发电厂人员现场安全（定位）管理系统解决方案.doc

发电厂人员现场安全（定位）管理系统系统解决方案重庆亚东亚集团软件有限公司二一年六月六日目 录一、项目概述11.项目内容22.项目意义23.预期成果34.项目关键技术34.1 RFID技术34.2 智能视频分析技术45、技术路线及方法4二、系统概述51、系统构成62、软件架构8三、系统功能91.生产区域人员定位92.重点区域监测93.关键位置点摄像机联动104.现场安全作业标准化105.虚拟现实三维展示106.现场声光报警和广播通知117.运动轨迹回放118.现场人员管理119.视频自动录像1110.打印及报表统计11四、实施计划及步骤121、第一阶段122、第二阶段123、第三阶段124、第四阶段13一、 项目概述通过认真研读大唐国际集团公司领导在2010年职代会上所作的工作报告，我们发现“倾力构筑本质安全防线、积极践行低碳发展战略、不断提高企业经营效益”是其中三个最璀璨的亮点。作为一个身处高危行业的企业，安全生产是第一位的。绝对地高度重视安全生产工作，持续地完善优化安全生产的体制机制、不断地创新安全生产的方式方法，贯穿于大唐国际几年来发展的每一步。水力发电厂安全管理的主要环节就是全过程生产管理中对运行、检修、维护和技术改造环节的安全管理。 水力发电厂安全管理的主要任务是要保证人身安全、设备安全和运行安全。 水力发电厂常规安全管理主要包括：安全教育培训、安全例行工作、现场安全管理、季节性安全大检查及安全竞赛活动等。现场安全管理主要是结合生产实际，根据运行检修情况所进行的安全管理活动。在现场生产中，运行维护、定期试验、设备消缺、运行与检修设备系统是否隔绝，安全措施是否完善，“两票三制”及“三讲一落实”执行情况，安全工器具的使用，劳保用品的配备是否符合电业安全工作规程要求发现违章及时制止，对安全生产中的好人好事给予表扬、奖励等均属现场安全管理的范畴。现场管理人员要履行安全生产管理责任，营造“进入现场，人人都是安全第一责任人”的氛围。大唐集团提出的本质安全就是把安全变成了生产活动的本身，生产活动就是安全活动。大唐国际目前安全生产局面稳定，各个领域的安全管理都呈现出良好的态势，但仍然存在一些痼疾。比如，我们有目标，但是没有措施；有整体，但是没有个体，有质的要求，但是没有量的分析，这样就导致安全管理只从大处着眼，容易流于形式。为了解决上述问题，系统将综合运用视频监控及图像分析技术、三维场景展示技术、RFID人员定位技术、PDA信息管理技术等多种先进技术手段来加强进入工作现场的所有人员，包括水力发电厂的工作人员、来厂参观人员(上级单位领导、兄弟单位同仁、工业旅游来厂参观的游客)的现场安全管理，达到提升安全管理方法的科技手段和现代化水平的目的，进而推动“生命至上，安全第一”的大唐安全理念落地生根，确保本质安全的有效落实。1. 项目内容本项目基于发电厂现场安全管理的需要，将多种技术和信息有效运用和组织，特别是对已有的发电站相关安全管理系统的调研，深入研究变电站相关标准规范，借鉴分析国内外在现场安全管理上的技术、手段和运行方式。系统研究内容包括：系统研发内容1深入调研业务需求,进行方案研究和改进。2人员现场定位管理系统研发3现场人员安全行为视频图像智能分析系统研发4现场安全标准化作业管理系统研发5变电厂三维虚拟现实数字化展现平台体系建设和标准研究2. 项目意义A. 提高发电厂现场人员安全可视化管理，通过先进技术手段和措施保证了现场人员的行为可控、位置可视。B. B提高发电厂现场人员各项操作的规范化和标准化，通过先进技术手段和措施保证现场人员的各项操作有序可查。C. 通过空间分布来表现现场人员的活动范围和位置轨迹，提高管理人员对生产现场的快速反应和全局把控能力。D. 通过使用多种先进技术手段来加强“人员”的现场安全管理，提升安全管理方法的科技手段和现代化水平，提高变电站的生产管理水平。E. 所用技术走在国内电力行业最前列，为发电厂现场人员安全行为可视化管理做有益尝试和示范应用。3. 预期成果通过系统的研发，将主要提供以下成果：1. 建立彭水发电厂三维电站模型。2. 开发电厂人员现场安全(定位)管理系统。3. 申请专利一项、在有影响力的刊物上发表论文1篇。4. 项目关键技术4.1 RFID技术RFID(射频识别)技术起源于第二次世界大战并已经发展了五十多年了。近年来随着微电子、计算机和网络技术的发展，RFID技术的应用范围和深度都得到了迅速地发展。该技术现在迅速成为全球瞩目的焦点，并被列为21世纪最有前途的重要产业和应用技术之一。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。一套完整的的RFID系统，是由阅读器(Reader)与电子标签(TAG)及应用软件系统三个部分所组成的。电子标签内存有一定格式的电子数据，常以此作为待识别物品的标志性信息。应用中将电子标签附着在待识别物品上，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，通常的情况是由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据收到的阅读器的命令，将内存的标志性数据回传给阅读器，阅读器依序接受解读数据，送给应用程序进行处理。目前， RFID技术主要应用于车辆识别、自动化生产线管理、仓储物流、身份识别、门禁管理等方面，但应用于水力发电行业的现场安全管理还比较少见。4.2 智能视频分析技术智能视频处理技术是人工智能研究的分支之一，属于基于视频图像的一种数学分析算法。如果把摄像机看作人的眼睛，而智能视频系统或设备则可以看作人的大脑。智能视频技术借助计算机强大的数据处理功能，对视频画面中的海量数据进行高速分析，过滤掉用户不关心的信息，为监控者提供最有用的关键信息。智能视频技术可以对视频里的运动物体进行检测，一旦检测到运动物体后，智能技术自动将视频中的背景与前景进行分离，切割出运动的物体，然后依照设定的逻辑分析方式对运动物体进行智能分析与跟踪，从而判断视频是否有异常，并以最快和最佳的方式发出预警报信息，更加有效的协助工作人员处理危机，并最大限度的降低误报和漏报现象。智能视频技术能有效地提升传统视频监控的自动检测能力，提升监控系统预警戒强度，提高监控效率和自动响应报警，实现247全天候的持续监控或者针对重要时段的无人值守监控。目前，智能视频分析技术主要应用于周界防范、异常行为检测、重要/危险区域监控等方面，不过应看到，智能视频分析产品的检测精度受天气环境条件和动态光照的影响较大。因此，在水力发电厂现场安全管理中采用单一的智能视频分析手段存在一定的局限性。文中采用智能视频分析技术结合RFID技术的方式,实现对水力发电厂重点区域及人员的现场安全管理，可有效的弥补上述的不足。5、技术路线及方法本项目的研究主要包含以下几个部分，发电厂三维虚拟现实数字化展现平台体系标准研究，发电厂人员现场安全（定位）管理研究，安全标准化信息管理研究，关键技术的研究，示范应用研究和前瞻性研究。我们将以体系和标准为支撑，以关键技术为突破口，以示范应用为落脚点，在关键技术研究成果的基础上，综合运用各类相关技术和成果，研发基于虚拟现实手段作为展示平台的发电厂现场安全（定位）管理系统，并进一步研究前沿技术和应用范围，确保可持续发展。“体系和标准研究”是基础。我们将研究发电厂虚拟现实建模标准及安全作业标准化数据接口。“关键技术研究”是关键。我们将研究3D模型的展现，与用户的人机交互，3D模型上各类信息的动态显示，安全信息的数字化管理等。“示范应用系统研究”是升华。我们将研发电厂现场安全（定位）虚拟现实平台，并在彭水发电厂作为示范应用。“前瞻性研究”是助推剂。我们将进一步研究3D虚拟现实的互操作技术，以及发电厂人员现场管理的相关标准，并挖掘该平台的深入应用，以扩展其应用范围。二、 系统概述系统采用基于RFID的人员定位技术实现对进入生产现场区域的人员进行定位与跟踪，结合虚拟现实三维技术可将人员的位置信息和周边环境信息在三维场景中直观展示。对于生产现场人员的实时活动情况，采用视频监控记录并存档，RFID技术结合智能视频分析技术来分析、判别和发现是否有人进入安全禁区，以实现重要区域的智能监控。采用PDA信息管理技术实现“两票三制”、“班前班后会制”、“三讲一落实”的记录标准化电子化。通过将这些技术与 “工业旅游安全管理”相结合，确保现场工作人员按两票要求在指定的时间和指定的工作场所工作而不误入其他区域，确保工业旅游的参观者在指定的路线和区域内参观而不误入安全禁区，确保班组的“班前班后会制”与“三讲一落实”能根据当天的人员现场安全隐患及时总结，避免再次发生。系统在工作现场和监控中心实现告警提醒功能，在前端(工作现场)采用声光告警提醒现场人员注意安全，在后端(监控中心)告警主动提醒监控人员关注现场的安全状况。1、系统构成如图所示，发电厂人员现场安全（定位）管理系统主要由人员定位管理平台、定位服务器、作业服务器、视频分析服务器、三维模型服务器、中继设备、RFID读卡器、无线访问节点、电子标签、手持PDA、控制器、警铃、广播、摄像机等设备构成。人员定位管理平台主要用于已收集数据（包括RFID人员位置参数、PDA标准化记录数据、视频告警画面）的处理，并通过三维画面显示屏实时反映出工作现场的人员位置情况，可以在需要时通过广播或警铃对现场人员的违规行为实施干预。数据服务器主要用于收集和储存从RFID读卡器和手持PDA中上传的数据，用于数据回溯和提供给定位管理平台软件进行数据处理。视频分析服务器主要用于储存和分析从现场摄像机上传的视频数据，实现重点区域的人员越界分析和人数统计视频画面分析。当现场人员有越界行为时，提供越界视频画面给定位管理平台进行三维场景标识和声光告警联动。三维模型服务器主要用于存储和提供水力发电厂中控室、发电机层、水轮机层、大坝、取水口等各个重要区域的三维场景模型，用于人员的位置信息和周边环境信息在三维场景中直观展示。中继设备用于实现RFID读卡器数据上传，当使用485总线组网时从最远端的大坝和水轮机层到监控中心的线路长度有上千米，需要通过中继设备来上传数据，以避免距离太远导致数据丢失。RFID读卡器主要用于电子标签数据的接收、筛选，数据并通过中继设备上传数据到数据服务器。电子标签和PDA由现场人员随身携带，通过最近的无线访问节点上传数据。其中，电子标签记录了现场人员的基本信息；PDA记录了在现场执行“两票三制”、“班前班后会制”、“三讲一落实”的标准化信息。2、软件架构系统按照层次化、模块化设计原则，将外部接口、应用实现、用户界面按照层次化的方式设计。系统自底向上分为三个层次，分别是接口层、应用服务层、三维展示层，各个层之间独立性强，便于系统扩展灵活。采用业界先进和成熟的技术构建整个平台的技术架构，保证系统有不断发展和扩充的余地；在设计中利用先进的面向对象技术、设计模式和组件技术来提高软件系统的通用性和复用性。接口层是系统架构的最底层，提供系统访问外部数据库的数据接口和外部设备的通讯接口。通过接口层，上层架构可以访问系统所需的人员定位数据、现场标准化作业数据、视频数据、人员数据、告警数据和三维模型数据；通过接口层，上层架构可以与PDA、电子标签、警铃、广播、摄像机等外部设备进行通讯交互。接口层内部的数据接口和通讯接口可以相互通讯，外部设备的信息由通讯接口接受，然后到数据接口进行信息转换后就可以保存到外部的数据库系统中。应用服务层是系统架构的中间层，是系统业务的具体实现。业务层通过接口层访问系统所需的数据信息。应用服务层实现了人员定位、区域监控、现场安全标准化作业、关键位置点摄像机联动、现场声光报警和广播通知、现场人员管理、自动录像、数据报表及答应等核心业务功能，可以供顶层的三维展示层进行调用。三维展示层实现了系统的人机交互界面，系统通过在三维场景中的操作调用应用服务层的功能实现。系统采用虚拟现实技术建立发电厂的三维虚拟现实模型，通过三维实时引擎，并编程调用引擎相关接口实现了三维模型、人员位置、视频和数据的关联服务，并采用信息同步、模型标定、模型识别和合成，完成对发电厂三维模型的操作以及在三维场景中进行业务操作的各项功能。三、 系统功能1. 生产区域人员定位实现水电站主要生产区域（发电机层、水轮机层、大坝）现场人员定位，及时准确的提供工作区域内人员的数量、位置、分布情况和每个人员任意时刻所在的位置及各时间段的活动轨迹，为生产现场的安全管理工作提供可靠的数据依据。2. 重点区域监测系统可以设置两类重点区域。一种是可以进入的重点区域，但限制进入人员数和人员停留时间；一种是禁止进入的重点区域。对于前一种情况，用户可以设定允许停留的人员数和时间，当人员超员或停留时间超时系统发出告警信号，避免在特定工作现场人员超员或超时停留可能引发的危险。对于后一种情况，用户可以自定义禁止区域的边界、周界，当有人员越界后，实时发出越界告警信息, 实现进入或者走出重点区域自动告警，避免外来人员擅自闯入重点区域。3. 关键位置点摄像机联动当携带标签的外来人员走到摄像机附近时，标签向定位服务器发出位置信息，服务器接到信息后再向摄像机发出指令，此刻摄像机的工作状态被激活，即可实时拍照或者摄像，视频图像实时在定位服务器的界面上显示，管理人员即可实时看见外来人员的所有行为信息。4. 现场安全作业标准化通过PDA实现工作现场安全作业标准化管理，进一步控制现场安全作业的质量、提高工作效率，确保现场作业过程的安全和质量可靠，降低现场作业的风险。现场安全作业标准化管理包括如下功能：l 两票三制标准化记录l 安全工器具标准化管理l 运维、实验、消缺现场操作标准化作业l 班前、班后会记录标准化5. 虚拟现实三维展示提供直观的发电站虚拟现实三维场景，实现生产现场的三维展示，在三维场景中可以进行漫游、设备选取、快速定位等操作。同时，以三维场景作为系统的操作界面，在三维场景中建立三维模型和视频、数据、人员位置信息的关联，以简便快速的数据处理和查询手