付钢 刘洪江 李雅骊 刘立伟
国能（天津）大港发电厂有限公司
【摘要】随着室内定位技术的日趋成熟，以及互联网技术的发展，使得定位技术在发电企业的应用变成现实。本文详细介绍了目前主流的室内定位技术，以及如何结合电厂业务深度应用定位技术，为定位技术在发电企业安全方面的应用提供一些思路。
【关键词】室内精准定位 人脸识别 图像识别 虚拟现实 智慧安全
“安全第一、预防为主、综合治理” 是电力安全管理的基本方针，如何控制乃至消除发电企业的安全生产风险、系统且全面地保持和提升安全管理水平、科学并高效地预防和杜绝事故的发生，是发电企业安全管理必须面对和解决的问题。目前发电企业的安全管理主要是以安全人员现场巡视为主，耗费人力高、效率低、覆盖面小、无法做到24小时监督，留下安全隐患。
近年来随着物联网和互联网技术的飞速发展，如何利用新技术（人员定位、人脸识别、图像识别、虚拟现实、大数据），充分采集人员数据，通过大数据技术来进一步提升发电企业运行操作安全，智能判别并及时警示检修维护人员可能存在的现场作业风险，把“被动的安全事故应对”转变到“智能发现安全问题、及时预防与阻止安全事故”。是发电企业安全管理的关键所在。
本文详细介绍了室内定位技术的发展现状，以及如何结合电厂业务利用定位技术进行安全管理，为定位技术在发电企业的应用提供一些思路。
1.发电企业安全管理现状
基于安全管理工作的系统性、规范性和有效性及全面控制各类安全生产风险的要求，需要重点解决生产作业现场存在的人员管控问题（尤其是外委人员安全管控）、高风险作业管理、到岗到位和巡点检管理问题、监控数据与报警信息集中展示与分析等问题，具体如下：
高风险作业缺少监督手段
高风险作业包括：高空作业与人员密集作业、有限空间作业、风险源区作业，交叉作业目前管理存在以下特点：
现场主要采用人工监督， 监督可靠性低，及时性差；人员无授权闯入作业，没有及时有效的管控手段；有限空间超员、超时作业、有害气体超标监测；风险源区靠近、闯入；发生危险无法挽救；发生后后果严重。
外委人员难于管理
电厂发生的事故70%以上是由于外委人员管理不到位造成的，并且外委人员占比不断扩大。外委人员日常检修作业范围大、人员多、人员水平参差不齐，且大多安全意识薄弱，风险识别能力低。而电厂的安全事故多由外委人员管理不当引发，外来人员对厂区地域分布及设施不够了解，存在误闯入重点安全风险区域现象，导致人身伤亡事故的发生。所以外委人员管理一直是发电厂管理的重点和难点。
安全监督全“靠”人
传统安全管理以线上计划，线下执行，线上反馈的方式执行，而线下执行主要以人员执行为主， 安全监察人员数量有限，电厂安全监察人员根据电厂大小人员在7-15人左右；安全巡查频度和细度有限，根据安全管理要求每天每组2-4次现场巡察，不能24小时实时盯防，监察的实效性有限。
事故原因难界定
电厂有大量视频监控但是使用效率很低，通常用于事后查询。发生事故后因无法界定时间节点需要翻查大量视频去查找，效率低。无人员位置和时间信息，缺少可靠的依据。
到岗到位和巡点检无法有效监督和统计
安全规程要求中需要安全管理岗位定期巡检的到岗到位和两票中基于现场作业的到岗到位管理缺少有效的监督和统计手段。需到岗到位人员到底有没有去现场？现场停留时间够不够？巡检路线有没有遗漏？巡检的质量如何？没有有效的工具进行监测。
原有系统数据不互通，形成信息孤岛
现有两票系统、门禁系统、视频监控系统等，各类安全生产类系统众多，安全数据集成度不够。安防设备及系统独立建设，缺少集中监控平台。安全数据应用少，未进行深度数据挖掘，未充分发挥安全数据的价值。
缺少安全预警集中展示平台，缺少及时安全预控手段
通常电厂已经建设或准备建设安全生产管理相关视频监控系统、人员区域定位系统与生产系统，上述系统的建设将组成电厂人员与设备全面的安全管控平台，将会产生大量的安全管理信息流与管理数据，但目前系统各自独立，系统之间没有实现信息流的横向贯通与数据的纵向集成，如现场视频信息、人员定位信息、生产信息等都散落在各相应子信息系统中，不能为各级管理人员提供应急管理平台与全面决策支持，需要先进技术支撑的数据集中展示平台。
2.室内定位技术及网络拓扑介绍
由于室内无GPS信号, 无法进行定位，但工作人员大部分时间处于室内，因此室内精准定位近年来得到蓬勃发展。
传统的室内无线定位系统使用RFID、WiFi、蓝牙及Zigbee等技术，基于接收信号强度法（RSSI）来对标签位置进行粗略估计，定位精度低，且容易受到干扰，定位稳定性差，难以适应高精度无线定位应用的要求。基于UWB超窄脉冲的无线定位技术，从根本上解决了这一问题。
.png)
无线脉冲电磁波，使用脉冲宽度为ns级的无线脉冲信号作为定位载波，是无线定位领域的定位精度最高，性能最为稳定的技术。在频域上，由于其占用的频带较宽，且无线功率密度较低，对于其他的无线设备来说相当于噪声信号，不会对其造成干扰，也加强了自身的抗干扰性。
针对发电企业特殊的内外网机制搭建的网络架构，感知层无需网线连接直接通过LoRa 2.4G窄带物联网进行数据传输节省了大量的布线安装费用。通讯基站与内网服务器之间通过交换机和防火墙连接确保发电企业内网环境安全。
.png)
感知层：感知层包括定位标签、定位锚点、激励器。定位标签和定位锚点之间通过UWB信道实时测距，测距信息通过LoRa 2.4G无线网络上传到通讯基站。激励器可以校对人员位置的高度坐标，当系统出现报警时智能报警设备则发出声光报警对现场人员进行提醒。
网络层：网络层包括通讯基站、交换机、防火墙。通讯基站通过以太网将测距信息汇聚到防火墙传输到内网服务器。
解算层：解算层在服务器上安装解算平台和数据库，主要用于存储、计算采集端上报的数据，得出物理位置坐标。
应用层：应用层主要负责基本信息的录入及数据展示的界面。显示的信息包括地图显示、人员图标及位置显示、各类报警信息、各类查询结果显示、各分类统计信息显示等。
3.系统方案
基于人员定位的三维智能安全管控平台首先通过无人机倾斜摄影和3D激光扫描技术建设电厂三维模型作为定位和业务功能展示的基础（见图1所示）。本系统功能包括监控中心模块、人员定位模块、历史轨迹、虚拟电子围栏、两票分布、行为分析、安防设备模块（视频监控联动、智能门禁联防）、事故案例等功能，除此之外还有车辆定位模块、数据集成接口、基础配置平台以及移动APP（需支持接入外网）。
.png)
图1 三维安全管控平台
实时定位
作业人员及外委人员携带定位标签，电子标签和定位设备之间不断测距，系统后台会实时解算人员位置实时定位并显示在三维地图上。同时实现定位追踪、重点人员监控、历史轨迹回放等功能。
.png)
图2 三维安全监控平台
历史轨迹查询
用户通过本系统可查询任意人员在任意时间内的历史轨迹，可用于事故分析、巡点检检查、作业情况分析、人员行为分析等场景。
历史轨迹由人员行走的路线轨迹和进出各区域及各建筑物的历史时间列表构成，可联动对应的历史时间段的视频监控一起播放，视频监控画面可按1/4/9/16四种不同的宫格进行显示，全方位还原当时的真实情况。
.png)
电子围栏
电子围栏可在三维地图上可视化配置，围栏支持多种形状，满足不同设备及区域需求。电子围栏按类型可分为固定、临时和自动围栏，自动围栏可根据接入作业信息自动开启关闭相应的围栏，防止非授权作业人员闯入。
电子围栏按照报警种类可分为闯入报警围栏、靠近报警围栏、超时报警围栏，用户可根据不同业务需求设置不同的报警规则。
电子围栏授权支持黑名单和白名单两种不同的方式，既可以选择授权的人员也可以选择非授权人员，更加灵活。
应用场景：高危区域禁止靠近、危险区域禁入、区域授权、超时作业、检修作业围栏。
两票管理
提供标准数据接口，接入电厂两票系统信息，根据实际位置匹配至相应区域，实现两票分区域列表统计和查询。统计各区域两票数量，两票类型、两票风险等级，对于高风险作业重点提醒报警。
除查看两票信息外，可联动快速定位至工作人员位置，查看附近作业人员，联动视频监控查看现场情况。
.png)
安防设备
接入电厂现有的视频监控系统（支持海康、大华等主流视频厂家）、门禁系统（联网型门禁），以及新建设的定位系统，并在相应的三维地图位置建设三维模型，实现视频联动、门禁联防、定位设备维护等功能。
监控报警
针对全厂高风险作业、电子围栏非法闯入、靠近危险区、超时停留、SOS报警求救、无票停留、作业位置不匹配、关键人不在场等安全相关事项进行24小时实时监控，发现异常实时反馈现场作业人员并通知相关负责人，提高安全管理的及时性，将安全风险降到最低。
事故案例
安全事故的学习是安全管理的重要方面，系统提供近10年全国电力行业的安全生产典型事故案例，并与设备和区域进行绑定。当作业人员日常工作时靠近相关设备或区域系统自动推送事故案例供学习，提醒人员风险
到岗到位及日常巡检的管理
根据电厂到岗到位及日常巡检的规则结合定位技术，实现到岗到位及巡检的监督管理：系统记录人员到岗到位及巡检的时间、次数、路线等并提供到岗率、漏检率的统计数据，同时对应到未到人员、偏离巡检路线、巡检不到位进行提醒。
视频监控联动
可基于人员当前位置自动调取对应的视频监控及历史轨迹。
综合数据
根据两票系统作业区域，分区域展示人员的分布（外委和职工），现场作业人员的作业状态，负责人或监护人是否在厂等情况一目了然。
4.应用效果
通过人员定位、视频监控、视频与关键区域联动、实现人员越界报警、外委人员低安全等级报警、无信号或超时作业报警,及时监控人员现场作业情况，尤其是高风险作业，有效实现人员实时安全监控与风险管控。
1）实现外委人员现场作业实时监控、智能电子围栏实时监测非法闯入、超时作业、视频联动监测反违章作业、进出厂统计、异常/事故分析，有效降低外委人员安全风险。
2）安全智能管控。查看现场人员作业分布，快速定位至作业区域；通过定位查看作业位置人员分布（外委和职工）；联动视频监控查看作业现场真实情况；安监重点巡察区域提醒，如无票停留、作业位置不匹配、关键人不在场、高风险作业、新增工作等智能重点巡察区域推荐；每个安全管理人员可设置自己的重点监控外委人员，当违章较多安全评分较低人员参与高风险作业，自动设置为重点监控人员。
3）到岗到位实时管理，落实各级人员安全生产责任制，督促生产管理人员“重心下沉、关口前移”，加强安全管理和监督的力度，实现安全生产的“可控、能控、在控”。
实时监测安全监察人员到岗到位情况及未到位提醒。
4）实现现场巡检人员巡视管理，提供人员定位、历史轨迹查询，针对事故后期分析及日常管理，提供有效管理手段，提高巡检质量。实时监测运行和设备部人员巡点检情况及漏检提醒。
5）高风险作业管理，系统发现高风险作业会报警提醒安全人员进行关注。在氨区、氢站、油库、升压站、主变等设定电子围栏并安装智能报警设备。通过语音提醒和声光报警防止无关人员靠近和闯入。
6）事故原因分析，发生事故后可查询人员历史轨迹，查看哪些人进入或经过事故发生区域，同时可联动视频监控还原当时的场景，更便捷的分析事故原因。
7）事故案例分析，整理归纳近十年典型事故案例内容，将典型事故案例与设备区域进行绑定，并在三维地图上蒙层展示。还可以根据人员经过事故区域通过APP或短信针对性推送事故案例进行学习。
5.结论
采用UWB+LORA+激励器相结合的定位技术是发电企业这种复杂工作环境下定位技术发展的需要。三模融合定位技术在发电企业的应用，解决了基于位置及时间的各类业务无法管理的问题。同时，基于人员定位技术的三维智能安全管控平台的成功实施，也为其他发电企业定位技术的应用提供了借鉴意义。