張勇，曾光，鄧奡，王宇，余述良

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司金寨縣供電公司，安徽六安237300；2.中移（上海）信息通信科技有限公司，上海浦東201200）

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，安全監(jiān)管人員已無法滿足諸多的工作現(xiàn)場需求。本文提出一種新型的智能安全帽系統(tǒng)，不僅保護(hù)操作人員安全，還具有實(shí)時(shí)監(jiān)督與溝通等多種功能，可大大提升電力安全生產(chǎn)工作水平[1]。

1 基于GPS+北斗的智能安全帽系統(tǒng)概述

GPS是一種以人造地球衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。北斗作為我國自主研發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，功能也非常強(qiáng)大。本文提出的智能安全帽系統(tǒng)即基于這兩種定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，可為使用者提供更為精準(zhǔn)的定位服務(wù)，提高工作指導(dǎo)精度，提升安全生產(chǎn)管理工作的效率與水平[2]。

2 基于GPS+北斗的智能安全帽系統(tǒng)功能

智能安全帽系統(tǒng)具有如下功能：視頻拍錄、視頻遠(yuǎn)程回傳、位置信息回傳、人體體征檢測、智能語音宣貫、電子圍欄報(bào)警管理、藍(lán)牙beacon接近報(bào)警、SOS一鍵報(bào)警、語音對講通信、人員登高管理、智能三維現(xiàn)場安全行為檢測。

2.1 視頻拍錄功能

智能安全帽可在不影響作業(yè)人員正常工作的情況下對作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行拍錄，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場音視頻圖像數(shù)據(jù)，同步記錄作業(yè)現(xiàn)場。同時(shí)現(xiàn)場采集的音視頻、圖像數(shù)據(jù)可通過Wi-Fi/5G實(shí)時(shí)回傳至后臺管理中心，如圖1所示。管理中心收到智能安全帽回傳的視頻后，從視頻中快速定位現(xiàn)場關(guān)鍵信息，并通過調(diào)度臺系統(tǒng)進(jìn)行一對一或一對多通信方式快速指導(dǎo)。在處置突發(fā)事件過程中，可把重要監(jiān)控圖像推送至相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和處置人員的智能手機(jī)，方便各級領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)人員及時(shí)了解現(xiàn)場情況。

圖1 視頻拍錄功能應(yīng)用

通過無線網(wǎng)絡(luò)，指揮中心可直接、形象地了解到現(xiàn)場情況，使處于不同地理位置的有關(guān)人員通過該系統(tǒng)，共享實(shí)時(shí)視頻資料，匯總各方面管理人員的意見，做出正確的判斷決策。

2.2 視頻遠(yuǎn)程回傳功能

實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程回傳：智能安全帽本地拍錄的音視頻數(shù)據(jù)可通過Wi-Fi/5G實(shí)時(shí)回傳至后臺管理中心。

本地存儲聯(lián)網(wǎng)續(xù)傳：若現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)情況較差，移動人員利用智能安全帽拍錄的現(xiàn)場音視頻圖像可存儲在安全帽本地。待網(wǎng)絡(luò)條件恢復(fù)后，可自動通過Wi-Fi/5G回傳至后臺管理中心。

2.3 位置信息回傳功能

智能安全帽具備GPS+北斗芯片、高度定位芯片、藍(lán)牙芯片，可實(shí)現(xiàn)移動人員水平+高度位置信息的實(shí)時(shí)回傳。

2.4 人體體征檢測功能

智能安全帽具備人體體征檢測芯片，可實(shí)時(shí)檢測佩戴人員當(dāng)前的腦電波數(shù)據(jù)，并回傳至指揮中心。因?yàn)槿梭w實(shí)時(shí)生命體征數(shù)據(jù)可反映出人員當(dāng)前的身體健康程度。監(jiān)管人員可通過作業(yè)人員當(dāng)前腦電波數(shù)據(jù)，來判斷人員生命體征是否異常，并進(jìn)行應(yīng)急處置，以免發(fā)生突發(fā)事件。系統(tǒng)接收前端智能安全帽采集的人員生命體征數(shù)據(jù)，如腦電波數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析當(dāng)前作業(yè)人員的疲勞度，判斷人員當(dāng)前的狀態(tài)，如清醒狀態(tài)、疲勞狀態(tài)、睡眠狀態(tài)等，若監(jiān)測發(fā)現(xiàn)人員體征狀態(tài)異常，系統(tǒng)自動告警，并發(fā)送報(bào)警信息至相關(guān)人員。

2.5 智能語音宣貫功能

智能安全帽可實(shí)現(xiàn)語音自動播報(bào)功能。

安全帽開機(jī)播報(bào)：智能安全帽可以自動播報(bào)工作須知、工作安排、安全事項(xiàng)等內(nèi)容。當(dāng)無網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可本地播放預(yù)存的語音文件。

系統(tǒng)信息下發(fā)語音播報(bào)：系統(tǒng)可隨時(shí)下發(fā)臨時(shí)任務(wù)或緊急指令，現(xiàn)場智能安全帽可自動接收并通過語音進(jìn)行播報(bào)。作業(yè)人員可通過智能安全帽與后臺管理中心進(jìn)行語音通信，將現(xiàn)場實(shí)際情況實(shí)時(shí)匯報(bào)至指揮中心。

電子圍欄觸發(fā)播報(bào)：系統(tǒng)預(yù)先在地圖上繪制電子圍欄，配備智能安全帽的作業(yè)人員進(jìn)入該區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)自動發(fā)送預(yù)警指令，提醒作業(yè)人員安全作業(yè)。同時(shí)系統(tǒng)還可設(shè)置將報(bào)警信息自動發(fā)送至相關(guān)管理人員，協(xié)助管理人員進(jìn)行安全管理。

2.6 電子圍欄報(bào)警管理功能

系統(tǒng)支持在電子地圖上繪制電子圍欄，依據(jù)人員位置信息，實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)入報(bào)警功能。同時(shí)，系統(tǒng)還可與前端智能終端（如智能安全帽）實(shí)現(xiàn)報(bào)警聯(lián)動。若佩戴智能安全帽的前端作業(yè)人員進(jìn)入電子圍欄，安全帽立即告警，并播放語音文件。該功能的應(yīng)用可提醒作業(yè)人員安全作業(yè)，協(xié)助管理者智能管理作業(yè)人員，如圖2所示。

圖2 電子圍欄報(bào)警管理功能應(yīng)用效果

前端作業(yè)人員觸發(fā)電子圍欄，系統(tǒng)將自動生成報(bào)警記錄，報(bào)警記錄包括告警時(shí)間、告警區(qū)域、告警人員。指揮中心人員可在系統(tǒng)上對各終端用戶的報(bào)警記錄進(jìn)行綜合查詢。

2.7 藍(lán)牙beacon接近報(bào)警功能

在室內(nèi)區(qū)域或GPS/北斗信號較弱的環(huán)境下，可在各危險(xiǎn)區(qū)域部署藍(lán)牙beacon設(shè)備，佩戴智能安全帽的作業(yè)人員靠近該危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，自動觸發(fā)報(bào)警，安全帽自動進(jìn)行語音播報(bào)，提醒相關(guān)人員安全作業(yè)或盡快遠(yuǎn)離該區(qū)域。同時(shí)系統(tǒng)可自動將報(bào)警信息發(fā)送給管理人員，從源頭杜絕安全事故的發(fā)生。

藍(lán)牙beacon信標(biāo)觸發(fā)播報(bào)。佩戴智能安全帽的現(xiàn)場人員接近藍(lán)牙beacon信標(biāo)時(shí)，安全帽可自動播報(bào)語音文件。安全帽播報(bào)內(nèi)容可由后臺自定義設(shè)置。

2.8 SOS一鍵報(bào)警功能

智能安全帽具備SOS一鍵報(bào)警功能。佩戴智能安全帽的前端作業(yè)人員遇到緊急突發(fā)問題時(shí)可直接按下SOS鍵，管理中心可快速獲取現(xiàn)場報(bào)警信息，也可與現(xiàn)場進(jìn)行音視頻通信，第一時(shí)間掌握前方實(shí)際情況，并對其進(jìn)行緊急救援。

2.9 語音對講通信功能

作業(yè)人員通過智能安全帽與管理中心人員實(shí)時(shí)語音通訊，包括語音通話和組內(nèi)對講，管理中心可以直接了解施工作業(yè)現(xiàn)場情況，同時(shí)指揮中心調(diào)度臺可分別對系統(tǒng)中各終端的語音通話和組內(nèi)對講統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管控。系統(tǒng)支持如下幾項(xiàng)語音通話功能：

單呼。各移動手持終端之間、移動手持終端/智能安全帽與調(diào)度臺之間都可進(jìn)行語音通話。與手機(jī)通話功能相同，采用全雙工模式。（a）調(diào)度臺發(fā)起呼叫：調(diào)度臺點(diǎn)擊選擇一個(gè)用戶，點(diǎn)擊語音通話按鈕，系統(tǒng)會自動撥通該用戶來發(fā)起語音會話。（b）終端發(fā)起呼叫：智能終端設(shè)備如智能安全帽、移動手持終端等，可主動呼叫調(diào)度臺。移動手持終端用戶之間可互相呼叫。

調(diào)度臺一對多語音呼叫。調(diào)度臺支持同時(shí)與多個(gè)用戶進(jìn)行一對多語音通話，調(diào)度臺與每一個(gè)用戶的語音通話均獨(dú)立進(jìn)行。操作方式為同時(shí)選中多個(gè)用戶，選中語音通話按鈕，系統(tǒng)自動撥通各用戶。

增加通話路數(shù)。調(diào)度臺在與用戶進(jìn)行一對一或一對多語音通話的同時(shí)，可隨時(shí)撥打其他用戶，并與其進(jìn)行語音通話。原有通話不受影響。

掛斷當(dāng)前對話。調(diào)度臺和各終端用戶均支持掛斷當(dāng)前語音通話。同時(shí)，調(diào)度臺同時(shí)與多個(gè)用戶進(jìn)行一對多語音通話時(shí)，任意通話雙方均可任掛掉當(dāng)前語音通話，調(diào)度臺與其他用戶正在進(jìn)行的語音通話不受影響。

錄音。系統(tǒng)具備語音通話錄音功能，可通過后臺進(jìn)行設(shè)置。通過錄音服務(wù)器對各終端之間的語音通話進(jìn)行錄音操作，錄音文件保存到服務(wù)器上。

2.10 人員登高管理功能

部分工種如鐵塔維護(hù)人員等，在日常檢修作業(yè)中，須進(jìn)行攀登作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)較高。通過測量現(xiàn)場人員距水平地面的實(shí)際高度，管理人員可查看當(dāng)前各個(gè)施工小組的登高作業(yè)人員數(shù)量，并對登高人員實(shí)施重點(diǎn)監(jiān)督管控。步驟如下：佩戴智能安全帽的登高作業(yè)人員到達(dá)鐵塔作業(yè)地點(diǎn)，將登高伴侶放置于鐵塔下；登高伴侶開機(jī)后，會自動搜索半徑30 m范圍內(nèi)的智能安全帽并配對，若現(xiàn)場有多個(gè)鐵塔，智能安全帽移動位置后，可自動與就近鐵塔的登高伴侶重新配對；登高伴侶和安全帽的高度信息通過網(wǎng)絡(luò)回傳至指揮中心。系統(tǒng)平臺以登高伴侶的高度作為登高基準(zhǔn)點(diǎn)，自動計(jì)算智能安全帽距離水平地面（塔底）的實(shí)際高度。

2.11 智能三維現(xiàn)場安全行為檢測功能

圖3 人員登高管理功能應(yīng)用效果

方式一：采用藍(lán)牙信標(biāo)的方式，在智能安全帽內(nèi)置藍(lán)牙模塊，絕緣手套、絕緣靴（鞋）、驗(yàn)電器、腳扣上部署藍(lán)牙標(biāo)簽。智能安全帽與其他4件裝備通過藍(lán)牙通信協(xié)議進(jìn)行無線感知及數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)缺少裝備時(shí)，發(fā)出報(bào)警，智能安全帽將信息回傳至系統(tǒng)平臺。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，覆蓋范圍廣。

方式二：采用RFID的方式，在智能安全帽內(nèi)置RFID模塊，絕緣手套、絕緣靴（鞋）、驗(yàn)電器、腳扣上部署RFID標(biāo)簽。智能安全帽與其他4件裝備通過射頻識別技術(shù)進(jìn)行無線感知及數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)缺少裝備時(shí)，發(fā)出報(bào)警，智能安全帽將信息回傳至系統(tǒng)平臺。其優(yōu)點(diǎn)是RFID為無源芯片，不用考慮供電等問題。

3 結(jié)束語

智能安全帽在保持傳統(tǒng)安全帽的防護(hù)功能同時(shí)，增加了定位功能、呼叫功能、視頻功能等，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)求助、實(shí)時(shí)解決問題的效果。動態(tài)跟蹤生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)信息，對違規(guī)行為及時(shí)糾正，規(guī)范操作人員的工作習(xí)慣，提升安全生產(chǎn)工作水平[3]。