晉控電力山西長治發(fā)電有限責(zé)任公司 齊海峰 李 信 郭建斌 晉能控股山西電力股份有限公司 李慶華

晉控電力山西長治發(fā)電有限責(zé)任公司擁有山西省首臺特高壓百萬機(jī)組，該項(xiàng)目是山西省東南煤電基地外送電規(guī)劃項(xiàng)目和晉東南到荊門1000kV 特高壓重要配套電源項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)在原廠址發(fā)電廠舊址上，占地面積約1185畝、正式職工約246人，于2021年5月正式投運(yùn)。廠區(qū)內(nèi)搭建兩臺百萬千瓦超超臨界機(jī)組，采用直接空冷燃煤發(fā)電，配套建設(shè)煙氣脫硫、除塵及水處理系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)和1000kV 變送電設(shè)施。電廠建設(shè)有SIS、MIS、工業(yè)電視、門禁、仿真、智能燃料管控系統(tǒng)、巡點(diǎn)檢系統(tǒng)、APS、廠區(qū)安防、協(xié)同辦公、檔案管理等系統(tǒng)。

本本次項(xiàng)目建設(shè)，將結(jié)合實(shí)際制定適用于本廠的詳細(xì)規(guī)劃方案并開始實(shí)施，包括工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺、全廠可視化（三維虛擬電廠）、智能生產(chǎn)及優(yōu)化控制（智能監(jiān)盤及巡點(diǎn)檢機(jī)器人）、智能安全管理（人員定位及相關(guān)擴(kuò)展功能）、智能燃料、展示中心及移動應(yīng)用等。基于此項(xiàng)目對《結(jié)合人員定位與兩票管理》的智能化應(yīng)用研究與實(shí)踐，旨在完善電廠安全管控體系，提升電廠安全系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化水平，從人防到技防，實(shí)現(xiàn)電廠安全管理主動化提升。

1 實(shí)施意義及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能兩票與人員定位技術(shù)在國內(nèi)電廠落地實(shí)施案例豐富，兩種技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用為電廠帶來了良好的管理效益，提升了工作效率，滿足了安全管理需要，但往往兩者建設(shè)相對獨(dú)立，未能在業(yè)務(wù)和實(shí)施上進(jìn)行較好的融合。

解決現(xiàn)場作業(yè)的人員跟蹤管理問題、解決非持票人員誤闖作業(yè)區(qū)域問題，提供技術(shù)手段打破時(shí)間與空間限制追溯不合規(guī)作業(yè)，保障重點(diǎn)設(shè)備或危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域的人員安全管理問題。將兩者從業(yè)務(wù)功能層面進(jìn)行結(jié)合，以兩票業(yè)務(wù)為主線、以人員定位技術(shù)為支持，將以往現(xiàn)場作業(yè)安全管理的事后追責(zé)狀況轉(zhuǎn)化為事前主動預(yù)防，實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員授權(quán)檢驗(yàn)、現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)智能推送、執(zhí)行指引、不規(guī)范作業(yè)糾偏等。系統(tǒng)架構(gòu)的分層為智能數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)、解算層、物聯(lián)網(wǎng)平臺、大數(shù)據(jù)平臺、應(yīng)用層（圖1）。

智能數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)。設(shè)備層由定位標(biāo)簽與定位基站組成。定位標(biāo)簽不僅可用于人員定位，也可為設(shè)備、資產(chǎn)、交通工具及生產(chǎn)載具提供定位服務(wù)。在本次應(yīng)用中將采用應(yīng)用于人身佩戴的有胸牌型及安全帽型。同時(shí)，在基站設(shè)備安裝規(guī)劃中，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)分區(qū)情況，選擇相應(yīng)防爆等級的定位裝備。定位基站的種類和布置應(yīng)綜合考慮空間維度、通訊距離、供電方式、定位算法等因素?；镜淖畲笸ㄐ啪嚯x從10米到200米不等，可獨(dú)立供電也可通過POE 方式供電（須配備POE 交換機(jī)）。選擇基站時(shí)還應(yīng)考慮搭建速度、定位頻率、定位標(biāo)簽容納量、兼容性與抗干擾性、是否支持超低功耗定位標(biāo)簽等諸多因素。

解算層。通過部署不同的算法，如接收信號強(qiáng)度定位算法（RSSI）、非視距信道環(huán)境定位算法（NLOS）、到達(dá)時(shí)間差算法（TDOA)與雙邊測距算法（TWR）等實(shí)現(xiàn)人員位置的解算。同一種技術(shù)路徑、同一硬件環(huán)境下，系統(tǒng)的定位精度主要由解算層所部署的算法所決定。同時(shí)還可進(jìn)一步采用刷新率自適應(yīng)算法、高可信算法及數(shù)據(jù)清洗等復(fù)雜算法，提高人員定位系統(tǒng)的精度和適用性。

物聯(lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。主要通過各種信息傳遞裝置與技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，按照約定的協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息交換和通信，用以實(shí)現(xiàn)人類、機(jī)器、物品的聯(lián)通。物聯(lián)網(wǎng)平臺負(fù)責(zé)監(jiān)控設(shè)備硬件的狀態(tài)信息，如基站的實(shí)時(shí)工作情況、人員佩戴的定位標(biāo)簽的電量與使用情況，設(shè)備發(fā)出的警報(bào)信息與設(shè)備報(bào)警等進(jìn)行監(jiān)控管理。

大數(shù)據(jù)平臺。能提供針對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集的完整解決方案。針對常見的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，要提供支持分布式部署的數(shù)據(jù)采集器；針對非結(jié)構(gòu)化文件需提供可視化配置的網(wǎng)絡(luò)爬蟲系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)傳輸方面，平臺提供分布式部署的消息隊(duì)列組件，保證傳輸?shù)母咝?、安全和可靠。針對不同類型的?shù)據(jù)提供完整的高可用和擴(kuò)展性的存儲系統(tǒng)。通過列式存儲數(shù)據(jù)庫、分布式文件系統(tǒng)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫等支撐各類結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲需求。在數(shù)據(jù)訪問層，平臺需針對不同類型數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口。

表1 各種定位模式的介紹

應(yīng)用層。系統(tǒng)在建設(shè)過程中，除考慮人員定位應(yīng)有的電子圍欄、人員軌跡、接收與發(fā)送警報(bào)等應(yīng)用功能外，同時(shí)需考慮與兩票系統(tǒng)進(jìn)行的業(yè)務(wù)聯(lián)動管理、監(jiān)控?cái)z像聯(lián)動、三維可視化等應(yīng)用功能；定位模式選擇。根據(jù)不同區(qū)域精度要求以及場景需求，會采用不同的定位模式進(jìn)行基站位置的部署。

2 關(guān)鍵技術(shù)

基于UWB 的人員定位技術(shù)：定位技術(shù)主要為軍事和民用兩部分，企業(yè)應(yīng)用一般會采用民用部分：衛(wèi)星定位（北斗（民用）、GPS（民用））、室內(nèi)定位（WIFI、藍(lán)牙、NFC、UWB、RFID、二維碼）等。由于發(fā)電企業(yè)實(shí)際業(yè)務(wù)管理地理精度要求，推薦采用室內(nèi)定位技術(shù)，本次主要采用基于UWB 技術(shù)人員定位系統(tǒng)。在電廠的作業(yè)區(qū)域往往環(huán)境復(fù)雜、電磁干擾嚴(yán)重，管道錯(cuò)綜復(fù)雜常規(guī)的定位技術(shù)難以精準(zhǔn)定位人員位置，如人員定位精度得不到保證，那么與業(yè)務(wù)結(jié)合的效果也將會大打折扣。與其他技術(shù)相比，UWB 人員定位的精度高、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢，特別是定位精度可達(dá)0.2～0.5m。

監(jiān)控設(shè)備支持：在廠區(qū)重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)布置有監(jiān)控?cái)z像頭，在部署人員定位系統(tǒng)后，可與攝像頭進(jìn)行區(qū)域信息綁定。攝像頭應(yīng)支持兩票系統(tǒng)平臺接入，以實(shí)現(xiàn)兩票-定位-視頻的聯(lián)動。監(jiān)控設(shè)備應(yīng)兼容多類工業(yè)通信協(xié)議，如HTTP 協(xié)議、傳輸控制協(xié)議（TCP/IP)、ICMP 協(xié)議和UDP 協(xié)議等技術(shù)，通過安全設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸及接收。

表2 多種定位技術(shù)比較

兩票智能化技術(shù)支持：兩票管理系統(tǒng)應(yīng)具備與重要設(shè)備/區(qū)域相關(guān)聯(lián)的功能，能根據(jù)作業(yè)所屬區(qū)域自動調(diào)用重點(diǎn)區(qū)域電子圍欄；滿足MQTT 和TCP、websockets 的數(shù)據(jù)傳輸要求，以便即時(shí)接受現(xiàn)場報(bào)警或人員定位信息，快速掌握現(xiàn)場人員情況；同時(shí)具備良好的功能拓展性和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，以滿足更多的軟硬件集成需求。

3 系統(tǒng)功能

智能化電子圍欄創(chuàng)建。在電子圍欄與智能兩票的建設(shè)過程中，標(biāo)定重要設(shè)備與危險(xiǎn)區(qū)域的電子圍欄，在創(chuàng)建與審批工作過程中自動引用對應(yīng)作業(yè)區(qū)域的電子圍欄，并隨作業(yè)的流程許可、執(zhí)行、掛起、終結(jié)自動根據(jù)作業(yè)狀態(tài)啟用或電子圍欄，減少工作人員的操作步驟，提高工作效率、減少人為錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場無法進(jìn)行物理防護(hù)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)安全管控。當(dāng)非授權(quán)人員步入電子圍欄區(qū)域系統(tǒng)會發(fā)出告警，同時(shí)記錄告警信息。

人員軌跡查詢。系統(tǒng)具備人員歷史軌跡查詢功能，實(shí)現(xiàn)記錄待定位人員的運(yùn)動軌跡顯示不同的顏色，便于人員分類管理；可進(jìn)行全局定位查看，在后臺電子地圖中全局化顯示和查詢區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)的位置；當(dāng)人員出現(xiàn)長期停留等異常工況時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行警報(bào)并寫入歷史記錄。歷史軌跡支持跨天查詢，查詢時(shí)可生成連續(xù)的軌道信息，支持時(shí)間條的拖動，以及完整的軌跡路線圖顯示；基站與標(biāo)簽管理。系統(tǒng)還應(yīng)支持定位基站與標(biāo)簽信息的管理，監(jiān)控設(shè)備硬件的數(shù)量，狀態(tài)信息，基站的實(shí)時(shí)工作情況、人員佩戴的定位標(biāo)簽的電量。當(dāng)通過兩票業(yè)務(wù)進(jìn)行人員定位聯(lián)動時(shí)，如對應(yīng)的工作區(qū)域基站異常或工作人員標(biāo)簽異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)出現(xiàn)警報(bào)信息。

兩票信息聯(lián)動。通過兩票系統(tǒng)與電子圍欄的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)信息，提供綁定的工作作業(yè)信息與現(xiàn)場人員工作信息，調(diào)取工作期間作業(yè)區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人員信息統(tǒng)計(jì)，精確顯示作業(yè)人員動態(tài)，實(shí)時(shí)掌握作業(yè)人員、監(jiān)護(hù)人員分布和活動情況，確保作業(yè)時(shí)間、位置、人數(shù)等與作業(yè)票審批內(nèi)容一致。并對作業(yè)過程中出現(xiàn)的定位信號消失、跌落等異常情況進(jìn)行報(bào)警。一旦發(fā)生作業(yè)人員或監(jiān)護(hù)人員離開情況、非作業(yè)人員闖入危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域情況，立即發(fā)出告警信息，生成歷史記錄。

作業(yè)區(qū)域人員管控。工作票執(zhí)行時(shí)，處于作業(yè)區(qū)域的電子圍欄會對進(jìn)入作業(yè)區(qū)域的人員進(jìn)行甄別，如存在非作業(yè)人員誤入工作區(qū)域，定位標(biāo)簽會觸發(fā)自動報(bào)警，報(bào)警信息即時(shí)回傳到工作信息中，并對相關(guān)管理人員推送報(bào)警記錄；作業(yè)實(shí)時(shí)追蹤。當(dāng)工作人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域一定時(shí)間后，兩票系統(tǒng)會自動進(jìn)行作業(yè)標(biāo)記，進(jìn)入兩票系統(tǒng)可查看作業(yè)區(qū)域監(jiān)控?cái)z像、區(qū)域人員信息與行動軌跡，選中工作成員還會根據(jù)工作人員的定位信息，追蹤調(diào)用附近的監(jiān)控?cái)z像頭；作業(yè)歷史回顧。當(dāng)安環(huán)人員需對作業(yè)進(jìn)行回顧調(diào)查時(shí)，可調(diào)取已終結(jié)的工作票歷史。在歸檔的歷史中可調(diào)取作業(yè)時(shí)間內(nèi)區(qū)域人員的進(jìn)出情況、行走軌跡、闖入人員及歷史監(jiān)控信息，便于工作抽查和作業(yè)歷史回顧。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。運(yùn)行人員現(xiàn)場進(jìn)行巡檢、試驗(yàn)、切換等定期作業(yè)時(shí)，結(jié)合智能移動終端和人員定位技術(shù)，結(jié)合設(shè)備在線監(jiān)測及風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫配置信息，對現(xiàn)場人員所處位置區(qū)域的人身、設(shè)備等風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行主動預(yù)警和智能提醒，提醒對象包括現(xiàn)場人員、運(yùn)行值班員及值班領(lǐng)導(dǎo)，多重監(jiān)管確?，F(xiàn)場更安全。結(jié)合DCS、SIS 了解設(shè)備運(yùn)行狀況和環(huán)境，杜絕現(xiàn)場不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素等引發(fā)的電網(wǎng)、人身、設(shè)備事故的可能性。

三維可視化人員定位。通過三維建模手段建立電廠高精度、等比例的三維模型，與實(shí)際廠區(qū)布置、設(shè)備高度吻合。利用人員定位技術(shù)，在三維場景中對全廠人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位的展示，通過重點(diǎn)區(qū)域覆蓋的人員定位基站及現(xiàn)場人員所佩戴的定位標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)區(qū)人員活動軌跡的監(jiān)控及有效的安全生產(chǎn)管控。利用人員定位的視頻跟蹤算法，在三維看人員定位軌跡時(shí)，監(jiān)控視頻角度跟隨人員進(jìn)行變動。

綜上，人員定位與兩票管理的有機(jī)融合打通了安全管理人員與現(xiàn)場作業(yè)人員的最后一里路，告別傳統(tǒng)的生產(chǎn)人員僅依靠作業(yè)流程管理的方式，實(shí)現(xiàn)人員作業(yè)范圍的多維度管理。結(jié)合兩票信息和人員定位信息，明確生產(chǎn)人員的安全邊界，主動報(bào)警越界行為，將生產(chǎn)事故隱患及時(shí)消除，完成安全生產(chǎn)的閉環(huán)管控。