基于信息化的智能定位系统在水电站的运用研究

文浩东

（溪洛渡水力发电厂，云南 永善 657300）

根据水电站厂房与挡水建筑物的相对位置及结构特征，水电站厂房可分为引水式、坝后式和河床式。引水式厂房一般位于河岸，若是建设在地下山体中，则称为地下厂房。与户外环境相比较，水电站地下厂房洞室群环境复杂，建筑物的布局、结构、类型等均会对定位的准确度和效果产生影响。通常北斗定位导航系统在室外定位导航应用能力强，在地下厂房内则不适用；红外线定位方式存在覆盖范围小且易受到干扰等问题；超声波定位精度比较高，但造价昂贵且扩展性在地下厂房内有局限[1]。随着网络通信技术的普及，在地下厂房已经完成无线网络覆盖的情况下，通过无线网的室内定位系统有定位精度高、分布范围广、速率快、成本低等优点，可以解决地下厂房人员定位问题[2]。同时，接入无线网络的智能定位设备能够不间断自动搜索并连接已设定的无线网络信号，通过网络系统将详细人员信息反馈到中央控制室管理系统终端，保证实时信息共享。

1 人员智能定位的重要性和技术可行性

随着大型水电站地下厂房通信网络的建设发展，水电站地下厂房全厂区域可以通过无线网络接入互联网。作为保证电站安全稳定的运行值班负责人，贯彻“预防为主、安全第一、以人为本”的安全生产理念，在发生事故等紧急情况下，需要第一时间迅速掌握当班期间厂房内人员信息，确保在紧急事态时地下厂房内工作人员安全。根据某水电站的实例，其地下厂房洞室群巨大，尽管在部分区域装设固定电话可以与中控室通信，但是无法实现准确实时定位。在紧急事态下，中控室运行值班负责人必须清楚两方面信息，一是现场人员信息，二是实际设备状态。在地下洞室复杂环境条件下，许多地方手机信号差，工作人员信息多是与工作负责人或维护分部负责人电话沟通了解，在需要争分夺秒应急处置时，这种情况会使应急处置时效大打折扣，严重时会危及工作人员安全。运行值班负责人如果能实时准确知晓人员位置，清楚知道工作人员当前工作状态，在火灾、水淹厂房、地震等应急处置中，就能够及时高效指挥运行值班员进行事故处理，指引厂房内工作人员逃生。因此信息化智能化的定位导航作为主动应急处置的辅助功能，对值班负责人进行电力安全生产管理十分重要。

目前某水电站正在建设三维技术应用基础平台，构建水电站机电设备和地下厂房洞室群三维模型，可作为实现人员准确实时定位的支撑性技术。某水电站通过激光扫描仪对电站设备及地下厂房构建的G3 级三维模型，可满足人员智能定位信息准确反馈的要求。人员智能定位系统将在三维模型基础上，编制对应水电站内详细位置点，工作人员位置信息通过其携带的安全设备，反馈至中央控制室信息显示终端、精益生产智控平台和应急指挥平台，实现位置信息上送。安全设备位置反馈功能可通过智能手机、安全帽内置专用定位芯片、智能手表等实现。传送至中控室显示终端的实时定位信息，再通过中央控制室人员信息投影大屏幕，在三维图形上详细显示现场工作人员头像、姓名、联系电话、工作状态和位置信息，使值班管理人员统揽厂房人员位置信息，对厂内工作一目了然，极大提高应急状态下信息汇报和统一指挥的便利性。

图1 人员智能定位系统结构

2 人员智能定位系统在某电站的运用设想与研究过程

目前正在建设的某水电站运行管理系统，包括统筹整合设备状态、实时生产信息、自动统计分析和辅助决策，但是未有涉及人员协调管理方面内容。例如正常值班和应急处置状态下人员信息，尤其机组检修期间工作复杂，工作人员众多并且交叉作业多，管理人员若能准确掌握人员实时信息，就能够预防人的不安全行为，将大大增强值班人员掌握当班期间安全生产信息能力，极大提高运行值班人员的应急响应速度，高效完成安全生产工作。

以某水电站的实例分析，在正常运行值班管理工作中，除特殊情况外，值班员交班前0.5 h、接班后15 min 内一般不进行重大操作和办理工作票。工作负责人不清楚值班人员交接班状态，在班前班后会期间，要求办理工作票，不仅中断正常进行的班前班后会，而且增加沟通负担。针对这种情况，可在电站信息网中对运行值班状态予以显示，详细可分为“交班中”、“值班中”、“接班中”、“应急处置”，详细结构如图2 所示。

图2 运行值班工作状态

“交班中”状态指交班前0.5 h，用于整理当班期间生产信息，开好班后会；“值班中”状态指运行人员正常值班，可办理工作票，执行设备操作；“接班中”状态指接班后15 min，开展接班后的班前会；“应急处置”状态指发生紧急事件，需要集中人力及时处置，是当前最紧急且重要的安全生产工作。值班状态根据设定的时间在“交班中”、“值班中”、“接班中”自动变更，“应急处置”状态由值班负责人手动设置，具有最高优先级。实现运行值班状态信息显示，并且可添加当班期间“自然灾害预警”相关发布和解除信息，各生产人员通过主动查阅值班信息，可减少不必要的电话联系，保证值班人员工作的流畅性和连续性。

由于该水电站采用调控一体化两地值班模式，各值班点分散，值班员到达各值班点路程各不相同。以中班14：00 上班出发为例，值班人员到达电站左岸厂房值班室约需20 min，值班人员到达电站右岸厂房值班室约需15 min，到达电站控制楼值班室约需5 min，到达远方电站调度大厅约需10 min。实现基于信息化智能化的人员智能定位后，在到达各值班点后完成工作交接的值班人员，可以接入网络和生产管理系统，值班负责人只需查看位置信息即可确认各值班点人员是否完成工作交接，再进行线上班前会，无需再电话确认。

对于当班期间的巡检工作，当前是采用对各设备点扫码记录再上传的方式，巡检记录中只有巡检点位和时间信息。在实现基于信息化智能化的人员智能定位后，值班负责人可通过定位信息，实时刷新巡检人员的路线状态，掌握正常的巡检工作信息。巡检路线通过各定位点，自动对设备条码点巡检确认，不再需要手动扫条码确认，并且可以根据定位点自动形成三维巡检路线轨迹，立体显示巡检路线记录，不仅可以使巡检人员专注检查设备，而且可以通过回溯路线防止漏检。

在设备检修期间，多工作面同时开展工作，厂房内人员众多，分布广泛，安全隐患增多，人的不安全行为会成为最大的安全隐患。实现基于信息化智能化的人员智能定位，工作人员进入现场后，能够动态掌握工作班成员位置信息，尤其有利于对动火消防安全的预防管理，工作人员在指定位置进行动火，使消防管理人员对动火人员和位置一目了然，提高了针对性和便利性。对于操作人员和维护人员，准确的位置信息不仅有利于指挥应急处置和指引疏散危险区域工作人员，还可增加求救信号，保证对厂房突发身体疾病的工作人员的紧急救援，使安全生产工作更具有主动性和针对性。

以电站右岸某带融冰装置的线路由运行转检修操作流程为例，详细流程如图3 所示。

图3 带融冰装置的线路由运行转检修操作流程

（1）收到操作通知，操作人和监护人提前准备好操作票，到电站GIS 室对应500 kV 开关处等待调度正式下令；

（2）调度正式下令后，操作500 kV 开关转热备用，在断开500 kV 开关后，现场操作人员检查开关状态；

（3）拉开线路侧6 刀闸，现场操作人员检查6 刀闸是否正确动作；

（4）前往右岸出线场，从右岸GIS 室到右岸出线场3 刀闸处路程需要用时约13 min；

（5）拉开线路侧融冰3 刀闸，现场操作人员检查融冰3 刀闸是否正确动作；

（6）500 kV 开关由热备用转冷备用，需要现场人员回到右岸GIS 室检查其动作情况，同样需要用时约13 min；

（7）合上线路侧融冰317 地刀及37 地刀，现场人员再次到达右岸出线场，同样需要用时约13 min；

（8）合上线路617 地刀及67 地刀，500 kV 开关由冷备用转检修，现场人员再次回到右岸GIS 室，同样需要用时约13 min；

（9）退出500 kV 线路保护及开关保护，操作人员到达右岸保护盘室需要3 min；

（10）线路由运行转检修操作完成，汇报调度。

综上所述，右岸500 kV 线路操作一般情况下需要现场人员在右岸GIS 室、右岸保护盘室、右岸出线场3 个地方不断行动，在出现特殊情况，如监控系统突然出现线路相关报警信息需要现场人员检查确认时，更需要值班负责人准确知晓现场操作人员位置，实现人员的最优高效调度。

具体的技术实现方法，首先可通过智能手机实现定位功能[3]。可在设备工作室行政电话或调度电话处张贴定位二维码，在智能手机生产运行管理系统应用中新增“扫码定位”模块，扫描二维码定位码后，现场人员在应用中选择工作状态和停留时间。工作状态可选择待令、操作、应急检查、紧急求助等，停留时间可根据工作情况选择大概时间，例如5 min、10 min、15 min、20 min 至3 h（每间隔5 min），在终端显示人员位置信息，显示直到停留时间，到时间后人员信息不再显示。对于运行值班员工作，值班负责人可直接查看确认值班员位置和状态，例如某某值班员目前在右岸副厂房办票室，状态为待命；某某值班员目前在6F 发电机层，状态在操作（或应急检查）中；某某值班员在18F 机组技术供水室，状态是求助，需要立即派人协助。这种方法需要现场工作人员主动选择定位，值班负责人能够大概知晓人员信息及工作状态，相比于目前通过电话汇报当前位置，值班负责人靠自己记住人员工作信息，这种方法有利于值班负责人概览全厂人员状态信息，把控全局，履行人员调度管理职责，保证电力安全生产。

其次可通过安全帽内置专用定位芯片实现定位功能。芯片可以集成使用者的身份信息，在厂房工作必须佩戴安全帽，当佩戴内置芯片的安全帽时，芯片开始工作，通过无线网络接入生产运行管理系统，传输实时工作人员位置信息，位置信息可以每5 s刷新一次，在中控室实时准确显示位置信息。相比于智能手机定位功能，安全帽内置芯片能实现更加实时准确的位置信息，但是不能显示实时准确的人员状态信息。

最后可通过智能手表实现定位功能。工作人员在厂房作业时，通过佩戴工作专用智能手表，连接厂房内无线网络，可以实时准确发送位置信息和人员状态信息。智能工作手表可定制身份信息，或者手动设置身份信息；智能工作手表在厂房内连接无线网络后，可以每隔10 s 通过定位芯片，向监控终端发送位置信息；智能工作手表可以连接智能手机，在嘈杂的厂房环境中完成手机来电提醒；智能工作手表还可以直接选择人员工作状态、身体状态、简要工作内容等。

3 优势与解决的问题

（1）提高电站生产管理效率。大型水电站内洞室众多，环境复杂，对于水电站工作人员的配置和安全生产有着严格的要求，既需要现场人员做到安全高效施工作业，又需要中控室值班人员及时准确与作业人员沟通交流，保证值班人员掌握全电站工作状况，基于“以人为本，科技优先”的发展理念，建设基于信息化智能化的人员智能定位系统，可以提高沟通协调效率，促进现场工作人员安全施工，规范作业，可以极大提高全电站生产管理效率[4]。

（2）提高突发状况下电站紧急疏散能力。大型水电站若是发生水淹厂房、地震、火灾等重大险情，保证现场作业人员的生命安全是第一要务。建设基于信息化智能化的人员智能定位系统，在充分了解水电站结构和人员作业位置情况下，应对不同险情时争分夺秒，优先疏散面临最严重生命威胁的人员。例如发生水淹厂房，立即通知并指引厂房最低高程的作业人员向上迅速撤离；发生地震或火灾，立即通知并指引厂房内作业人员通过就近逃生通道向厂房外迅速撤离[5]。

（3）提高电站信息化智能化水平。电站生产信息具有涉及部门多、内容复杂、工作面广的特点，中央控制室作为实时生产信息汇集中心，应具有分层次、分级别综合处理信息能力。目前的生产信息综合处理方式，主要是值班负责人员手动总结归纳，建设基于信息化智能化的人员智能定位系统，可以提高生产信息的集中度和准确性，对于不同的生产工作，可以调取不同类别的信息，及时准确进行反馈，提高了获取生产信息便利性，同时提高了电站信息化智能化水平。

（4）提高生产安全信息报送能力。无论是电网调度还是公司内部管理，对信息汇报均有明确且严格的要求，电站运行值班人员必须保证安全生产信息汇报的及时性和正确性。建设基于信息化智能化的人员智能定位系统，电站具有较高的信息化智能化水平，通过计算机自动化技术，电站中央控制室显示屏能够分层次、分级别地全面显示安全生产信息，有利于值班人员及时获取第一手准确的设备状态和人员信息，保证在时限内向调度部门和领导汇报正确的生产信息。

4 可能存在的疑难与解决提升方向

建设覆盖全水电站的人员智能定位系统可能存在部分疑难问题：①部分洞室与廊道没有网络信号，一般情况下没有人，例如导流洞排水泵房、大坝各层廊道等，这些地方覆盖无线网络，经济性与实用性较差。这一类很少开展工作无网络信号的偏远泵房或廊道，可建立特殊工作地点名录，提示这些地方有无法及时联系工作人员的风险，要求在这些地方工作的人员，工作前后必须通过行政电话或调度电话通报基本信息，包括工作内容和人数。②网络信号不稳定或中断，定位设备故障导致人员信息上送滞后或卡顿等困难，这种情况需要建立完善的通信中断应急处置机制，及时联系通信值班人员处理。③现场作业人员不够重视，厂房内定位设备与人员分离，导致定位信息不准确，需要及时联系的人员联系不上，这种情况要加强所有进入厂房作业人员的安全教育，明确在厂房工作时人员与定位设备不分离，并且只适用厂房环境，离开厂房不使用人员定位系统，不泄露个人隐私。

5 结语

建设基于信息化智能化的人员智能定位系统，通过智能工作手表兼具定位芯片的实时准确定位功能和智能手机的选择人员工作状态信息功能，在厂房无线网络建设完备的情况下，可以通过智能手表+无线网络+显示终端来实现厂房工作人员实时准确位置信息和工作状态的显示，有利于值班负责人概览全厂人员状态信息，把控全局，合理高效安排日常工作，履行人员调度管理职责，保证电力安全生产；有利于紧急状态下，应急指挥人员统揽厂房工作人员信息，指挥应急处置和指导人员疏散，在地下厂房、隧道等洞室或地下洞室群环境与视频监控、应急广播等系统一起形成安全管理一体化平台，有效完成人员安全管理及紧急情况下的人员搜救工作，可以降低事故损失，减小事件影响；有利于智能水电站的建设，提高生产运行效能，展示高效智能化水电站的良好形象。