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一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置
申请号	CN202311616812.4	申请日	2023-11-30	公开(公告)号	CN117852794A	公开(公告)日	2024-04-09
申请人	核动力运行研究所;			发明人	叶翔; 袁天戈; 翟迪; 李安超; 罗芳; 徐小照;
摘要	本发明涉及核工业作业现场态势感知技术领域，具体公开了一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置。该装置包括环状主体，环状主体用于搭载数据采集系统、计算单元、设备连接单元；所述红外热成像和摄像头模块通过红外热成像实现感知温度，摄像头用于视频信息采集；近电感应模块用于对强电场进行电场判断；计算单元通过计算单元安装部与环状主体相连接；固定卡口设于环状主体侧向，实现将环状主体与安全帽相连接。通过定位及环境数据监测，形成对工作人员的态势感知，从而避免工作人员未经许可超出工作边界、走错工作场景、作业过程缺少监护、人因失误等问题，避免因此造成的经济损失，提升工作效率。
权利要求	1.一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：该装置包括环状主体，所述环状主体用于搭载数据采集系统、计算单元(12)、设备连接单元；所述数据采集系统包括红外热成像和摄像头模块(1)、近电感应模块(2)，所述红外热成像和摄像头模块(1)置于环状主体前端，通过红外热成像实现感知温度，摄像头用于视频信息采集；所述近电感应模块(2)设于环状主体前端内侧，用于对强电场进行电场判断；所述计算单元(12)设于环状主体尾部，通过计算单元安装部(7)与环状主体相连接；所述设备连接单元包括固定卡口(8)，所述固定卡口(8)设于环状主体侧向，实现将环状主体与安全帽相连接。 2.根据权利要求1所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述环状主体侧向设有固定卡环(3)以安装插接件。 3.根据权利要求1所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述环状主体侧向设有交互旋钮(5)。 4.根据权利要求1所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述环状主体侧向设有双目眼镜安装螺孔(4)和单目眼镜安装螺孔(6)，所述双目眼镜安装螺孔(4)用于安装双目眼镜(17)，所述双目眼镜(17)通过双目支架伸缩机构(9)、双目支架转轴(10)、双目支架连接轴(11)依次依次连接至双目眼镜安装螺孔(4)；所述单目眼镜安装螺孔(6)用于安装单目眼镜(16)。 5.根据权利要求2所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述插接件包括气体传感器模块、电离辐射传感器模块、骨传导耳机。 6.根据权利要求4所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述单目眼镜(16)与双目眼镜(17)通过眼镜连接器(15)实现与计算单元(12)的线缆连接。 7.根据权利要求1所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述环状主体侧向设有串口连接器(13)。 8.根据权利要求1所述的一种核工业的作业态势感知装置，其特征在于：所述环状主体侧向设有usb连接器(14)。 9.一种核工业的作业态势感知系统，其特征在于：该系统包括分布式信息节点与中心控制节点，所述分布式信息节点包括一种核工业的作业态势感知装置，该装置通过传感器探测当前环境数据，并通过无线网络回传至中心控制节点，所述中心控制节点实时分析传感器回传的环境数据，通过大数据判断提取环境数据中的安全风险点后，将安全风险点数据对应到实时地图，形成风险热点图，当携带感知装置的工作人员向风险热点行进时，感知装置会对工作人员进行实时提醒，中心控制节点可以通过远程控制感知装置的摄像头进行观察现场情况。 10.根据权利要求9所述的一种核工业的作业态势感知系统，其特征在于：所述环境数据包括电场、危险气体、电离辐射场、温度信息。 11.根据权利要求9所述的一种核工业的作业态势感知系统，其特征在于：所述无线网络包括5G、LTE、WIFI。 12.一种核工业的作业态势感知方法，其特征在于：该方法包括以下操作步骤：步骤1：在核设施、门位置设置标牌，并在实时地图中对位置进行标定；步骤2：在感知装置的固定卡环(3)上设置UHF RFID读写器模块，所述UHF RFID读写器模块通过USB与主机相连；步骤3：UHF RFID读写器模块采集周边标牌的信号，取最强的3个信号采用基于时间差的TDOA方法计算感知装置的位置，并将位置信息回传至实时地图；步骤4：通过感知装置采集现场工作人员登高作业信息、安全帽佩戴与否、跌落信息、跌倒信息、剧烈撞击信息、心率血氧信息、电场信息、危险气体信息、电离辐射场信息、温度信息，并回传至中心控制节点，实现对工作人员的状态态势感知。 13.根据权利要求12所述的一种核工业的作业态势感知方法，其特征在在于：所述步骤 4包括以下步骤：步骤41：以步骤3的位置数据为基准定位，高度设定为N米，工作人员平均身高1.7米，核设施各层基准面是固定的，第i层基准高度为Mi米，当Mi+1>N>Mi时，N‑Mi>3.7则判定为高处作业；步骤42：通过安全帽内置光线传感器判断工作人员安全帽佩戴情况，若持续5秒没有遮挡即判断为脱帽； 2 步骤43：通过加速计判断工作人员跌倒和跌落情况，若加速度大于9.8m/s 则判定为工作人员跌倒和跌落； 2 步骤44：通过加速计判断工作人员受撞击情况，若水平或纵向加速度大于5m/s则判定为工作人员受到撞击；步骤45：通过骨传导耳机监测工作人员的心率与血氧情况；步骤46：通过气体传感器模块监测工作环境危险气体情况；步骤47：通过电离辐射传感器模块监测工作环境电离辐射情况；步骤48：通过红外热成像和摄像头模块(1)监测工作环境温度情况；步骤49：通过近电感应模块(2)监测工作环境电场情况；步骤50：步骤41‑步骤49按照每5秒检测一次的频率进行检测，并将数据回传至数据中心控制节点。
说明书全文	一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置技术领域 [0001] 本发明属于核工业作业现场态势感知技术领域，具体涉及一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置。背景技术 [0002] 随着核工业的不断发展，行业对风险管理在专业领域应用越来越重视，对包含风险管理、作业风险分析、安全风险态势感知等相关的技术需求迫切。在智慧核工业的演进过程中，对风险管理理念结合新一代信息技术在巡检、维修等专业领域发挥技防作用，降低管理措施的复杂性方面存在很大的业务需求。各核设施营运单位作业风险分析和现场风险管理的水平虽然在逐步提升，但很多情况下是在管理层面提出了更多要求，不断层层加码，这种只加不减的方法难以为继。通过新一代信息技术的引入，在作业过程中进行安全风险识别和态势感知，及时提示现场工作人员是一条必由之路。 [0003] 态势感知的概念最早在军事领域被提出，覆盖感知、理解和预测三个层次。态势感知是一种基于环境的、动态、整体地洞悉安全风险的能力，是以安全大数据为基础，从全局视角提升对安全威胁的发现识别、理解分析、响应处置能力的一种方式，最终是为了决策与行动，是安全能力的落地。 [0004] 常规核工业和核电厂对安全风险信息的感知主要依赖于三个方面的来源： [0005] 1)现场固定式检测辐射剂量和氢气的传感器。 [0006] 2)各种设备自带或管道安装的各种温度、压力、振动传感器。 [0007] 3)少数核设施利用摄像头对重要部位进行人工监控。 [0008] 这三个方面对于人员作业安全的态势感知作用有限。首先固定式传感器测点比较少，且相关的数据不能直接送达现场工作人员，无法发挥作用；其次，设备自带的传感器多用于工艺参数侦测，主控人员才能看到，现场工作人员无法了解，只能通过电话与主控沟通；最后，当前大部分摄像头都是安保用途，少量用于监控安全违章行为，而且对于视频监控，人工判读资源不足，人工智能判读错误较多，最重要的一点，相关信息未进行统计分析并向现场人员推送。发明内容 [0009] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置，通过智能穿戴设备作为移动的信息化节点，将现场的信息自动化采集传输到中心节点分析处理，形成安全风险态势感知全景图；同时根据动态的位置信息将各信息化节点周边相关的安全风险进行自动化推送，实现中心控制节点与现场人员不同层面的风险态势感知。 [0010] 为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种核工业的作业态势感知装置，该装置包括环状主体，所述环状主体用于搭载数据采集系统、计算单元、设备连接单元；所述数据采集系统包括红外热成像和摄像头模块、近电感应模块，所述红外热成像和摄像头模块置于环状主体前端，通过红外热成像实现感知温度，摄像头用于视频信息采集；所述近电感应模块设于环状主体前端内侧，用于对强电场进行电场判断；所述计算单元设于环状主体尾部，通过计算单元安装部与环状主体相连接；所述设备连接单元包括固定卡口，所述固定卡口设于环状主体侧向，实现将环状主体与安全帽相连接。 [0011] 所述环状主体侧向设有固定卡环以安装插接件。 [0012] 所述环状主体侧向设有交互旋钮。 [0013] 所述环状主体侧向设有双目眼镜安装螺孔和单目眼镜安装螺孔，所述双目眼镜安装螺孔用于安装双目眼镜，所述双目眼镜通过双目支架伸缩机构、双目支架转轴、双目支架连接轴依次依次连接至双目眼镜安装螺孔；所述单目眼镜安装螺孔用于安装单目眼镜。 [0014] 所述插接件包括气体传感器模块、电离辐射传感器模块、骨传导耳机。 [0015] 所述单目眼镜与双目眼镜通过眼镜连接器实现与计算单元的线缆连接。 [0016] 所述环状主体侧向设有串口连接器。 [0017] 所述环状主体侧向设有usb连接器。 [0018] 一种核工业的作业态势感知系统，该系统包括分布式信息节点与中心控制节点，所述分布式信息节点包括一种核工业的作业态势感知装置，该装置通过传感器探测当前环境数据，并通过无线网络回传至中心控制节点，所述中心控制节点实时分析传感器回传的环境数据，通过大数据判断提取环境数据中的安全风险点后，将安全风险点数据对应到实时地图，形成风险热点图，当携带感知装置的工作人员向风险热点行进时，感知装置会对工作人员进行实时提醒，中心控制节点可以通过远程控制感知装置的摄像头进行观察现场情况。 [0019] 所述环境数据包括电场、危险气体、电离辐射场、温度信息。 [0020] 所述无线网络包括5G、LTE、WIFI。 [0021] 一种核工业的作业态势感知方法，该方法包括以下操作步骤： [0022] 步骤1：在核设施、门位置设置标牌，并在实时地图中对位置进行标定； [0023] 步骤2：在感知装置的固定卡环上设置UHF RFID读写器模块，所述UHF RFID读写器模块通过USB与主机相连； [0024] 步骤3：UHF RFID读写器模块采集周边标牌的信号，取最强的3个信号采用基于时间差的TDOA方法计算感知装置的位置，并将位置信息回传至实时地图； [0025] 步骤4：通过感知装置采集现场工作人员登高作业信息、安全帽佩戴与否、跌落信息、跌倒信息、剧烈撞击信息、心率血氧信息、电场信息、危险气体信息、电离辐射场信息、温度信息，并回传至中心控制节点，实现对工作人员的状态态势感知。 [0026] 所述步骤4包括以下步骤： [0027] 步骤41：以步骤3的位置数据为基准定位，高度设定为N米，工作人员平均身高1.7米，核设施各层基准面是固定的，第i层基准高度为Mi米，当Mi+1>N>Mi时，N‑Mi>3.7则判定为高处作业； [0028] 步骤42：通过安全帽内置光线传感器判断工作人员安全帽佩戴情况，若持续5秒没有遮挡即判断为脱帽； [0029] 步骤43：通过加速计判断工作人员跌倒和跌落情况，若加速度大于9.8m/s2则判定为工作人员跌倒和跌落； [0030] 步骤44：通过加速计判断工作人员受撞击情况，若水平或纵向加速度大于5m/s2则判定为工作人员受到撞击； [0031] 步骤45：通过骨传导耳机监测工作人员的心率与血氧情况； [0032] 步骤46：通过气体传感器模块监测工作环境危险气体情况； [0033] 步骤47：通过电离辐射传感器模块监测工作环境电离辐射情况； [0034] 步骤48：通过红外热成像和摄像头模块监测工作环境温度情况； [0035] 步骤49：通过近电感应模块监测工作环境电场情况； [0036] 步骤50：步骤41‑步骤49按照每5秒检测一次的频率进行检测，并将数据回传至数据中心控制节点。 [0037] 本发明的显著效果在于：本发明所述的一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置，通过定位及环境数据监测，形成对工作人员的态势感知，从而避免工作人员未经许可超出工作边界、走错工作场景、作业过程缺少监护、人因失误等问题，避免因此造成的经济损失，提升工作效率。附图说明 [0038] 图1为：本发明所述的一种核工业的作业态势感知装置装配到安全帽上的结构示意图； [0039] 图2为：本发明所述的一种核工业的作业态势感知装置装配双目眼镜后的结构示意图； [0040] 图3为：本发明所述的一种核工业的作业态势感知系统示意图； [0041] 图4为：本发明所述的一种核工业的作业态势感知方法中步骤3中位置计算方式示意图； [0042] 图中：1、红外热成像和摄像头模块；2、近电感应模块；3、固定卡环；4、双目眼镜安装螺孔；5、交互旋钮；6、单目眼镜安装螺孔；7、计算单元安装部；8、固定卡口；9、双目支架伸缩机构；10、双目支架转轴；11、双目支架连接轴；12、计算单元；13、串口连接器；14、usb连接器；15、眼镜连接器；16、单目眼镜；17、双目眼镜。具体实施方式 [0043] 下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。 [0044] 在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0045] 在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。 [0046] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0047] 如图1‑2所示，一种核工业的作业态势感知装置，该装置包括环状主体、数据采集系统、计算单元12、设备连接单元； [0048] 所述环状主体用于搭载数据采集系统、计算单元12、设备连接单元， [0049] 其中，所述数据采集系统包括红外热成像和摄像头模块1、近电感应模块2，所述红外热成像和摄像头模块1置于环状主体前端，通过红外热成像实现感知温度，摄像头用于视频信息采集；所述近电感应模块2设于环状主体前端内侧，用于对强电场进行电场判断，所述近电感应模块2可以根据工作场景切换不同的档位，所述档位包括220V、10KV、35KV、110KV、220KV； [0050] 所述计算单元12设于环状主体尾部，通过计算单元安装部7与环状主体相连接，是装置的信息处理中枢；所述计算单元12内置加速计，实现监测人员跌落、跌倒、撞击情况； [0051] 所述设备连接单元设于环状主体侧向，实现将环状主体与防护穿戴设施相连接，作为一种实施例，所述设备连接单元为固定卡口8，通过所述固定卡口8实现环状主体与安全帽的连接；所述安全帽内置光线传感器，通过光线传感器判断安全帽的佩戴和脱帽情况； [0052] 作为一种实施例，所述环状主体侧向设有数据采集拓展坞，以实现安装插接件；作为一种实施例，所述环状主体侧向设有固定卡环3以安装插接件；作为一种实施例，所述插接件包括气体传感器模块、电离辐射传感器模块，所述气体传感器模块用于采集危险气体信息，所述电离辐射传感器模块用于采集电离辐射信息； [0053] 作为一种实施例，所述插接件包括骨传导耳机，所述骨传导耳机数据处理部分置于固定卡环3上，耳机部分挂设于工作人员耳上，所述耳机部分设有心率与血氧传感器，以实时采集工作人员心率与血氧数据； [0054] 作为一种实施例，所述环状主体侧向设有交互旋钮5，通过交互旋钮5实现对数据采集系统与插接件的控制； [0055] 作为一种实施例，所述环状主体侧向设有双目眼镜安装螺孔4和单目眼镜安装螺孔6，所述双目眼镜安装螺孔4用于安装双目眼镜17，所述双目眼镜17通过双目支架伸缩机构9、双目支架转轴10、双目支架连接轴11依次依次连接至双目眼镜安装螺孔4，所述双目支架伸缩机构9用于连接双目眼镜17，使双目眼镜17能够进行伸缩调整到合适的位置；所述双目支架转轴10用于连接双目眼镜伸缩机构9，使得双目眼镜17能够旋转到合适的位置；所述双目支架连接轴11用于连接整个双目眼镜支架到环状主体上进行固定，并能进行旋转；所述单目眼镜安装螺孔6用于安装单目眼镜16；所述单目眼镜16与双目眼镜17通过眼镜连接器15实现与计算单元12的线缆连接； [0056] 作为一种实施例，所述环状主体侧向设有串口连接器13，通过所述串口连接器13实现串口插接件与计算单元12的连接； [0057] 作为一种实施例，所述环状主体侧向设有usb连接器14，通过所述usb连接器14实现usb插接件与计算单元12的连接； [0058] 如图3所示，一种核工业的作业态势感知系统，该系统包括分布式信息节点与中心控制节点，所述分布式信息节点包括一种核工业的作业态势感知装置，该装置通过传感器探测当前环境数据，并通过无线网络回传至中心控制节点，所述中心控制节点实时分析传感器回传的环境数据，通过大数据判断提取环境数据中的安全风险点后，将安全风险点数据对应到实时地图，形成风险热点图，当携带感知装置的工作人员向风险热点行进时，感知装置会对工作人员进行实时提醒，中心控制节点可以通过远程控制感知装置的摄像头进行观察现场情况； [0059] 作为一种实施例，所述环境数据包括电场、危险气体、电离辐射场、温度信息； [0060] 作为一种实施例，所述无线网络包括5G、LTE、WIFI； [0061] 一种核工业的作业态势感知方法，该方法包括以下操作步骤： [0062] 步骤1：在核设施、门位置设置标牌，并在实时地图中对位置进行标定； [0063] 作为一种实施例，所述标牌为UHF超高频RFID； [0064] 步骤2：在感知装置的固定卡环3上设置UHF RFID读写器模块，所述UHF RFID读写器模块通过USB与主机相连； [0065] 步骤3：UHF RFID读写器模块采集周边标牌的信号，取最强的3个信号采用基于时间差的TDOA方法计算感知装置的位置，并将位置信息回传至实时地图；位置计算方式如图4所示； [0066] 步骤4：通过感知装置采集现场工作人员登高作业信息、安全帽佩戴与否、跌落信息、跌倒信息、剧烈撞击信息、心率血氧信息、电场信息、危险气体信息、电离辐射场信息、温度信息，并回传至中心控制节点，实现对工作人员的状态态势感知； [0067] 步骤41：以步骤3的位置数据为基准定位，高度设定为N米，工作人员平均身高1.7米，核设施各层基准面是固定的，第i层基准高度为Mi米，当Mi+1>N>Mi时，N‑Mi>3.7则判定为高处作业； [0068] 步骤42：通过安全帽内置光线传感器判断工作人员安全帽佩戴情况，若持续5秒没有遮挡即判断为脱帽； [0069] 步骤43：通过加速计判断工作人员跌倒和跌落情况，若加速度大于9.8m/s2则判定为工作人员跌倒和跌落； [0070] 步骤44：通过加速计判断工作人员受撞击情况，若水平或纵向加速度大于5m/s2则判定为工作人员受到撞击； [0071] 步骤45：通过骨传导耳机监测工作人员的心率与血氧情况； [0072] 步骤46：通过气体传感器模块监测工作环境危险气体情况； [0073] 步骤47：通过电离辐射传感器模块监测工作环境电离辐射情况； [0074] 步骤48：通过红外热成像和摄像头模块1监测工作环境温度情况； [0075] 步骤49：通过近电感应模块2监测工作环境电场情况； [0076] 步骤50：步骤41‑步骤49按照每5秒检测一次的频率进行检测，并将数据回传至数据中心控制节点。 [0077] 通过本所述的一种核工业的作业态势感知方法、系统和装置，应用在核工业可以避免以下失误：1)未经许可或超出工作边界；2)走错间隔；3)现场作业过程缺少监护/监督；4)运行风险识别不足，缺少风险提醒或警示；5)未有效确认设备状态；6)防人因失误工具使用失效；7)信息沟通或传递失效；8)未严格执行规程步骤，存在漏步或跳步。 [0078] 这些失误可以导致安全事故或停机停堆，造成经济损失。以某电厂2019年由于无法实时监视系统母管压力，仅能电话和主控联系导致的停堆事件为例，这一非停可以通过使用智能头盔看到实时系统母管压力，避免阀门开快导致的后果。仅此即可带来几百万元的益处。其他人员效率提升，各种安全事件发生率降低，也可以带来难以估计的经济效益。此外，通过采集的积累的大量工作视频和劳动大数据能够进行深入分析，优化工作流程，沉淀知识，整体提高核电厂工作效率。 [0079] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。