空间安全作业运维指挥管理系统研究与应用

王 闯，张家坤，曹南华，刘福月，李希稷

（山东潍坊抽水蓄能有限公司，山东 潍坊 262699）

在设备安装、维护、涂装、防腐和专业基础设施建设过程中，企业往往需要进入有限的经营空间。在实际工作中，由于管理不善，容易造成人身伤害，威胁操作人员的生命健康，影响安全生产。受限空间作业引发的人身事故经常被各种新闻媒体报道，必须引起各级管理者的高度重视[1]，是安全生产管理中必须严格控制的安全风险点。远程控制电厂有限空间安全运行维护指挥管理终端，可以在施工人员进入有限空间工作前先投入需要检测的地点实时采集作业现场环境参数、现场视频，并且可以在一定范围内移动以便于对工作场所环境情况有更好的了解，同时可以在施工中同步采集现场作业人员的视频数据、音频数据、空气环境参数等指标数据，并将这些信息通过无线通信方式实时传输到便携指挥管理后台，方便现场监护人员实时掌握现场的工作环境和人员情况，有效地管理现场运维作业人员，降低现场作业风险，提供现场作业工作效率，降低安全隐患。

1 案例分析

案例1：2015年3月31日佛坪金水河西花电站4＃引水隧道导井窒息事故，一班4人作业时发生中毒窒息事故，事故造成2人死亡，2人受伤。事故原因：作业人员没有对隧道内含氧量和有毒有害气体进行检测，现场负责人没有尽到安全监管责任，没有对作业人员及时进行安全生产危险点的指导和纠正。

案例2：2020年7月2日9时10分左右，国网湖南省电力有限公司堆子岭220千伏输变电工程施工点，承建施工单位为湖南省送变电工程有限公司，发生一起作业人员被困事件，5名专业分包人员当时在深基坑施工作业，在有限空间内窒息死亡。

可见，需要一套一体化系统，对在建设中的抽水蓄能电站挖掘隧道中有限空间现场运维作业实行实时气体环境监测，同时进行可视化管理，及时、直观地把握有限空间的情况，做出反应，以满足行业安全生产发展的需要。

2 空间安全作业运维指挥管理系统研究

有限空间安全作业运维指挥管理系统对于不同的应用，需要实现不同的传感能力。电流传感器具有小型化、多样化、低功耗和自处理等特点，其功能和性能仍在被丰富和提高。如今，各大部件制造商针对可穿戴设备的巨大市场需求，推出了一系列低功耗、高集成度的传感解决方案。

2.1 人机交互

在人机交互方面，国外的一些技术已根据其成熟程度逐步商业化，并有相互融合的趋势。在可穿戴人机交互技术方面，中国继续跟踪先进技术并进行引进，整体技术水平有了很大提高，尤其是语音和触摸交互方面，接近行业领先水平[2]。国内语音交互技术起步较晚，但发展迅速，基于中文语音交互技术有很多成熟的商业应用。

2.2 通信技术

在通信技术方面，各种通信手段已经非常成熟，可以根据不同环境提供各种解决方案，主要包含无线与有线两种，具体如1所示。

表1 无线通信与有线通信对比

受空间有限的特殊环境影响，有线通信技术难以采用，可以很好地应用无线通信技术。无线通信技术能够适应现场极端恶劣的环境，保证通信网络在恶劣环境下的安全性和可靠性。

3 空间安全作业运维指挥管理系统应用

3.1 工程分析

潍坊抽水蓄能电站在建设过程中，施工条件差，工期长，施工生产活动危险，不安全因素多，安全管理意义重大。抽水蓄能电站建设中常见的危险有害因素包括人为因素、环境因素和管理因素[3]。其中，环境因素一般指工作场所和现场的恶劣环境，包括室内工作场所、室外工作场所、地下（水下）工作环境等恶劣环境。水电施工中常见的问题，如天气和环境恶劣，施工场地不平，地下洞室冒顶、塌壁、涌水，作业现场混乱、地下洞室开挖通风不良、照明不足，安全通道狭窄不畅等。洞室掘进施工面的危险源及危险因素是洞室密闭、空气对流不畅，可能导致的事故是窒息中毒、人员伤亡。本项目有限空间是指基建及机组运行后的有限空间，包括蜗壳、引水隧洞、集水井、电缆隧道、GIS 开关室等基建期作业区域和运行生产阶段作业区域。笔者依托近场自组网技术、超宽带定位技术的用于有限空间现场环境的便携式前端遥控探测设备，联合先进企业力量，开展有限空间现场环境的便携式前端遥控探测设备的应用研究[4]。

3.2 提前勘测设备

研发了一套在施工前，对有限空间进行提前勘测的前端遥控探测设备，同时可保护人员安全的单兵设备，如图1所示，该设备在施工前、施工中可进行安全监测，同时统一由现场监护人员通过有限空间现场环境的便携指挥管理后台实时掌握现场的工作环境和人员情况，有效地管理现场作业人员，降低现场作业风险，提供现场作业工作效率，降低安全隐患。该系统的工作流程如下：首先，人员进行有限空间工作之前使用前端遥控探测设备对有限空间情况用视频+气体探测器进行前期探测，确保有限空间情况是否安全。其次，确定安全后人员佩戴前端单兵设备进入有限空间开始工作，单兵设备可以实时传输视频、双向通话，并且实时测量有限空间气体、辐射量情况。最后，监护人员通过便携指挥管理后台监控人员工作情况，从单兵设备获取前端实时数据，遇到突发情况可以根据现场视频和气体探测数据对有限空间情况进行双重复合判断。

图1 单兵设备

3.3 遥控探测设备

在现场集中运行维护模式下，由主站和抽水蓄能电站共同完成运行维护功能。在现场集中运行维护模式下，抽水蓄能电站自动化设备的集中监控、集中维护和集中管理功能主要在抽水蓄能电站现场完成。抽水蓄能电站自动化设备的参数配置在抽水蓄能电站末端的运行维护终端上进行[5]。有权限的操作员进入车站，登录运维配置终端，使用统一配置工具，调用目标设备参数，修改并发布。抽水蓄能电站现场完成的抽水蓄能电站自动化设备运行维护的主要任务，不仅包括运行维护人员的运行信息任务，还包括运维终端运行环境监控、运维终端运行过程监控、运维终端归档管理。主站完成运维主站的运行管理、参数管理等辅助功能。现场集中运行维护模式，采用自动模式完成运行维护任务，比人工主导的运行维护模式效率更高，减少了人工失误的概率。但现场集中运行维护模式仍取决于抽水蓄能电站的运行维护配置终端。抽水蓄能电站厂址与主站之间的任务处理过程复杂，通信容易出差，处理效率不高。特别是对于主站监测数据量大的抽水蓄能电站，工作量更大。同时，主站和变电站通过通信网络交换信息，操作和维护信息的容量也受到协议和通道等诸多因素的限制。随着运维专业化的不断演进，现场集中运维模式的规模和难度越来越大，运维压力越来越大。

便携式前端遥控探测设备是可以经由便携指挥管理后台进行远程遥控及通信控制的探测设备，具有以下功能：①设备搭载高清云台摄像机，可以实现360°旋转，并且可以90°～0°俯仰操作，可以通过便携指挥管理后台观测有限空间情况；②配套安装四合一气体检测仪，可以对可燃气+氧气+任意两种毒害气体（可根据有限空间实际情况增加）自由组合进行检测，能灵活满足现场需求，对于有限空间有毒、可燃气体进行实时探测并将测试数据传输至便携指挥管理后台；③配套安装一台辐射检测仪，测量α、β、γ和X射线，可以检查局部的辐射泄露和核辐射污染，检查周围环境中的氡辐射、石材等材料的放射性、地下钻管和设备的放射性，精确定位辐射源；④对遥控底盘视现场情况可进行遥控移动，监控范围更灵活。

3.4 指挥管理后台

在接入过程中，主要有两种不同的接入方案，独立硬件模式下的接入方案：运维配置终端作为客户端，与间隔层和站控层设备进行通信，自动化设备将这些信息传输给配置终端。在该方案中，运行维护配置终端设备和交互信息流不仅是配置参数，也是运行数据[6]。运维配置终端通过其他硬件集成方式下的接入方案：与二级运维管控平台交换信息，从平台获取所需信息。在这种方案下，运维配置终端与设备之间交换的信息只有配置参数，没有其他信息流。如果采用硬件集成方案，则配置终端与二级运维管控平台之间的信息交互，然后配置软件模块之间的数据交互，无须硬件通信。

监护人员通过便携指挥管理后台对施工情况进行监控，从有限空间现场环境的便携式前端遥控探测设备和单兵设备获取前端实时数据，遇到突发情况可以根据现场视频和气体探测数据对有限空间情况进行双重复合判断。指挥管理后台具备以下功能：①软件嵌入移动指挥箱，开机后即可通过软件无线远程管理终端接入设备；②多路语音集群对讲功能，指挥员可实时远程遥控指挥前端多个单兵；③气体检测数据及现场视频数据的信息回传至监控中心。

4 结束语

本文上述研究，获得以下结论。

一是便携式前端遥控探测设备的研制。融合嵌入式技术、机器人技术、远程遥控技术、无线网络通信技术、RS485通信技术等多种技术，并基于数据库技术和计算机编程语言技术，开发高可靠性有限空间危险环境状态无线监测设备。

二是便携指挥管理后台的开发。监护人员通过便携指挥管理后台控制前端遥控探测设备的工作情况对电缆沟进行状态监测。监测状态包含当前和历史的温度、可燃气体、有害气体、氧气含量、辐射量。以便对要工作的有限空间内部情况有个详细的了解，为人员工作提供有力保护。

三是组网通信技术。应用当前国际上先进的远程扩频技术，无线自组网、传输距离远、高强度加密，满足电站内的组网通信。■