CN105701964A - 用于危险环境的动态虚拟围栏 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于危险环境的动态虚拟围栏，更具体地涉及一种用于自动地生成危险环境中的动态虚拟围栏（314、316、318）的方法和系统。该方法包括检测与危险环境中的现场物体（302、308、310）相关的潜在危险。该方法还包括基于与现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的值而确定潜在危险的风险因数的值及动态虚拟围栏的面积和形状。此外，该法该包括基于所确定的面积和形状及风险因数的值而自动地将在现场物体（302、308、310）的位置周围的动态虚拟围栏（314、316、318）显示于危险环境的地图（300）上，使得动态虚拟围栏（314、316、318）代表危险环境中的危险区域。

Description

用于危险环境的动态虚拟围栏
技术领域
本发明一般地涉及用于危险环境的围栏的领域，更具体地涉及用于危险环境的动态虚拟围栏。
背景技术
危险是对生命、财产和环境造成一定程度的威胁的情况。大部分的危险是隐匿的或潜在的理论的危害风险。然而，一旦危险变为活跃，它会导致紧急情况。危险会出现在制造车间、采矿环境和加工车间。其中危险易于出现的环境被称为“危险环境”。例如，危险可以产生于危险环境中的现场物体，诸如锅炉、炉子、X射线装置、矿山边坡、车辆、有毒烟雾和有毒物质。在危险环境中，可存在当危险出现时有可能受到影响的多个范围或区域。这些范围或区域被称作危险区域。通常，基于来自会出现的危险的风险严重度，而手动地限定危险环境中的危险区域。
始终期望存在于危险环境中的人员和其它财产（诸如移动的机器人或现场物体）远离危险环境中的危险区域。为了确保在危险环境中的安全，通常利用围栏将各危险区域防护起来。包括危险区域的围栏可以是由塑料、金属、或木材、激光幕等所构成的实体围栏。这些类型的围栏是静止的，即，在一个时间段内面积和形状保持恒定。在危险环境中，潜在危险的严重程度随着现场物体的实时运行参数值的变化而实时地变化。例如，当锅炉不在运行时危险的严重程度较低或者为零。在这种情况下，无需限定危险区域或者覆盖这种危险区域的围栏。然而，当锅炉正在运行并且锅炉中水蒸气的温度和压力较高时，危险的严重程度较高。在这种情况下，需要限定危险区域及覆盖危险区域的围栏。
目前，假设危险的严重程度并且在这种危险区域的周围建立静止的围栏，而手动地限定危险区域。实时地，危险区域的面积可大于围栏的面积。另外，在不手动地限定危险区域的危险环境中存在许多范围。当危险变得活跃时这会导致对危险环境中的财产和人员生命的损害，因为危险区域是手动地限定并且围栏是静止的。
鉴于上述情况，需要自动地实时生成危险环境中的围栏。
因此，本发明的目的是基于现场物体的实时运行参数的值而自动地生成危险环境中的动态虚拟围栏。
发明内容
本发明的目的是利用自动地生成用于危险环境的动态虚拟围栏的方法而实现。该方法包括检测与危险环境中的至少一个现场物体相关的潜在危险。危险环境是易于出现由于高压、高温、高电压、高位、有毒烟雾、重物体的移动、危险材料等所引起的危险的环境，诸如制造车间、加工车间、矿山等。危险环境包括是危险的起因的多个现场物体。现场物体可以是可移动的现场物体（诸如高架起重机、运输车辆、机器人等）、或者不可移动的现场物体（诸如机床、锅炉、炉子、堆料场、控制室、变电站等）。危险会出现的概率取决于会出现危险的现场物体的运行状态。根据本发明，所述方法包括：确定至少一个现场物体的运行状态和基于现场物体的运行状态而确定与现场物体相关的潜在危险。例如，如果现场物体（诸如锅炉）被关闭，存在较低的发生由于锅炉所造成危险的概率。然而，如果锅炉正在运行，那么存在较高的由于锅炉所造成危险的功率。因此，可以基于锅炉的运行状态而检测由于锅炉所造成潜在危险的可能性。
所述方法还包括基于与现场物体相关的实时运行参数的值而确定与现场物体相关的潜在危险的风险因数的值。各现场物体留存与现场物体相关的实时运行参数的值。基于实时运行参数的值，而确定潜在危险的风险因数的值。实时运行参数包括温度、压力、高度、速度、速率、负荷等。风险因数是与潜在危险相关的危险的影响的量。该影响的量和与现场物体相关的实时运行参数的值是直接地相关。例如，如果锅炉的水蒸气的温度升高，那么与潜在危险相关的影响的量也会是严重的。
此外，所述方法包括基于实时运行参数的值而确定现场物体的动态虚拟围栏的面积和形状。动态虚拟围栏限定危险环境中的危险区域。危险区域的面积和形状取决于与现场物体相关的实时运行参数的值。因此，利用实时运行参数的值而确定动态虚拟围栏的面积和形状。然后，所述方法包括基于该面积和形状及风险因数的值而自动地在危险环境的地图上显示现场物体的位置周围的动态虚拟围栏。例如，该地图可以是二维地图或者三维地图。以这种方式，利用动态虚拟围栏而准确地限定危险环境中的危险区域。有利地，动态虚拟围栏确保危险环境中的人员和其它财产远离潜在危险的安全性。
其中，所述方法包括基于与现场物体相关的设备识别码而确定现场物体的类型。例如，现场物体的类型可以是不可移动的现场物体或者可移动的现场物体。与现场物体相关的设备识别码和现场物体的相应类型的列表被保持。因此，利用该列表，确定与设备识别码相对应的现场物体的类型。所述方法还包括从查找表数据库中获得与现场物体的类型相对应的查找表。查找表指示出运行参数的多个阈值范围、潜在危险的风险因数的相应值和动态虚拟围栏的相应的面积和形状。此外，所述方法包括从运行参数的多个阈值范围在查找表中确定实时运行参数的值落入其中的阈值范围。
其中，所述方法包括利用查找表而确定与所确定的阈值范围相对应的潜在危险的风险因数的值。
其中，在确定动态虚拟围栏的面积和形状中，所述方法包括利用查找表而确定与所确定的阈值范围相对应的动态虚拟围栏的面积和形状。
其中，所述方法包括确定与现场物体相关的实时运行参数的值的变化。所述方法还包括基于实时运行参数的值而确定与现场物体相关的潜在危险的风险因数的值。所述方法包括基于实时运行参数的值而确定动态虚拟围栏的面积和形状。此外，所述方法包括根据所确定的形状和面积和风险因数的值而动态地调整显示于危险环境的地图上的动态虚拟围栏。因此，当实时运行参数的值变化时，即刻地动态地改变地图上的动态虚拟围栏。有利地，基于实时运行参数的值的变化而自动地限定由动态虚拟围栏所显示的危险区域。
其中，所述方法包括连续地监测人员在危险环境中的位置。该方法还包括基于人员相对于动态虚拟围栏的位置而确定任何人员是否正在进入动态虚拟围栏。此外，所述方法包括基于人员相对于动态虚拟围栏的位置而确定任何人员是否位于动态虚拟围栏的内部。此外，所述方法包括基于该确定将警告信号发送至任何人员的移动装置。因此，警告信号使人员远离危险区域。有利地，确保在危险环境中的人员的安全。
本发明的目的也可通过提供一种如下装置而实现，该装置括处理器和储存器，该存储器联接到该处理器并且包括以指令的形式而存储且可由处理器执行的围栏生成模块。围栏生成模块能够检测与危险环境中的至少一个现场物体相关的潜在危险。围栏生成模块也能够基于与现场物体相关的实时运行参数的值而确定与现场物体相关的潜在危险的风险因数的值。风险因数表示潜在危险的影响的量。此外，围栏生成模块能够基于实时运行参数的值而确定用于现场物体的动态虚拟围栏的面积和形状。动态虚拟围栏代表危险环境中的危险区域。此外，，围栏生成模块能够基于动态虚拟围栏的面积和形状及风险因数的值而自动地在危险环境地图上显示现场物体的位置周围的动态虚拟围栏。
此外，围栏生成模块能够确定实时运行参数的值的变化。围栏生成模块还能够确定与现场物体相关的潜在危险的风险因数的新值。然后，围栏生成模块能够根据变化的实时运行参数的值而确定动态虚拟围栏的面积和形状。此外，围栏生成模块能够根据所确定的形状和面积和风险因数的新值而动态地调整显示于危险环境的地图上的动态虚拟围栏。
其中，存储器还包括风险确定模块，该模块能够连续地监测人员在危险环境中的位置。
其中，风险确定模块能够基于人员相对于动态虚拟围栏的位置而确定任何人员是否正在进入动态虚拟围栏。
其中，风险确定模块能够基于人员相对于动态虚拟围栏的位置而确定任何人员是否位于动态虚拟围栏内部。
其中，存储器括通知模块，该模块能够基于上述确定将警告信号发送至所述任何人员的移动装置。
装置可以是经由网络连接到多个现场物体和人员的多个移动装置的服务器计算机。
附图说明
现在将参考本发明的附图来描述本发明的上述特征和其它特征。图解说明的实施例意图是说明本发明，但并不限制本发明。
在下文中参考附图中所示的图解说明的实施例进一步描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的布置在危险环境中的动态虚拟围栏系统的方框图。
图2A是图示说明根据本发明一个实施例的自动地生成与危险环境中的现场物体相关的动态虚拟围栏的示例性步骤的流程图；
图2B是图示说明根据本发明一个实施例的当人员正在进入危险环境中的（一个或多个）动态虚拟围栏时通知危险环境中的人员的示例性步骤的流程图；
图2C是图示说明根据本发明一个实施例的当人员位于危险环境中的（一个或多个）动态虚拟围栏内部时向危险环境中的人员报警的示例性步骤的流程图；
图3A至图3C示出了根据本发明一个实施例的危险环境的地图的示意图。
具体实施方式
参照附图来描述各种实施例，在全部的附图中类似的附图标记是用于指代类似的元件。在以下的描述中，为了说明的目的，陈述了许多具体细节从而提供对一个或多个实施例的详尽理解。显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实施上述实施例。
图1示出了根据本发明一个实施例的布置在危险环境中的动态虚拟围栏系统100的方框图。危险环境可以是工业环境，诸如制造车间、采矿环境，或者与由危险所造成风险有关联的任何其它环境。动态虚拟围栏系统100包括：服务器102、布置在危险环境中的多个现场物体118A-N和与危险环境中的人员相关的多个移动装置124A-N。现场物体118A-N和移动装置124A-N经由网络116与服务器102进行通信联系。
本文中的服务器102表示单个服务器计算机、或者联合地执行功能的一组服务器计算机。服务器102包括：处理器104、存储器106、存储单元107和通信模块108。本文中使用的处理器104表示任何类型的计算电路，例如但不限于微处理器、微控制器、复杂指令集运算微处理器、精简指令集运算微处理器、超长指令字微处理器、显式并行指令计算微处理器、图形处理器、数字信号处理器，或者任何其它类型的处理电路。处理器104也可包括嵌入式控制器，诸如通用或可编程逻辑器件或逻辑阵列、专用集成电路、单片计算机等。
存储器106可以是易失性存储器和非易失性存储器。多种计算机可读存储介质可以存放存储器106并且从存储器106中获取。存储器106可包括用于存储数据和机器可读指令的任何合适的元件，诸如只读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、硬盘驱动器、用于处理光盘的可移动介质驱动器、数字视频盘、软磁盘、磁带盒、存储卡等。存储器106包括：围栏生成模块110、风险确定模块112和通知模块114。围栏生成模块110、风险确定模块112和通知模块114可以机器可读指令的形式存储与存储器106中并且可由处理器104执行。这些机器可读指令当由处理器104执行时导致处理器104自动地生成在危险环境的地图上的动态虚拟围栏，并且如果任何人员正在进入动态虚拟围栏或者位于动态虚拟围栏内部时在移动装置124A-N上提供通知。存储单元107包括非易失性存储器，该非易失性存储器中存储各种数据库，诸如参数数据库130、位置数据库132、查找表数据库134和围栏信息数据库136。通信模块108使服务器102能够经由网络116与现场物体118A-N和移动装置124A-N进行通信联系。例如，通信模块108能够接收来自现场物体118A-N和移动装置124A-N的消息或者向它们发送消息。通信模块108可支持不同的标准通信协议，诸如传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）、Profinet、现场总线（Profibus）和互联网协议版本4（IPv4）。
现场物体118A-N包括位于危险环境中的不可移动物体或者可移动物体。不可移动物体包括永久地或暂时地被固定到基座或地面的设备。例如，不可移动物体可包括锅炉、泵、炉子、机床、服务器机房等。可移动物体包括从一个点移动到另一个点的物体。例如，可移动物体可包括运输车辆、爬行器、机器人等。通常，现场物体118A-N装备有一个或多个传感器120A-N和可编程逻辑控制器（PLC）122A-N。传感器120A-N构造成感测与各个现场物体118A-N相关的各种实时运行参数，诸如温度、压力、速度、方向、每分钟转数、位置等。可编程逻辑控制器122A-N构造成对由传感器120A-N所感测的实时运行参数的值进行处理并且经由网络116上与服务器102传送实时运行参数的值。应当指出的是，每个现场物体118A-N无需包括连接到各个传感器120A-N的专用PLC。在这种情况下，一个或多个PLC可连接到传感器120A-N，以便对从传感器120A-N所接收的实时运行参数的值进行处理。
移动装置124A-N可以是智能手机、平板电脑、手持式自动装置、穿戴式装置等。移动装置124A-N包括定位模块126A-N和演示模块128A-N。定位模块126A-N可以是能够确定移动装置124A-N的位置的全球定位系统（GPS）接收器或者室内定位模块。各个移动装置124A-N的位置指示人员所携带移动装置124A-N的位置。演示模块128A-N可以是显示单元，该显示单元能够演示显示与各个现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏连同各个人员的位置的危险环境的地图。另外，演示模块128A-N能够显示从服务器102接收的警告信号，尤其是当携带移动装置124A-N的人员正在进入（一个或多个）动态虚拟围栏时。尽管在图1中未示出，但每个移动装置124A-N可包括用于执行各种功能（诸如对位置坐标、从服务器102所接收的消息等进行处理）的处理器。此外，，每个移动装置124A-N可包括：用于存储可由处理器所执行的机器可读指令的存储器和用于与服务器102进行通信联系的通信模块。
在一个示例性运行中，在各个现场物体118A-N中的传感器120A-N测量与现场物体相关的实时运行参数的值118A-N。PLC122A-N将实时运行参数的值以及各个现场物体118A-N的位置信息和设备识别码传送至服务器102。在一个实施例中，PLC122A-N即刻地将各个现场物体118A-N的实时运行参数的值传送至服务器102。例如，如果锅炉中水蒸气的温度变化被记录，与锅炉相关的PLC即刻地将水蒸气温度的记录值发送至服务器102。在另一个实施例中，服务器102连续地发送请求以便将现场物体118A-N的实时运行参数的值提供至各个PLC122A-N。因此，各个PLC122A-N将实时运行参数的值发送至服务器102。PLC122A-N可发送数据包的预定数据域中的一组参数。例如，在基于Profinet的通信的情况下，PLC122A-N基于Profinet协议而以数据包的格式传送这组参数。
通信模块108从各个现场物体118A-N的PLC122A-N中接收实时运行参数的值以及位置信息和设备识别码。通信模块108将实时运行参数的值存储于参数数据库130中。另外，通信模块108将位置信息存储于位置数据库132中。
围栏生成模块110导致处理器104基于设备识别码而确定现场物体的类型。例如，实时运行参数可将危险环境中的一种类型的现场物体与另一种类型的现场物体加以区别。基于可以由特定的现场物体所引起的危险的严重程度、现场物体的类别（诸如不可移动或可移动）、运行的性质等来决定现场物体的类型。将包括现场物体118A-N的设备识别码和现场物体的相应类型的列表维护在服务器102中。处理器104可访问该列表并且利用与现场物体118A-N相关的设备识别码来确定与实时运行参数相关的现场物体的类型。
围栏生成模块110导致处理器104确定各个现场物体118A-N的运行状态并且基于该运行状态而检测与各个现场物体118A-N相关的潜在危险。例如，处理器104基于现场物体的实时运行参数的值而确定现场物体正在运行。例如，如果现场物体处于运行状态，处理器104检测与现场物体相关的危险的可能性。相反，如果现场物体被关闭或者处于非运行状态，则不检测到危险的可能性。
围栏生成模块110导致处理器104基于现场物体的类型从查找表数据库134中访问适当的查找表。查找表数据库134包括与不同类型现场物体相对应的多个查找表。应当指出的是，也可以基于危险的严重程度、运行参数、位置等对查找表进行分类。查找表包括运行参数的阈值范围、可以由所述类型的现场物体所导致危险的风险因数的相应值及动态虚拟围栏的形状和面积。危险的风险因数是可以由与特定类型现场物体相关的危险所导致的影响的量的指标。例如，以如下方式来计算用于与各类型现场物体相关的运行参数的标准阈值范围的危险的风险因数（RF，RiskFactor，或风险因素）：
RF=W1*P1+W2*P2+…+Wn*Pn
其中，P1、P2、…、Pn是运行参数的标准值，W1、W2、…、Wn是为运行参数所限定的权重。应当指出的是，用于相应运行参数的权重的值可随着相应运行参数的值的增加而指数地变化。可替代地，无论运行参数的值是否变化，权重的值可保持恒定。风险因数（RF）的值可在0至N的范围内，其中N为正整数。在一个示例性实施例中，风险因数值“0”表示存在由特定现场物体所造成的低风险或无风险的危险，而风险因数值“5”表示高于风险因数值“0”的危险的风险。危险的风险因数可随着与现场物体相关的实时运行参数的值的变化而变化。例如，如果锅炉的温度和压力较低，那么危险的风险因数较低。然而，如果锅炉的温度和压力逐渐地升高，危险的风险因数增大，因为潜在危险的风险更大。一种类型的现场物体与另一种类型的现场物体相比，危险的风险因数可发生变化。例如，由于在危险环境中徘徊的移动机器人的速度增加所造成的危险的风险比由于传送带的速度增加所造成的危险的风险更加严重。因此，将与不同类型现场物体的阈值范围相对应的风险因数的值维护在查找数据库134中的不同查找表中。例如，用于锅炉的查找表可包括三个温度的阈值范围，亦即30-250℃、300-700℃、700-800℃和800℃和以上及相应的严重程度指标值，亦即“1”、“2”、“3”和“4”。
围栏生成模块110导致处理器104在查找表中确定其中实时运行参数的值所落入的阈值范围。此外，围栏生成模块110导致处理器104利用用于每个现场物体118A-N的查找表而确定与所确定的阈值范围相对应的危险的风险因数的值。
然后，围栏生成模块110导致处理器104基于与各个现场物体118A-N相关的实时运行参数的值而确定与各个现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏的形状和面积。例如，查找表也可包括预定的动态虚拟围栏的形状和面积及运行参数的相应的阈值范围。此后，围栏生成模块110导致处理器104利用查找表确定与所确定的阈值范围相应的动态虚拟围栏的形状和面积。动态虚拟的形状可以是规则的，诸如圆形、矩形、六边形、椭圆形、椭圆形等，或者是不规则的形状。对于不同的阈值范围，可以预先确定动态虚拟围栏的形状。该形状取决于其中当危险出现时将会感觉到危险影响的面积。例如，基于以下方程式来计算动态虚拟围栏的面积并将其保存在查找表中：
面积=（w1*P1+w2*P2+w3*P3+……+wn*Pn）+C
其中，P1、P2、P3、…、Pn是运行参数的标准值；w1、w2、w3、…、wn分别是与运行参数P1、P2、P3、…、Pn的相对应的权重；C是常数并且C的值表示动态虚拟围栏的最小面积。
围栏生成模块110导致处理器104经由通信模块108将与动态虚拟围栏相关的信息提供给移动装置124A-N。例如，与动态虚拟围栏相关的信息包括现场物体118A-N的位置、与现场物体118A-N相关的设备识别码、与现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏的形状和面积、潜在危险的风险因数等。在一个示例性实施例中，处理器104可将与动态虚拟围栏相关的信息以JavaScript对象表示法（JSON）数据包的形式经由基于传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）的网络发送至移动装置124A-N。应当指出的是，JSON数据包的格式在本领域是众所周知的。应当理解的是，处理器104可采用在本领域众所周知的且由移动装置124A-N所主持的任何其它消息格式传送与动态虚拟围栏相关的信息。
此外，围栏生成模块110导致处理器104将与每个现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏的信息保存在围栏信息数据库136中。
每个移动装置124A-N将在各个现场物体118A-N的位置周围的动态虚拟围栏显示于危险环境的地图上。该危险环境的地图是以数字形式显示现场物体118A-N、携带移动装置124A-N的人员、路径、紧急进入和离开的点等的危险环境的图示。在一个示例性实施例中，地图可以是三维（3D）危险环境的地图。在另一个示例性实施例中，地图可以是二维（2D）地图。动态虚拟围栏是包括可以导致危险的现场物体的地图中的范围，并且代表危险环境中的危险区域。各个移动装置124A-N中的演示模块128A-N基于从服务器102所接收的信息而将在各个现场物体118A-N的位置周围的动态虚拟围栏演示于危险环境的地图上。在一个示例性实施例中，可基于潜在危险的风险因数的值对动态虚拟围栏进行分类。例如，如果风险因数较高，可将演示于地图上的动态虚拟围栏标示为红色。类似地，如果风险因数较低，可将演示于地图上的动态虚拟围栏标示为绿色。以这种方式，基于实时测量的运行参数的值而自动地生成动态虚拟围栏。因此，动态虚拟围栏有助于阻止危险环境中人员进入由动态虚拟围栏所限定的危险区域。
在危险环境中，现场物体118A-N的实时运行参数的值在一个时间段内发生变化。每当服务器102接收到运行参数的值，围栏生成模块110导致处理器104对与现场物体118A-N相关的运行参数的值进行评估。在处理器104确定存在运行参数的值的变化的情况下，围栏生成模块110导致处理器104利用相关的查找表而确定与变化的实时运行参数的值相对应的风险因数。另外，围栏生成模块110导致处理器104基于变化的实时运行参数的值而确定与各个现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏的新的形状和面积。因此，围栏生成模块110导致处理器104动态地基于动态虚拟围栏的新的形状和面积而调整动态虚拟围栏。在一个示例性实施例中，围栏生成模块110导致处理器104将动态虚拟围栏的新的面积和形状及潜在危险的风险因数的新值发送至移动装置124A-N。每个移动装置124A-N根据危险环境地图上的新形状和面积及风险因数而显示动态虚拟围栏。例如，基于新的形状和面积而自动地调整在危险环境地图上的动态虚拟围栏。另外，基于潜在危险的风险因数的变化值而改变动态虚拟围栏的颜色。以这种方式，可以响应于实时运行参数的值的变化而动态地改变动态虚拟围栏。
在上述运行期间，定位模块126A-N连续地将与人员相关的各个移动装置124A-N的位置信息发送至服务器102。通信模块108将各个移动装置124A-N的位置信息保存在位置数据库132中。风险确定模块112导致处理器104监测与人员相关的移动装置124A-N的位置。然后，风险确定模块112基于该位置信息而确定携带移动装置124A-N的任何人员是否正在进入与危险环境中的任何现场物体118A-N相关的动态虚拟围栏。如果确定任何人员正在进入动态虚拟围栏，那么通知模块114导致出理器104生成提示所述任何人员正在进入动态虚拟围栏的警告信号。通信模块108将该警告信号发送至各个移动装置124A-N。因此，各个移动装置124A-N基于警告信号向该人员报警。在一个实施例中，各个移动装置124A-N可生成振动信号从而向人员发出有关于（一个或多个）动态虚拟围栏的报警。在另一个实施例中，各个移动装置124A-N可生成报警声从而向该人员报警。在又一个实施例中，各个移动装置124A-N可显示报警消息从而向该人员报警。
在一些实施例中，每个移动装置124A-N跟踪各人员的位置并且利用动态虚拟围栏的信息确定各人员是否正在进入动态虚拟围栏。基于该确定，所述每个移动装置124A-N向各个人员发出有关于由动态虚拟围栏所显示的危险区域的报警。在这些实施例中，服务器102无需将警告信号发送至移动装置124A-N。
根据前面的描述，当与现场物体118A-N相关的（一个或多个）动态虚拟围栏的面积和形状变化时，风险确定模块确定任何人员是否位于其面积和形状已发生变化的（一个或多个）动态虚拟围栏的内部。如果任何人员位于（一个或多个）动态虚拟围栏的内部，通知模块114导致处理器104生成警告信号并将该警告信号发送至各自的移动装置124A-N。警告信号可指示该人员位于与现场物体相关的（一个或多个）动态虚拟围栏的内部。警告信号可包括与（一个或多个）动态虚拟围栏相关的识别码、人员的位置和与现场物体相关的设备识别码。因此，各个移动装置124A-N向该人员报警使其离开（一个或多个）动态虚拟围栏。另外，通知模块114导致处理器104将警告信号发送给危险环境中的应急救援队伍，以便该应急救援队可以营救位于危险区域中的人员。此外，应急救援队可以使其它现场物体从危险区域移动到危险环境中的安全位置。
当危险环境是无人的车间时，围栏生成模块110将与用于每个现场物体118A-N的动态虚拟围栏相关的信息发送至移动机器人。另外，当检测到任何移动机器人正在进入动态虚拟围栏或者位于动态虚拟围栏内部时，通知模块114将警告信号发送至移动机器人，使得移动机器人不冒险进入由动态虚拟围栏所代表的危险区域。
图2A是图示说明根据本发明一个实施例的自动地生成与危险环境中的现场物体118A相关的动态虚拟围栏的示例性步骤的流程图200。在步骤202，现场物体118A将一组参数发送至服务器102。例如，该组参数可包括：实时运行参数（诸如压力、温度、高度、速度、方向等）、与现场物体118A相关的位置信息和现场物体118A的设备识别码。在步骤203，服务器102基于设备识别码而确定与现场物体118A相关的类型。例如，现场物体的类型可以是不可移动的现场物体和可移动的现场物体。可替代地，现场物体的类型可包括锅炉、泵、炉子、重型车辆、轻型车辆、机器人、输送机等。另外，可基于运行的性质对现场物体进行分类。服务器102可维护不同类型的现场物体及属于各类型现场物体的现场物体的设备识别码。
在步骤204，服务器102基于现场物体118A的类型而检测潜在危险。例如，服务器102基于该类型现场物体118A的运行状态而检测潜在危险。在步骤206，服务器102从查找表数据库134中获得与所确定现场物体118A的类型相对应的查找表。查找表数据库134中保存了与不同类型现场物体相关的多个查找表。查找表包括运行参数的阈值范围、潜在危险的风险因数的相应值及（一个或多个）动态虚拟围栏的相应的面积和形状。
在步骤208，服务器102从所获得的查找表中确认和与现场物体相关的实时运行参数的值118A相对应的阈值范围。例如，服务器102确定其中实时运行参数的值所落入的阈值范围。在步骤210，服务器102利用查找表确定与所确认的阈值范围相对应的潜在危险的风险因数的值。在步骤212，服务器102确定和与所确认的阈值范围相对应的现场物体118A相关的动态虚拟围栏的面积和形状。该形状和面积取决于实时运行参数的值。
在步骤214，服务器102将与动态虚拟围栏相关的信息提供至移动装置124A-N。与动态虚拟围栏相关的信息可包括现场物体118A的位置、与现场物体118A相关的设备识别码、危险的风险因数的值及动态虚拟围栏的面积和形状。在步骤216，移动装置124A-N利用动态虚拟围栏的信息而将动态虚拟围栏演示于危险环境的地图上。演示于地图上的各动态虚拟围栏代表危险环境中的潜在危险区域。
现在对现场物体118A记录实时运行参数的值的变化进行描述。在步骤218，现场物体118A将包括所变化的实时运行参数的一组参数发送至服务器102。在步骤220，服务器102基于设备识别码而确定现场物体118A的类型。在步骤222，服务器102基于现场物体118A的类型从查找表数据库134中获得查找表。在步骤224，服务器102利用查找表基于现场物体118A的变化的实时运行参数值而确定与现场物体118A相关的潜在危险的风险因数的值。在步骤226，服务器102利用查找表基于变化的实时运行参数的值而计算现场物体118A的动态虚拟围栏的新的形状和面积。在步骤228，服务器102确定在一个时间段内动态虚拟围栏的形状和面积和/或潜在危险的风险因数的值是否已发生变化。如果尺寸和面积和/或风险因数的值未变化，那么步骤200进入步骤220。如果尺寸和面积和/或风险因数的值已发生变化，那么在步骤230服务器102将与动态虚拟围栏相关的信息提供至移动装置124A-N。该信息包括动态虚拟围栏的新的形状和面积、现场物体118A的位置、风险因数的新值和现场物体118A的设备识别码。在步骤232，移动装置124A-N基于新的形状和面积及风险因数的新值而动态地调整显示于危险环境的地图上的动态虚拟围栏。以这种方式，重复步骤218至步骤230，直到现场物体118A处于运行状态。因此，基于现场物体118A的实时运行参数的变化而动态地调整动态虚拟围栏。
图2B是图示说明根据本发明一个实施例的当人员正在进入危险环境中的（一个或多个）动态虚拟围栏时通知危险环境中的人员的示例性步骤的流程图250。在步骤252，现场物体118A发送一组参数，诸如实时运行参数的值、现场物体118A的位置、与现场物体118A相关的各设备识别码。在步骤254，服务器102基于设备识别码而确定现场物体118A的类型。在步骤256，服务器102基于现场物体118A的类型而从查找表数据库134中获得查找表。
在步骤258，服务器102利用查找表基于现场物体118A的实时运行参数而确定与现场物体118A相关的潜在危险的风险因数的值。在步骤260，服务器102利用查找表基于实时运行参数而计算现场物体118A的动态虚拟围栏的形状和面积。在步骤261，服务器102将与动态虚拟围栏相关的信息提供至移动装置124A-N。该信息包括动态虚拟围栏的形状和面积、现场物体118A的位置、风险因数的值和现场物体118A的设备识别码。在步骤262，移动装置124A-N根据形状和面积及风险因数的值而将在现场物体118A的位置周围的动态虚拟围栏演示于危险环境的地图上。
为了确保危险环境中并且在动态虚拟围栏的外部的人员是安全的，在步骤264服务器102连续地监测由人员所携带移动装置124A-N的位置。在一个示例性实施例中，移动装置124A-N将指示各位置的位置信息发送至服务器102。因此，服务器102监测移动装置124A-N的位置。在步骤266，服务器102基于移动装置124A-N的位置来确定任何人员是否正在进入与现场物体118A相关的动态虚拟围栏。在一个示例性实施例中，服务器102对每个移动装置124A-N的位置信息与由动态虚拟围栏所显示的潜在危险区域的位置信息进行比较。如果任何移动装置124A-N的位置落在潜在危险区域的周边，服务器102则确定一个或多个人员正在进入动态虚拟围栏。因此，如果服务器102确定任何人员正在进入动态虚拟围栏，则执行步骤268，否则步骤250返回到步骤266。在步骤268，服务器102将警告信号发送至各个移动装置124A-N，从而提示人员正在进入危险区域。在步骤270，移动装置124A-N生成提示人员正在进入危险区域的警报。在一些实施例中，服务器102可确定人员接近潜在危险区域并且存在人员将进入潜在危险区域的可能性。在这种情况下，服务器102将警告信号发送至各个移动装置124A-N。因此，移动装置124A-N生成提示人员接近潜在危险区域的警报。在一个示例性实施例中，移动装置124A-N可使地图上的动态虚拟围栏闪动并且发出报警声。应当指出的是，步骤264至步骤270可以与步骤260和步骤262并行地执行。在这种情况下，警告信号也结合与动态虚拟围栏相关的信息可提示人员正在进入动态虚拟围栏。
图2C是图示说明根据本发明一个实施例的当人员位于危险环境中的动态虚拟围栏内部时向危险环境中的人员报警的示例性步骤的流程图275。对现场物体118A将实时运行参数的值的变化报告给服务器102进行描述。另外，对服务器102基于变化的实时运行参数的值而确定动态虚拟围栏的新的面积和形状进行描述。在这种情况下，在步骤280，服务器102确定显示于危险环境地图上的动态虚拟围栏的形状和面积中是否存在变化。如果存在动态虚拟围栏的面积和形状的变化，在步骤282根据变化的形状和面积来确定任何人员是否位于显示于地图上的动态虚拟围栏的内部。如果确定任何人员位于动态虚拟围栏内部，则在步骤284服务器102将警告信号发送至各个移动装置124A-N，从而提示人员位于动态虚拟围栏的内部。否则重复步骤280。因此，在步骤286，移动装置124A-N基于警告信号生成对该人员的报警。另外，在风险因数的值大于预设的阈值的情况下，服务器102可发送警告信号给应急救援队。例如，预设的阈值可指示风险因数的最大值，超过该值则通知应急救援队。在从警告信号发出开始经过预定的时间间隔之后个人未离开危险区域的情况下，服务器102也可将警告信号发送给应急救援队。
图3A和图3C示出了根据本发明一个实施例的危险环境的地图300的示意图。尤其是在图3A中示出了危险环境的地图300。正如可以看到的，地图300中显示了锅炉302、泵304、箱体306、炉子308、车辆310和携带移动装置124A-G的人员312A-G。为了说明的目的，考虑锅炉302和泵304处于运行状态，车辆310正在移动，并且炉子308被关闭。另外，考虑人员312A-G正在危险环境的内部移动。
在锅炉302的运行期间，与锅炉302相关的PLC将实时运行参数的值发送至服务器102。服务器102利用查找表基于实时运行参数的值而确定可以由锅炉302所引起的潜在危险的风险因数的值。然后，服务器102利用查找表基于实时运行参数的值而确定用于锅炉302的动态虚拟围栏314的形状和面积。服务器102将用于锅炉302的动态虚拟围栏314的面积和形状、风险因数的值、锅炉302的位置和锅炉302的设备识别码传送至人员312A-G的移动装置124A-G。因此，每个移动装置124A-G根据所确定的形状和面积而将在锅炉302位置的周围动态虚拟围栏314演示于地图300上。可以看到，在锅炉302周围所绘出的动态虚拟围栏314具有中等尺寸并且是圆形。动态虚拟围栏314代表在锅炉302周围的危险区域。将动态虚拟围栏314显示于地图300上，从而阻止人员312A-G进入危险区域。
正如从地图300中可以看到的，个人312A位于与锅炉302相关的危险区域的内部。服务器102监测危险环境中每个人员312A-G的位置。服务器102基于由个人312A所携带的移动装置124A的位置而确定个人312A位于动态虚拟围栏314的内部。服务器102基于授权信息确定个人312A是否授权存在于危险区域中。授权信息可用不同的风险因数值来表示个人停留在危险区域中的授权。例如，服务器102基于所确定的风险因数值而确定个人312A未被授权存在于危险区域中。因此，服务器102将警告信号发送给移动装置124A，从而提示个人312A是在危险区域的内部并且应当离开该危险区域。因此，移动装置312基于警告信号向个人312A报警。因此，报警可使个人312A能够离开危险区域，由此保护他/她不受到危险的影响。
另外，服务器102可基于个人312B的位置和个人312B的移动方向而确定个人312B正在向危险区域移动并且有可能经过在锅炉302的位置周围的动态虚拟围栏314。在这种情况下，服务器102将警告信号发送给移动装置124B，从而提示个人312B有可能进入动态虚拟围栏314。因此，移动装置124B向个人312B报警，以告知动态虚拟围栏314就在前面。这将会阻止个人312B进入在锅炉302附近的动态虚拟围栏314。
类似地，车辆310中的PLC将实时运行参数（诸如车辆的速度和负荷）以及车辆310的位置和车辆310的设备识别码发送至服务器102。服务器102基于设备识别码而确定现场物体（即，可移动设备）的类型，并且基于现场物体的类型而从查找表数据库134中获得查找表。服务器102利用查找表而确定与实时运行参数所落入的阈值范围相对应的潜在危险的风险因数的值。应当指出的是，风险因数的值取决于实时运行参数，诸如车辆310的速度和负荷。如果携带重负荷的车辆310正在以较高的速度移动，风险因数的值可以是较高。然而，如果携带重负荷的车辆310正在以较慢的速度移动，风险因数的值则较低。
然后，服务器102利用查找表基于实时运行参数的值而确定用于车辆310的动态虚拟围栏318的形状和面积。因此，服务器102将关于动态虚拟围栏316的信息发送至人员312A-G的移动装置124A-G。该信息可包括动态虚拟围栏316的形状和面积、车辆310的位置、风险因数的值和车辆310的设备识别码。每个移动装置124A-G根据形状和面积及风险因数的值而将在车辆310周围的动态虚拟围栏316演示于地图300上。另外，服务器102基于移动装置124D和124E的位置而确定人员312D和312E正在朝向车辆310的移动方向移动。服务器102将警告信号发送至移动装置124D和124E。因此，移动装置124D和124E分别生成对人员312D和312E的报警。以这种方式，可以阻止人员312D和312E进入可以由车辆310所导致的潜在危险区域。
从可以地图300中看到，也生成了在泵304的位置周围的动态虚拟围栏318和在泵304的位置周围的动态虚拟围栏320，并且分别基于与泵304和箱体306相关的实时运行参数的值将动态虚拟围栏318和320演示于地图300上。因此，如图3A中所示，基于所述各现场物体的实时运行参数的值而生成包括在危险环境中的各现场物体的动态虚拟围栏并将其演示于地图300上。动态虚拟围栏限定在危险环境中的危险区域并且确保人员312A-G不受到危险影响的安全性。根据本发明，可以基于变化的实时运行参数的值而动态地调整动态虚拟围栏的面积和形状。考虑到在一个时间段内锅炉302的实时运行参数的值已发生变化。在这种情况下，与锅炉302相关的PLC将实时运行参数的新值发送至服务器102。因此，服务器102利用查找表基于实时运行参数的新值而计算出与锅炉302相关的危险的风险因数的新值。然后，服务器102基于实时运行参数的新值而确定动态虚拟围栏314的新的形状和面积。因此，服务器102将关于动态虚拟围栏314的新的形状和面积和/或风险因数的新值的信息发送至人员312A-G的移动装置124A-G。每个移动装置124A-G根据关于新的形状和面积及风险因数的新值的信息而动态地调整地图300上的动态虚拟围栏314的形状和面积。正如从图3B中可以看到的，动态虚拟围栏314的面积和形状已随着实时运行参数的值的变化而变化。例如，面积增加并且形状从圆形变化到矩形。因此，围栏的动态性质允许基于危险的严重程度来调整形状和面积。应当指出的是，当锅炉302处于非运行状态时，动态虚拟314可从地图300中消失或者减小到最小尺寸，因为没有由锅炉302所引起的危险的风险。在图3C中对此进行了图示说明。另外，正如从图3C中可以看到的，炉子308正在运行并且与炉子308相关的PLC将实时运行参数的值发送至服务器102。因此，服务器102将关于动态虚拟围栏322的信息发送至移动装置124A-G。每个移动装置124A-G将在炉子308周围的动态虚拟围栏322演示于地图300上，从而阻止人员312A-G进入动态虚拟围栏322。动态虚拟围栏322的面积和形状可在一个时间段内发生变化，因为实时运行参数的值发生了变化。这确保在危险环境中的人员在任何时间点远离危险区域。
本发明可以采用计算机程序产品的形式，包括可从存储有由一个或多个计算机、处理器或指令执行系统所使用或者结合使用的程序代码的计算机可使用或计算机可读介质中进行访问的程序模块。为了本说明的目的，计算机可使用或计算机可读介质可以是可以容纳、存储、传送、传播、或传输由指令执行系统、装置或设备所使用或者结合使用的程序的任意装置。介质可以是电子、磁、光学、电磁、红外、或半导体系统（或者装置或设备）；或者在信号载体中并且自身作为信号载体的不包括在实体计算机可读介质的定义中的传播介质包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机软磁盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、刚性磁盘及光盘（诸如高密度光盘只读存储器（CD-ROM）、读/写型光盘和DVD）。用于执行本发明技术各方面的处理器和程序代码两者可以是如本领域技术人员已知的集中式或分布式的（或者其组合）。
虽然已参照某些实施例详细描述了本发明，但应当理解的是本发明并不局限于这些实施例。基于本公开，在不背离本文中所描述的本发明各种实施例的范围的前提下，本领域技术人员将会想出许多修改和变型。因此，本发明的范围是由所附权利要求所限定，而不是由前面的描述所限定。落在权利要求的等同物的意义和范围内的所有的变更、修改和变型应被看作是在本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种自动地生成用于危险环境的动态虚拟围栏（314、316、318）的方法，其包括：
检测与所述危险环境中的至少一个现场物体（302、308、310）相关的潜在危险；
基于与所述现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的值来确定与所述现场物体（302、308、310）相关的所述潜在危险的风险因数；
基于与所述现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的所述值来确定用于所述现场物体（302、308、310）的动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状；和
基于所确定的面积和形状及所述潜在危险的所述风险因数的值而自动地将在所述现场物体（302、308、310）的位置周围的所述动态虚拟围栏显示于所述危险环境的地图（300）上，其中所述动态虚拟围栏代表所述危险环境中的危险区域，并且所述风险因数表示所述潜在危险的影响的量。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述检测与所述现场物体（302、308、310）相关的潜在危险包括：
确定所述现场物体（302、308、310）的运行状态；和
基于所述现场物体（302、308、310）的所述运行状态来检测与所述现场物体（302、308、310）相关的所述潜在危险。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于与所述现场物体（302、308、310）相关的设备识别码来确定所述现场物体（302、308、310）的类型；
从查找表数据库（134）中获得与所述现场物体（302、308、310）的类型相对应的查找表，其中所述查找表表示运行参数的多个阈值范围、所述潜在危险的所述风险因数的相应的值及所述动态虚拟围栏的相应的面积和形状；
从所述运行参数的多个阈值范围在所述查找表中确定所述实时运行参数的值落入其中的阈值范围。
4.如权利要求3所述的方法，其中，确定与所述现场物体（302、308、310）相关的所述潜在危险的风险因数的值包括：
利用所述查找表而确定与所述所确定的阈值范围相对应的所述潜在危险的风险因数的值。
5.如权利要求3所述的方法，其中，确定所述动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状包括：
利用所述查找表确定与所确定的阈值范围相对应的所述动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状。
6.如权利要求1所述的方法，还包括：
确定与所述现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的值的变化；
基于所述实时运行参数的变化值来确定所述潜在危险的风险因数的值；
基于所述实时运行参数的变化值来确定所述动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状；和
根据所确定的形状和面积及所述风险因数的值而动态地调整显示于所述危险环境的所述地图（300）上的所述动态虚拟围栏（314、316、318）。
7.如权利要求1或6所述的方法，还包括：
连续地监测人员（312A-G）在所述危险环境中的位置。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
基于所述人员（312A-G）相对于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的位置而确定任何所述人员（312A-G）是否正在进入所述动态虚拟围栏（312、314、316）。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：
基于所述人员（312A-G）相对于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的位置而确定任何所述人员（312A-G）是否位于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的内部。
10.如权利要求8或9所述的方法，还包括：
基于所述确定而将警告信号发送至所述任何所述人员（312A-G）的移动装置（124A-G）。
11.一种装置（102），包括：
处理器（104）；和
联接到所述处理器（104）的存储器（106），其中所述存储器（106）包括以指令形式而存储且可由所述处理器（104）所执行的围栏生成模块（110），其中所述围栏生成模块（110）能够：
检测与危险环境中的至少一个现场物体（302、308、310）相关的潜在危险；
基于与所述现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的值来确定与所述现场物体（302、308、310）相关的所述潜在危险的风险因数的值；
基于所述与现场物体（302、308、310）相关的所述实时运行参数的值来确定用于所述现场物体（302、308、310）的动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状；和
基于所述所确定的面积和形状及所述风险因数的值而自动地将在所述现场物体（302、308、310）的位置周围的所述动态虚拟围栏显示于所述危险环境的地图（300）上，其中所述动态虚拟围栏代表所述危险环境中的危险区域，并且所述风险因数表示所述潜在危险的影响的量。
12.如权利要求11所述的装置（102），其中，所述围栏生成模块（110）能够：
确定与所述现场物体（302、308、310）相关的实时运行参数的值的变化；
基于所述实时运行参数的变化值来确定所述潜在危险的风险因数的值；
基于所述实时运行参数的变化值来确定所述动态虚拟围栏（314、316、318）的面积和形状；和
根据所确定的形状和面积及所述风险因数的值而动态地调整显示于所述危险环境的所述地图（300）上的所述动态虚拟围栏（314、316、318）。
13.如权利要求11或12所述的装置（102），其中，所述存储器（106）包括能够连续地监测人员（312A-G）在所述危险环境中的位置的风险确定模块（112）。
14.如权利要求13所述的装置（102），其中，所述风险确定模块（112）能够：
基于所述人员（312A-G）相对于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的位置来确定任何所述人员（312A-G）是否正在进入所述动态虚拟围栏（312、314、316）。
15.如权利要求13所述的装置（102），其中所述风险确定模块（112）能够：
基于所述人员（312A-G）相对于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的位置来确定任何所述人员（312A-G）是否位于所述动态虚拟围栏（314、316、318）的内部。
16.如权利要求14或15所述的装置（102），其中，所述储存器（106）包括通知模块（114），所述通知模块能够基于所述确定而将警告信号发送至所述任何所述人员（312A-G）的移动装置（124A-G）。
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