引言

選煤廠中洗煤工藝鏈復雜,安全生產管理與監(jiān)護難度較大:選煤設備種類復雜多樣,并且多為大型機械,設備運轉異常會產生較大的安全隱患。當前,選煤廠的現場監(jiān)護手段是以視頻監(jiān)控為主,但這種傳統的監(jiān)護方式已經難以滿足現場工作人員的安全監(jiān)護需求。智能安全頭盔作為當前熱門的安全監(jiān)護技術,在煤礦、電力系統、消防、安保等領域發(fā)揮著重要的作用。將智能安全頭盔引入選煤廠的安全監(jiān)控系統,是解決當前選煤廠中安全監(jiān)護問題的有效措施。本文分析了選煤廠安全監(jiān)控系統研究現狀,介紹了智能安全頭盔的工作原理,對安全頭盔中采用的相關技術,包括無線通信技術、室內定位技術和人體健康監(jiān)測技術等進行了分析。

1選煤廠安全監(jiān)控系統研究現狀

隨著機械化與自動化水平的不斷提高,選煤廠中的危險源越發(fā)難以管控,近年來,機械傷害成為選煤廠中最嚴重的安全隱患之一。因此,選煤廠監(jiān)護系統的研究成為企業(yè)安全生產的重要保障。

王芳通過現場安裝的各類傳感器,實現了危險源的實時監(jiān)控,一旦傳感器檢測到異常,報警信息就會傳遞給上位機監(jiān)控系統,能夠有效降低現場發(fā)生事故的風險。

張紹先介紹了馬頭洗煤廠中無線通信技術與物聯網技術相結合的監(jiān)控系統,創(chuàng)新性地實現了無線遠程控制以及實時監(jiān)控的功能。

雷斌等人設計的基于DCs技術的選煤廠集控系統,完成了對傳統的以PLC為技術核心的集控系統的替代,并且能夠實現選煤廠中視頻與音頻的聯動,不僅提高了監(jiān)控水平,還提高了選煤廠各系統的通信能力。

張宗華設計了選煤廠人員智能視頻監(jiān)控系統,通過現有的閉路監(jiān)控系統,結合機器視覺技術,能夠在一定程度上對現場人員進行位置跟蹤與安全狀態(tài)判斷。

綜上所述,當前選煤廠的監(jiān)控系統是以設備和工藝等方面為監(jiān)護重點,對現場作業(yè)人員的監(jiān)護手段單一且效果并不明顯,人身安全難以得到保障。目前,選煤廠中的安全監(jiān)護主要存在以下問題:(1）監(jiān)護手段單一,選煤車間中雖然布設有攝像頭,但是攝像頭存在監(jiān)控死角,安全監(jiān)護還存有盲區(qū):(2）通信設備落后,雖然現場作業(yè)人員配有對講設備,但由于嘈雜的生產環(huán)境以及對講頻道干擾等因素的影響,很難保證有效的溝通:(3）缺乏對人員的實時監(jiān)護手段,一旦現場工作人員人身受到傷害,管理人員難以及時獲知并處理。

因此,在當前人工智能與物聯網技術飛速發(fā)展的背景下,建立一套科學先進且可行的人員監(jiān)護系統是非常有必要的。

2智能安全頭盔

安全帽是保護現場施工人員頭部安全的重要手段,其通過減緩沖擊力度以及增加抗擊打能力實現頭部防護功能,作用比較單一,已經難以滿足當前的生產需要。

智能安全頭盔是以人工智能技術與物聯網技術為核心的智能設備,不僅兼顧了對頭部的防護功能,更是在此基礎上實現了人員定位、環(huán)境異常報警、實時通信、區(qū)域預警和人員身體健康監(jiān)測等功能。智能安全頭盔一般包括中央處理器、各類數據采集模塊、通信模塊、電源模塊等部分,其結構圖如圖1所示。智能安全頭盔通過其數據采集模塊對外部環(huán)境信息和人員的狀態(tài)進行數據采集,采集的數據由中央處理器進行處理,處理后的數據結果由通信模塊上傳至上位機監(jiān)控系統,經分析后得到現場人員的實時信息。

圖1智能安全頭盔結構圖

以煤礦用智能安全頭盔為例。井下的作業(yè)環(huán)境十分復雜,可能發(fā)生瓦斯?jié)舛瘸瑯撕退降任ｋU。為了保障井下作業(yè)人員的人身安全,煤礦用智能安全頭盔須具備實時定位、健康監(jiān)測、環(huán)境異常監(jiān)測、智能處理以及抗干擾等功能特點[l0]。相較于復雜且危險的井下工作環(huán)境,選煤廠中的危險源相對可控,設備的機械傷害是最主要的危險因素,因此選煤廠中引入智能安全頭盔在理論和技術上是完全可行的?；诋斍斑x煤廠中安全監(jiān)護系統存在的監(jiān)控手段單一,通信手段落后,缺乏實時監(jiān)護手段等問題,選煤廠智能安全頭盔應具備人員定位功能、實時語音視頻通信功能和人員身體健康監(jiān)測功能,涉及的技術主要有無線通信技術、室內定位技術和人體健康監(jiān)測技術等。

3相關技術研究

3.l無線通信技術

無線通信技術的快速發(fā)展,使得數據的實時傳輸得到了保障。目前流行的無線通信技術主要有藍牙技術、wi-Fi技術、超寬帶技術和蜂窩無線通信技術等。

藍牙技術適用于短距離通信,一般有效通信距離不超過l0-。其優(yōu)點為可方便地接入手機等移動終端,功耗小,抗干擾能力強:缺點為有效傳輸距離較短,傳輸速率相對較低。

wi-Fi技術的有效工作距離最遠可達100-,數據傳輸速率可達10mM/b。其優(yōu)點為可以提供高速傳輸的無延遲通信,經濟成本較低,適用于商場、企業(yè)、辦公、家庭等多種場所:其缺點為信號傳輸過程中易受干擾。

超寬帶技術(UltrawideMand,UwB）是通過發(fā)送和接收納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數據。其優(yōu)點為時間分辨率高,信號傳輸在納秒級完成:能效高,能夠在低功率下傳輸更遠的距離:抗干擾能力強。缺點是安裝成本較高。

蜂窩移動通信技術(CellularmoMileCo--unication）采用蜂窩無線組網的方式,使終端與網絡設備之間建立無線通信。其優(yōu)點為傳輸距離遠,一般大于1000-:傳輸信號穩(wěn)定:傳輸速率高,5G商用通信峰值速率可達20GM/b。但是其缺點也十分明顯,即成本比較昂貴。

選煤廠廠房布置緊湊,大型設備較多,機械運行噪聲較大,有較強的干擾源,因此,從穩(wěn)定性、普適性和經濟成本等方面考慮,在選煤廠中使用wi-Fi技術作為通信手段是比較合適的選擇之一。

3.2室內定位技術

選煤廠生產車間一般為多層建筑,難以接收到衛(wèi)星信號,因此衛(wèi)星定位在生產車間中的定位精度較差,而室內定位技術能夠獲取用戶在建筑中的準確位置信息。近年來,室內定位技術發(fā)展迅猛,出現了多種定位技術方法,分為基于信標設備的定位方法、基于wi-Fi信號的定位方法、基于傳感器的定位方法和基于圖像識別技術的定位方法。

信標設備就是定位所需要的硬件設施,一般需要在室內的固定位置預先布設特定的接收裝置,稱為"信號接收端":定位終端通過周期性的廣播向四周發(fā)送信號,當不同的接收端接收到終端發(fā)送的信號后,通過定位算法計算就可以得到終端的位置信息。具有代表性的特性設備定位技術包括紅外技術、UwB技術、超聲波技術和RFID技術等?；赨wB技術的定位方法是目前室內定位中比較精確的技術之一,在實驗場景下可達到厘米級別的精度,并且通過分層布設接收端,可以實現在多層建筑內的定位服務。信標定位方法需要提前布設特定硬件,適用場景較為單一,主要應用于煤礦礦井或電力設施等領域。

基于wi-Fi的定位技術就是通過手機、智能手表等終端連接到wi-Fi,通過測定終端接收到的無線信號的能量衰減或空間差異性,就可以得到位置信息。但wi-Fi信號在傳輸過程中易受干擾,因此很難在復雜的環(huán)境下應用。

基于移動傳感器的定位方法主要是通過加速度傳感器、重力傳感器和陀螺儀等,結合智能設備,推算出移動目標的行動軌跡、行為與路線,并且需要配合事先測繪好的地圖,主要應用于智能穿戴設備。

基于圖像識別技術的定位方法就是通過獲取用戶周邊的環(huán)境圖片信息,將環(huán)境圖片信息與圖像數據庫進行比對,如果兩者的特征數據匹配,則通過數據庫中的圖像信息可以得到位置信息。由于需要大量的圖片數據進行支撐,需要投入大量的人力和物力,目前該技術還未得到廣泛的應用。

通過對比幾種定位技術的優(yōu)缺點,結合選煤廠多層廠房建筑、復雜的平面布局和多干擾源的特點,認為基于UwB技術的室內定位系統能夠適用于選煤廠的生產環(huán)境。

3.3人體健康監(jiān)測技術

隨著可穿戴技術與生物傳感器技術的發(fā)展,人體的運動以及生理參數可以通過生物傳感器進行采集。一般生物傳感器采集的數據主要包括體外數據與體征數據。體外數據采集主要是通過運動傳感器或者加速度傳感器獲取人體的運動情況:體征數據主要包括心率、體溫、血壓、血糖等,通過生物傳感器測取體征數據可以獲取人體的健康狀態(tài)。健康監(jiān)測系統一般包括監(jiān)測模塊、數據傳輸模塊、數據處理模塊等,能夠為人體提供全天候的健康監(jiān)測服務。

4結語

本文分析了當前選煤廠中安全監(jiān)控系統的研究現狀,認為當前選煤廠中的安全監(jiān)控系統并不完善。為了解決安全監(jiān)控中存在的問題,參考煤礦用智能安全頭盔,確定了選煤廠智能安全頭盔應具備的功能,并且分析了該技術的可行性。分析認為,智能安全頭盔是保障選煤廠現場工作人員人身安全的有效手段,其應用前景廣闊,具有非常重要的研究意義。