場風險發(fā)現(xiàn)、監(jiān)控、預警、分析研判和應急處置的能力,實現(xiàn)石化企業(yè)高風險作業(yè)的全過程有效監(jiān)控。因此,該平臺應能對作業(yè)現(xiàn)場中的音視頻信息、有毒有害氣體濃度、作業(yè)場所的位置等信息進行實時監(jiān)測和遠程發(fā)布,遠程人員可通過該平臺獲取作業(yè)現(xiàn)場安全信息,進行監(jiān)管。平臺總體架構是基于物聯(lián)網架構設計,主要包括感知層、傳輸層和應用層三個層面[1-2],其網路拓撲結構如圖3所示。

        圖3 遠程監(jiān)控平臺網絡拓撲結構示意

        1)感知層。感知層通過帶有視頻攝像頭、氣體監(jiān)測等多種類型傳感器的可移動終端設備來獲取高危作業(yè)場所發(fā)生的各種物理事件及數(shù)據(jù)信息。視頻攝像頭獲取作業(yè)場所中關鍵作業(yè)行為的音視頻信息,氣體傳感器識別作業(yè)場所中有毒有害氣體濃度,GPS/北斗識別作業(yè)場所位置坐標信息,陀螺儀精確測量攝像頭偏轉、傾斜時的轉動角速度。

        2)傳輸層。傳輸層是將來自感知層的各類信息進行接入和傳輸,通過基礎承載網絡上傳到應用層的平臺服務器,包括:移動/電信3G/4G,華為專網4G,WIFI,APN內網。

        3)應用層。應用層包括平臺服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、云端服務器以及客戶端。平臺服務器利用標準協(xié)議接口(GB 28181)及國際標準協(xié)議接口(ONVIF)進行通信控制、數(shù)據(jù)處理、驅動交互、視頻傳播及基礎服務,同時將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)服務器中。應用服務層采用C/S與B/S混合模式開發(fā),使得平臺既具有良好的安全性、較強的交互性、較強的數(shù)據(jù)處理能力、不受各種瀏覽器制約等C/S模式的優(yōu)點,同時也具有使用簡單、界面友好、易于維護、升級擴展性好等B/S的優(yōu)點[3]。數(shù)據(jù)庫服務器提供數(shù)據(jù)的可靠存儲和查詢等任務。客戶端供用戶方便地完成瀏覽、操作等,該監(jiān)控平臺支持多種客戶端終端設備如計算機、平板電腦、智能手機等,可供企業(yè)管理人員隨時監(jiān)管作業(yè)現(xiàn)場的安全生產情況。同時,平臺服務器還可以把數(shù)據(jù)存儲在云端,提供云服務,方便用戶遠程訪問。

        2.2 平臺主要功能

        遠程監(jiān)控平臺幫助企業(yè)建立先進、高效的高風險作業(yè)環(huán)節(jié)管理模式,借助移動視頻監(jiān)測監(jiān)控手段實現(xiàn)用火、用電、受限空間、高處、起重、盲板抽堵、破土等高風險作業(yè)環(huán)節(jié)全程、全方位監(jiān)管,平臺主要包括作業(yè)現(xiàn)場風險監(jiān)測、智能分析、報警管理與處置、區(qū)域聯(lián)動、監(jiān)控歷史查詢、GIS應用及電子看板、綜合統(tǒng)計、監(jiān)控設備管理等功能模塊,下面從各個功能模塊來解析遠程監(jiān)控平臺在高危作業(yè)的安全管控方法,遠程監(jiān)控平臺功能結構如圖4所示。

        圖4 遠程監(jiān)控平臺功能結構示意

        1)作業(yè)現(xiàn)場風險監(jiān)測。石化高風險作業(yè)日常管理中,存在一些突出的共性問題:作業(yè)前執(zhí)行的安全措施雖然已落實,但由于作業(yè)過程中某些操作會導致作業(yè)條件發(fā)生變化,例如:受限空間中氣體濃度變化,而作業(yè)人員無法及時、連續(xù)獲知相關信息[4-5]。為此,在作業(yè)現(xiàn)場利用移動式多功能監(jiān)控設備實時檢測現(xiàn)場氣體環(huán)境,當氣體濃度發(fā)生變化時,可對作業(yè)人員及時提醒并發(fā)出預警信息,提醒作業(yè)人員迅速撤離現(xiàn)場,同時遠程人員也可以利用遠程監(jiān)控平臺,實時獲取作業(yè)現(xiàn)場危害氣體濃度、視頻信息、作業(yè)場所位置等信息,當發(fā)現(xiàn)報警時迅速通知安全監(jiān)管人員采取安全管控措施,從而實現(xiàn)有效地風險監(jiān)控,及時為作業(yè)人員、現(xiàn)場監(jiān)護人員和遠程人員提供風險警示。

        2)智能分析。平臺能夠對獲取的作業(yè)現(xiàn)場信息進行智能分析,包括視頻智能分析、視頻智能分發(fā)與轉發(fā)、危害氣體濃度超標智能分析、應急撤離路線智能分析等。視頻監(jiān)控是一種很重要的監(jiān)控和震懾違章行為的手段,而完全依靠人工監(jiān)視視頻畫面極易出現(xiàn)監(jiān)控盲區(qū)和漏查漏報情況,利用視頻智能分析技術,可實現(xiàn)在線自動識別不戴安全帽、不系安全帶、違規(guī)使用通信設備、抽煙等典型違章行為,并實施報警和視頻信息智能推送至相關管理人員,提高監(jiān)測監(jiān)控的針對性[6]。當現(xiàn)場危害氣體濃度超標時,監(jiān)控設備根據(jù)報警規(guī)則能夠進行周邊與遠程報警,平臺可將報警信息智能地推送給相關人員,同時根據(jù)報警信息、作業(yè)點的分布及現(xiàn)場人員分布等信息,結合專家知識庫,平臺還可智能推薦現(xiàn)場人員應急撤離和救援路線,并在地圖上展示。通過這些智能分析,大幅提高了對作業(yè)現(xiàn)場風險的防控能力和應急處置能力。

        3)報警管理與處理。該平臺主要包括危害氣體濃度超標智能報警、典型違章行為智能報警、現(xiàn)場監(jiān)管人員手動操作監(jiān)控設備進行報警、遠程人員通過監(jiān)控平臺手動觸發(fā)監(jiān)控設備報警、監(jiān)控設備傳感器發(fā)生故障時自動報警等多種類型報警。當出現(xiàn)這些報警,平臺會主動將報警信息推送給作業(yè)負責人、作業(yè)人員、監(jiān)控人員、監(jiān)控設備負責人,并由作業(yè)負責人填寫報警原因、處理情況等相關信息,實現(xiàn)報警的閉環(huán)管理。

        4)區(qū)域聯(lián)動。高風險作業(yè)過程中,當發(fā)生報警事件時,會引發(fā)報警設備以外的相關設備報警,及時提醒同一區(qū)域內的作業(yè)人員,提前做好防范措施。如:當氣體濃度超標報警時,自動觸發(fā)同一區(qū)域的設備報警;當手動報警或違規(guī)報警時,可從同一區(qū)域的關聯(lián)設備中選擇設備報警。

        5)監(jiān)控歷史查詢。該平臺可實現(xiàn)本地和遠程實時記錄監(jiān)控設備采集的視頻信息、危害氣體濃度信息、作業(yè)場所的位置信息以及攝像頭轉動角速度信息,日后可進行查詢和統(tǒng)計,為管理決策提供支持,為事故調查與分析提供直接證據(jù)。

        6)GIS應用及電子看板。借助移動監(jiān)控設備自帶的GPS/北斗定位,一是可將廠區(qū)各作業(yè)分布情況、報警點分布情況實時展示在地圖中,幫助企業(yè)安全管理人員全面、及時、準確地掌握廠區(qū)內作業(yè)動態(tài)分布情況,一旦發(fā)生事故需要疏散或救援人員時,及時掌握人員的位置信息及撤離路線,及時高效地派遣人員實時營救;二是可將廠區(qū)歷史報警位置分布情況展示在地圖中,幫助管理者分析報警原因,采取有效措施,減少異常情況發(fā)生;三是可將監(jiān)控設備歷史位置軌跡展示在地圖中,據(jù)此判斷高風險作業(yè)現(xiàn)場是否按規(guī)定架設移動監(jiān)控設備,保證視頻監(jiān)控的震懾作用;四是可將系統(tǒng)推薦的應急撤離和營救的路線展示在地圖中,提高作業(yè)現(xiàn)場應急處置能力。

        此外,利用平臺中電子看板和作業(yè)地理信息,在三維地圖中將廠區(qū)的信息進行目視化管理,借助現(xiàn)場視頻監(jiān)控,方便安全監(jiān)管人員及時了解安全生產情況,同時建立可視化事故應急預案,提高事故應急處理時效性。

        7)綜合統(tǒng)計。利用監(jiān)控平臺中存儲的作業(yè)現(xiàn)場信息、報警及處置信息,可進行實時監(jiān)控匯總、報警次數(shù)統(tǒng)計、危害氣體濃度歷史趨勢分析、監(jiān)控設備訪問和連接情況統(tǒng)計等多種統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)挖掘,為管理決策提供支持。

        8)監(jiān)控設備管理。該模塊包括監(jiān)控設備增減管理、監(jiān)護設備使用計劃管理、監(jiān)控設備維修情況管理、監(jiān)控設備關聯(lián)關系維護等,是監(jiān)控平臺正常運行的基礎。

        3 應用情況

        移動式多功能防爆監(jiān)控終端及遠程監(jiān)控平臺,已在青島石化、天津石化、荊門石化及神華集團有限責任公司等多家企業(yè)進行了應用,解決了對高風險特殊作業(yè)現(xiàn)場危險源全程、全方位監(jiān)控的難題。通過監(jiān)控設備可移動、高防爆且集成視頻監(jiān)控、危險氣體濃度檢測、作業(yè)場所位置、智能報警和聯(lián)動以及遠程監(jiān)管,提高了監(jiān)控設備及平臺適用范圍,增強了對作業(yè)現(xiàn)場風險發(fā)現(xiàn)、分析研判、預警、監(jiān)控和應急處置能力,提升了作業(yè)現(xiàn)場風險管控的實時性和有效性,大幅提高了監(jiān)管的執(zhí)行力和工作效率,有效控制了直接作業(yè)環(huán)節(jié)風險,提高了對作業(yè)現(xiàn)場風險防控能力和安全監(jiān)管水平,顯著提高了企業(yè)安全業(yè)績,取得了較好的效果。

        4 結束語

        1)移動式多功能防爆監(jiān)控終端及遠程監(jiān)控平臺的研發(fā),為企業(yè)建立了先進的高風險作業(yè)環(huán)節(jié)管理模式,借助移動視頻監(jiān)控監(jiān)測手段,及時獲取現(xiàn)場危險氣體、違規(guī)違章、作業(yè)位置等信息,為作業(yè)現(xiàn)場提供了有力技術保障。

        2)借助物聯(lián)網、互聯(lián)網、視頻分析等技術,形成石化企業(yè)高危作業(yè)遠程監(jiān)控平臺,提高了企業(yè)對作業(yè)現(xiàn)場的信息獲取、風險預警等能力和安全監(jiān)管水平。

        3)該設備和平臺,既可在危險化學品、易燃易爆產品生產和倉儲基地的工程施工及臨時工程作業(yè)實時監(jiān)控,也可在受限環(huán)境工程作業(yè)、消防和應急救援現(xiàn)場實時監(jiān)控,同時也可在設備檢修、作業(yè)環(huán)境、生產環(huán)境進行臨時監(jiān)控。其管理模式也可應用在煤礦、冶金等其他行業(yè),具有廣闊的應用前景。

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