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探究移动通信技术发展对安全生产影响

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：于泽

[导读] 摘要：为了深入揭示安全生产水平同移动通信技术发展的内在联系，提出安全生产信息技术能力的概念及其监控管理连接、救援响应监测、定位导航追踪3方面子能力的定义，进而通过构建3方面子能力同移动通信主要性能指标之间的关系模型（SPITCMC），并对其进行深入分析和研究。

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        摘要：为了深入揭示安全生产水平同移动通信技术发展的内在联系，提出安全生产信息技术能力的概念及其监控管理连接、救援响应监测、定位导航追踪3方面子能力的定义，进而通过构建3方面子能力同移动通信主要性能指标之间的关系模型（SPITCMC），并对其进行深入分析和研究。研究结果表明：SPITCMC模型可以准确诠释过去移动通信技术发展对安全生产水平产生的影响，同时可用于预判未来移动通信技术发展对安全生产可能产生的影响程度，从而为后续相关工作的开展提供参考和借鉴。
        关键词：安全生产；信息技术能力；移动通信；5G；6G；新基建
        0引言
        随着社会进步及其对生产能力水平要求不断提升，安全生产形式愈发严峻。各类生产安全事故时刻威胁着生产者生命健康安全。安全生产水平高低直接关系到社会发展稳定大局和广大人民群众切身利益。影响安全生产的要素多且复杂，通常认为可分为5个方面：安全文化、安全法制、安全责任、安全科技、安全投入。其中安全科技水平直接决定了生产过程中的专业化、机械化、自动化、信息化、数字化程度，而通信技术尤其是移动通信技术发展又对社会科技整体水平发展起着极大促进作用。
        1移动通信与安全生产
        1.1移动通信技术发展过程
        移动通信特指通信双方至少有一方处于运动中的通信，包括海、陆、空范围全覆盖通信。移动通信技术作为通信技术的重要组成部分，从其诞生到现在大致经历了如下几个阶段：
        1）第1代移动通信技术（1G）阶段：20世纪80年代初期—90年代初期，该阶段通信媒介为模拟载波信号，用户终端类型为体型较大的模拟终端机（大哥大），并且造价很高，只能提供有限质量的语音通话服务。
        2）第2代移动通信技术（2G）阶段：由于采用了数字通信，无论从语音通话质量还是终端成本方面，都较第1阶段有了很大改进。并且支持GPRS（GeneralPacketRadioService）上网和短消息服务。
        3）预计第6阶段（6G）：21世纪30年代初期开始，具体技术范畴和应用场景定义刚刚启动。移动通信技术以大约每10a为1个周期经历技术和设备更新。3G后期智能手机的出现以及4G时期移动互联网应用大爆发更是极大促进了移动通信技术同国民经济各行各业之间的融合与沟通，移动通信技术正以不可逆转的趋势深刻影响与改变着社会生产生活的方方面面。
        1.2安全生产相关要素
        安全生产在广义上特指在生产过程中生产者能够保证人身安全、周边环境安全和可持续发展。狭义上通常指生产过程中不发生各种事故，不直接或者间接产生有害物质。生产过程涉及到工业、农业、交通运输业等国民经济各行业领域。影响生产是否安全的要素很多，比如生产工具的机械化水平、自动化水平、信息化水平等，而这些因素又同当时社会经济、科技发展水平密切相关。这里重点关注科技领域移动通信技术对安全生产的影响。根据对安全生产要素分析[1]并且结合国内外诸多关于信息生产力方面的研究成果，把影响安全生产机械化、自动化、信息化和数字化等安全科技水平的所有能力要素总和定义为安全生产信息技术能力（SafetyProductionInformationTechnologyCapability，SPITC），SPITC由监控管理连接子能力、救援响应检测子能力、定位导航追踪子能力3部分组成。
        2安全生产信息技术能力
        2.1监控管理连接
        监控管理连接是指对生产现场进行实时全方位监督、发送指令、接收响应，涉及到众多行业和领域，比如交通运输、采矿业、建筑、化工、环保、核工业等。从监控角度讲，超高的带宽支持是高质量监控视频传输的前提。从管理和连接角度讲，允许海量实体同时进行连接是实现全方位覆盖的保证。

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        在20世纪90年代中后期传感器技术逐渐成熟并且物联网技术被明确定义之前，可以说并没有严格意义上的管理和连接操作。直到21世纪初，随着智能传感器技术与AI、物联网技术的深度融合，仅井下就出现了风速传感器、甲烷传感器、瓦斯传感器、馈电传感器、负压传感器、各种有害气体传感器等多种实时感知井下环境数据的传感器。物联网对安全生产的保障能力达到了前所未有的高度。
        如果说物联网完成了大容量连接功能的话，各种有线及无线通信技术则保证了监控和管理功能。最初漏泄电缆通信、低频透地通信、井下小灵通技术、大灵通技术（SCDMA）仅能够为井下提供质量有限的通话连接。随着GPRS，3G（WCDMA，TD-SCDMA，CDMA2000）出现，已经可以为电梯、压力容器、起重机械、客运索道等特殊设备提供监控服务。随后出现的IMS（IPMultimediaSubsystem）及软交换技术在覆盖距离、频谱利用效率、带宽容量等方面都有了长足长进，从而促使电力系统等行业的安全保障水平有了明显提升。4G时代可以对液压支架、采煤机、转载机运行更好的实时监控，实现矿井集群调度，井下视频监控、井下语音视频通信等，在采矿业、船舶业等领域得到了很好的应用。2019年世界机器人大会煤矿机器人的出现已经预示着5G注定会与之前各个阶段都不相同，必将为安全生产注入强大推进力。
        2.2救援响应检测
        救援响应检测是指对求救目标的回应能力、对告警目标的响应能力、对危险目标的发现和处置能力。主要体现在诸如火灾现场救援、广播报警通知、疲劳监视监测、自动无人驾驶以及工业自动化等领域。核心素质要求系统具有超低反应时延，超快应急响应及处置速度。
        2.3定位导航追踪
        定位导航追踪特指对静止及移动目标位置进行确定和对目的地进行导航。涉及到导航追踪、精确定位、生命搜索与探测等多个领域。
        定位导航方面，起源于美国军方的GPS（GlobalPositioningSystem）由于卫星信号覆盖能力限制，随后发展出基于GPS，GSM，GPRS等技术相结合的精确定位系统以及基于GPS，GIS（GeographicInformationSystem）技术的移动危险源监控系统。大规模使用始于3G时代GPS同CDMA移动终端的完美结合。北斗系统[17]是我国根据国家安全及经济发展需要自主研发的定位通信系统。北斗同3G，4G相结合已经在地址调查、远洋渔业、民用导航等行业领域中显现出巨大的发展潜力和优势。生命搜索追踪方面多应用于大型事故发生后对目标信号的捕捉和搜索，例如井下定位搜索技术。目前国内外井下定位使用的技术主要有漏泄电缆、RFID定位技术、RSSI定位技术、ZigBee定位技术和GPS定位技术等。由于场景特殊，条件复杂多变，例如无线信号穿透岩石壁和金属壁的传输特性由于信号衰减程度不同而有很大差异，使用单一技术不能有效解决定位和实时通信问题，应该针对不同井下环境设计不同定位通信系统。把低频通信和高频通信相结合，把有线和无线相结合，有源和无源相结合，针对不同应用场景充分发挥不同技术的优势是提升整体水平的关键。5G中的大规模天线技术（MassiveMIMO）[18]同北斗技术的结合，将会极大扩展信号覆盖范围和强度，有效提升定位精度，是未来一段时期研究热点。
        3结论
        1）定义和构建安全生产信息技术能力以及SPITCMC模型诠释移动通信技术发展各个阶段对安全生产产生的相对影响，对5G阶段及未来的6G阶段可能产生的影响进行预判分析。
        2）提出安全生产行业重视对移动通信技术发展跟踪推进的重要性，保持行业及企业发展方向同移动通信技术进步有良好的契合度，最大程度保障安全生产水平。
        参考文献：
        [1]罗云，黄毅.中国安全生产发展战略：论安全生产保障五要素[M].北京：化学工业出版社，2005.
        [2]姚建铨，丁恩杰，张申，等.感知矿山物联网愿景与发展趋势[J].工矿自动化，2016，42（9）：1-5.
        [3]张士海.基于物联网的电厂设备管理及运行监测系统设计与实现[D].成都：电子科技大学，2012.