CN111243371B

CN111243371B - 一种基于预案的安全管控及教学培训方法及系统

Info

Publication number: CN111243371B
Application number: CN202010061661.0A
Authority: CN
Inventors: 李佳春; 金飞伟; 陈锋江; 李正平; 潘建波; 吕彬峰
Original assignee: Zhejiang Tianlu Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Tianlu Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2020-01-19
Filing date: 2020-01-19
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2040-01-19
Also published as: CN111243371A

Abstract

本发明涉及化工厂安全管控技术领域，具体涉及一种基于预案的安全管控及教学培训方法及系统，包括以下步骤：A）获取监控数据及视频监控；B）建立预案表；C）将预案表与其GIS模型关联，建立协同表；D）周期性更新预案表状态；E）更新协同表的状态；同时执行以下步骤：F）模拟触发预案表，并显示给培训目标；G）若未按分级预案内容执行，则通过交互终端提示。一种基于预案的安全管控及教学培训系统，包括数据获取单元、数据处理单元、存储器、视频监控子系统和若干个交互终端。本发明的实质性效果是：将化工厂的安全监控和培训系统合并执行，训练其由正常工作转换到执行预案的能力，有效提高预案的执行质量。

Description

一种基于预案的安全管控及教学培训方法及系统

技术领域

本发明涉及化工厂安全管控技术领域，具体涉及一种基于预案的安全管控及教学培训方法及系统。

背景技术

DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System)，又称为集散控制系统。DCS的主要特点是“分散控制”和“集中管理”。DCS通常采用若干个控制器，即过程站对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。生产控制操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。DCS从结构上划分包括过程级、操作级和管理级。管理级指工厂管理信息系统，从DCS的管理级能够获取化工厂的监控数据。

在现代化的工业化进程中，化工厂的规模和种类不断扩大，逐渐在工业产业中占据了较大的比重。许多工业产业都需要使用化工厂提供的原材料、产品或能量。化工厂的很多原材料、产品以及中间产物，都具有毒性、易燃、易爆或对环境有极大的影响。一旦化工厂发生安全事故，将会造成极大的经济损失，甚至带来人员的伤亡，并造成严重的环境负担。虽然目前化工厂虽然建立了应急预案制度，但预案通常为纸质版，查阅不方便。且预案内容繁多，培训和掌握困难。新入岗员工需要花费大量时间，学习化工厂的安全知识。但由于对工艺现场缺乏了解，学习效果不理想，难以保证化工厂员工对预案的掌握。

中国专利CN106251757A，公开日2016年12月21日，一种厂内交通安全实训教学系统，用于化工厂的厂内交通安全实训教学，包括沙盘模型、智能循迹小车、循迹轨道和计算机，其中：所述循迹轨道设置于所述沙盘模型上；所述智能循迹小车在所述循迹轨道行驶，用以模拟厂内交通行驶；所述计算机与所述智能循迹小车通信连接，用于控制所述智能循迹小车的启停。其使用化工厂沙盘模型进行教学，虽然一定程度上提高了直观性，但毕竟不是亲身经历，在真正遇到事故时，难以快速联想受训内容，不能保证化工厂员工的安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前的化工厂安全预案在事故发生时执行效果差的技术问题。提出了一种提高预案执行效率和质量的基于预案的安全管控及教学培训方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种基于预案的安全管控及教学培训方法，包括以下步骤：A)建立数据获取单元，与化工厂的DCS通信，获取化工厂的监控数据，获取化工厂岗位区域和通道区域的视频监控；B)建立若干个预案表，所述预案表包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容和解除条件，所述预案对象信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件；C)获取化工厂GIS模型，将预案表与其预案表对象的GIS模型关联，为化工厂GIS模型中未关联预案表的设备和区域，建立协同表，所述协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值；D)周期性的将从化工厂的DCS获取的化工厂的监控数据依次与预案表对比，若满足分级触发条件，则触发对应预案表，将预案表等级设为对应等级，发出报警，将等级对应的分级预案内容展示给值班人员以及分级预案内容涉及的化工厂岗位员工，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；E)根据监控数据更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员；在执行步骤D-E的同时，执行以下步骤：F)周期性模拟触发预案表，并将该预案表的分级预案内容显示给培训目标；G)周期性读取化工厂监控数据以及视频监控，分析培训目标是否执行分级预案内容，若培训目标未按分级预案内容执行，则通过交互终端提示，直到培训目标按分级预案内容执行完成。化工厂的监控数据能够及时体现化工厂出现的安全事故，通过预案表能够及时的发现并发出报警，为事故的处置获得更多的时间。将化工厂的安全监控和培训系统合并执行，能够在日常生产过程中，随时对化工厂的员工进行预案的培训，训练其在工作中，由正常工作转换到执行预案的能力，有效提高化工厂的预案的执行效率和质量，提高化工厂的安全性，降低事故造成的财产和人员损失。

作为优选，步骤B中所建立的预案表还包括关联变量和关联触发条件，关联变量包括预案表对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发预案表时关联变量需满足的条件。关联变量反映了在安全事故的影响下，每个预案表对应的预案对象区域的温度以及危险气体情况，起到跟踪安全事故事态发展的作用。

作为优选，步骤B中所建立的预案表还包括预案表还包括推演时间T和延期关联变量。在安全事故发生后，处置措施开始实施前，有一段空窗期T，这段时间事故会持续发展变化。因而从一开始就预计出空窗期T后事故的范围和强度，能够使事故的处置更有针对性。

作为优选，步骤C中，在建立协同表前，将化工厂及其周边区域划分子区域，为每个子区域建立协同表；所述状态包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力；划分子区域的方法包括：C11)去除管道以及体积小于设定阈值的设备；C12)建立设备的外接长方体；C13)在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面重叠的面；C14)将步骤C13所填充的长方体区域视为设备的外接长方体，重复步骤C13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域；C15)设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。采用本优选方案划分出的子区域，能够使每个设备最多有6个邻接子区域，即能够覆盖化工厂区域，由不至于产生过多的子区域，且每个子区域最少对应一个完整的设备侧面，能够完整的跟踪该设备侧的状态，具有较高的综合效率。子区域内部视为状态处处相同，通过设定边长阈值，避免子区域过大，导致不准确。

作为优选，步骤C15中，所述边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，所述第一边长阈值为化工厂区域内发生的事故为火灾事故时，在无风条件下，火源温度在T₁时间内的传导距离；所述第二边长阈值为化工厂区域内发生的事故为危险气体泄漏时，在无风条件下，泄漏气体在T₁时间内蔓延的距离；分别使用边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存；当化工厂区域出现火情时，使用边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域的划分。设置边长最大阈值，且通过去除体积小于阈值的设备后，能够保证子区域的边长在一个与设备相当的范围内，在发生火情且无风时，每个周期T₁内温度传递一个子区域，以此近似模拟温度场的变化，提供对温度变化的跟踪。在出现不同事故类型时，采用不同的边长阈值，能够提高事故发展模拟的准确度。

作为优选，步骤D还包括：D1)若存在事故种类为火情的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的温度值，推导T₁时间后每个预案表的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；D2)若存在事故种类为危险气体泄漏的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的危险气体浓度，推导T₁时间后每个预案表的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类；D3)显示关联变量变化最大的若干个预案表以及延期关联变量变化最大的若干个预案表。

作为优选，步骤E中，根据监控数据更新协同表的状态的方法包括：E1)根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；E2)根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；其中步骤E1包括：E11)若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；E12)若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期T₁时的监测温度；E13)若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：若无风，则ω_A＝δ_n·ω_E，其中ω_A为子区域的危险气体浓度，ω_E为泄漏源附近距离l区域内的危险气体浓度均值，n表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期T₁数量，δ_n表示第n个周期T₁更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，n＜n_max时，δ_n随n的增大而增大，n≥n_max时，δ_n＝1；若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则ω_A＝ω_E|(n-1)。采用该方案能够快速的更新子区域的状态信息，避免计算耗时太长，影响事态跟进的时效性。

作为优选，步骤E2)中，根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态的方法包括：E21)列举全部已更新状态的子区域的邻接区域，将列举出的子区域视为其邻接区域的邻接设备，而后执行步骤E12至E13；E22)重复执行步骤E21，直至全部子区域的状态均被更新。

作为优选，步骤G中，通过化工厂监控数据以及视频监控，分析培训目标是否执行分级预案内容的方法为：G1)周期性通过视频监控获取培训目标的位置；G2)若分级预案内容包括改变化工厂生产工艺参数，则通过化工厂的DCS获得化工厂的监控数据，判断对应生产工艺参数是否正确改变，若对应生产工艺参数正确改变，则判断培训目标执行了分级预案内容，若对应生产工艺参数未正确改变，则通过交互终端提示；G3)若分级预案内容包括要求培训目标转移，则在后续t1时间内，周期性根据视频监控获得培训目标的位置，若t1时间内培训目标按照分级预案内容移动，则判断培训目标执行了分级预案内容，反之，通过交互终端提示培训目标按照分级预案内容移动。通过本优选方案，能够准确的判断培训目标是否按照预案表执行，对其进行提示训练，并自动判定培训结果，提高训练效果并节省训练时间。

作为优选，步骤G1中，获得培训目标的位置的方法包括：G11)周期性获得化工厂岗位区域以及通道区域无人员时每个监控点位的图像，并存储为参照图像；G12)周期性获取培训目标对应的监控点位的实时监控图像，将监控图像与参照图像对比，将二者同位置像素相差低于或等于设定阈值的像素填充为白色，将二者同位置像素相差高于设定阈值的像素填充为黑色；G13)将监控点位中像素对应的化工厂GIS模型中的位置关联；G14)若步骤G12中获得的黑色像素不与监控图像下边界抵接，则将黑色像素最下方的像素对应的GIS模型位置作为培训目标的位置。通过本优选方案，能够在准确识别培训目标位置的前提下，降低计算量，降低对硬件的要求。

作为优选，步骤E还包括：推算第(n+N)个周期T₁时全部子区域的状态数据，作为延期状态数据，列举与事故发生前的状态相比，变化不超过预设安全阈值的子区域，作为延期安全子区域，依次从每个员工岗位位置开始不断寻找延期安全子区域，若无法找到延期安全子区域到达安全出口，则发出报警并显示给值班人员。本优选方案提供具有预见性的事故状态预测，能够及时发现存在撤离危险的员工，及时报警并通知该员工，使其能够及时撤离，有效避免人员伤亡。

作为优选，步骤D1中，推导每个预案表的关联变量的温度值的方法为：若预案表的预案对象与火情区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则预案表的关联变量的温度值保持不变；若预案表的预案对象与火情区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则判断气流通道区域是否无风，若无风，则按空气热传导规律获得预案表的关联变量的温度值，若气流通道区域有风，则判断预案表的预案对象是否在下风口，若在下风口，则距火情发生时间t≤D_s/v_w内时，按空气热传导规律获得预案表的关联变量的温度值，其中D_s为预案对象区域与火情区域的距离，v_w为风速，距火情发生时间t＞D_s/v_w内时，预案表的关联变量的温度值为C_m，

C_m＝βC_t，β∈[0.6，1]

C_t为火情区域的边缘的温度值，β为调整系数，预案对象区域与火情区域距离越小，或预案对象区域与火情区域的气流通道阻力越小时，β取更大值，若预案表的预案对象在上风口，则按空气热传导规律获得预案表的关联变量的温度值。

作为优选，步骤D2中，推导每个预案表的关联变量的危险气体浓度的方法为：若预案表的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则预案表的关联变量的危险气体浓度保持不变；若预案表的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则以泄漏源为中心沿水平方向均匀划分八个方位，沿垂直方向划分上、下两个方位，根据化工厂的厂房布局、危险气体密度、风向及风速，判断危险气体在十六个方位的流量比例δ_r，r∈[1，16]，则预案表的关联变量的危险气体浓度Q_y＝δ_u·Q，其中δ_u表示预案表的预案对象区域在泄漏源的方位，Q为泄漏源处的危险气体浓度。通过本优选方案，分类进行温度影响的计算，为事故事态发展的跟踪提供了更为准确的跟踪方案。

作为优选，确定危险气体在十六个方位的流量比例δ_r的方法为：确定水平方向的流量比：根据化工厂的厂房布局，选定某个气流通道作为参照通道，进而确定水平其余七个方位的气流通道阻力相对参照通道的阻力比，若某个方向无气流通道，则气流通道阻力比为无穷大，以每个方向的阻力比的倒数作为权重，若泄漏区域有风，则下风向的若干个方位按权重分配确定流量比例，其余方位流量比例为0，若泄漏区无风，则水平方向上的八个方位按权重分配确定流量比例；确定垂直方向的流量比：若危险气体为重气，则上方位的流量比例为0，下方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例，若危险气体密度与空气相当，则上、下方位的流量比例分别等于水平方向所确定的流量比例的一半，若危险气体密度小于空气密度，则下方位的流量比例为0，上方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例。根据化工厂的设备、建筑布局，判断每个预案表对应的设备与泄露源之间的气流通道情况，能够提供更准确的气体扩散预测，为危险气体泄露事故的处置提供更为准确的参考。

一种基于预案的安全管控及教学培训系统，用于执行如前述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，包括数据获取单元、数据处理单元、存储器、视频监控子系统和若干个交互终端，所述数据获取单元与化工厂的DCS通信，获取化工厂的监控数据并存储到存储器中，若干个所述交互终端分别安装在化工厂人员的工作岗位处，所述视频监控子系统监控化工厂人员的工作岗位区域以及化工厂的通道区域，若干个所述交互终端、存储器以及视频监控子系统均与数据处理单元连接。

本发明的实质性效果是：将化工厂的安全监控和培训系统合并执行，能够在日常生产过程中，随时对化工厂的员工进行预案的培训，训练其由正常工作转换到执行预案的能力，有效提高化工厂的预案的执行效率和质量；通过将预案表与设备关联，当预案表被触发时，能够准确判断事故设备，通过等级来指示事故的严重情况，自动显示对应的分级预案内容，提高预案的执行效率和质量，降低事故损失；通过关联变量能够跟踪事态发展；通过延期关联变量能够对事故在未来一段时间内的发展做出预估，为事故的处置提供了依据。

附图说明

图1为实施例一流程框图。

图2为实施例一划分子区域方法的流程框图。

图3为实施例一协同表状态更新方法流程框图。

图4为实施例一关联变量温度值推导方法流程框图。

图5为实施例一关联变量危险气体浓度推导方法流程框图。

图6为实施例一安全管控及教学培训系统结构示意图。

其中：100、化工厂DCS，200、数据获取单元，300、数据处理单元，400、存储器，500、交互终端，600、视频监控子系统。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种基于预案的安全管控及教学培训方法，如图1所示，本实施包括以下步骤：A)建立数据获取单元200，与化工厂DCS 100通信，获取化工厂的监控数据，获取化工厂岗位区域和通道区域的视频监控。

B)建立若干个预案表，预案表包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容、关联变量、关联触发条件、推演时间T、延期关联变量、和解除条件，预案对象信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件。关联变量包括预案表对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发预案表时关联变量需满足的条件。在安全事故发生后，处置措施开始实施前，有一段空窗期T，这段时间事故会持续发展变化。

C)获取化工厂GIS模型，将预案表与其预案表对象的GIS模型关联，将化工厂及其周边区域划分子区域，为每个子区域建立协同表，协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值。状态包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力。如图2所示，划分子区域的方法包括：C11)去除管道以及体积小于设定阈值的设备；C12)建立设备的外接长方体；C13)在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面重叠的面；C14)将步骤C13所填充的长方体区域视为设备的外接长方体，重复步骤C13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域；C15)设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。采能够使每个设备最多有6个邻接子区域，即能够覆盖化工厂区域，由不至于产生过多的子区域，且每个子区域最少对应一个完整的设备侧面，能够完整的跟踪该设备侧的状态，具有较高的综合效率。子区域内部视为状态处处相同，通过设定边长阈值，避免子区域过大，导致不准确。步骤C15中，边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，第一边长阈值为化工厂区域内发生的事故为火灾事故时，在无风条件下，火源温度在T₁时间内的传导距离；第二边长阈值为化工厂区域内发生的事故为危险气体泄漏时，在无风条件下，泄漏气体在T₁时间内蔓延的距离；分别使用边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存；当化工厂区域出现火情时，使用边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域的划分。设置边长最大阈值，且通过去除体积小于阈值的设备后，能够保证子区域的边长在一个与设备相当的范围内，在发生火情且无风时，每个周期T₁内温度传递一个子区域，以此近似模拟温度场的变化，提供对温度变化的跟踪。在出现不同事故类型时，采用不同的边长阈值，能够提高事故发展模拟的准确度。

D)周期性的将从化工厂DCS 100获取的化工厂的监控数据依次与预案表对比，若满足分级触发条件，则触发对应预案表，将预案表等级设为对应等级，发出报警，将等级对应的分级预案内容展示给值班人员以及分级预案内容涉及的化工厂岗位员工，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；

D1)若存在事故种类为火情的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的温度值，推导T₁时间后每个预案表的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；D2)若存在事故种类为危险气体泄漏的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的危险气体浓度，推导T₁时间后每个预案表的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类；D3)显示关联变量变化最大的若干个预案表以及延期关联变量变化最大的若干个预案表。

如图4所示，推导每个预案表的关联变量的温度值的方法为：若预案表的预案对象与火情区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则预案表的关联变量的温度值保持不变；若预案表的预案对象与火情区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则判断气流通道区域是否无风，若无风，则按空气热传导规律获得预案表的关联变量的温度值，若气流通道区域有风，则判断预案表的预案对象是否在下风口，若在下风口，则距火情发生时间t≤D_s/v_w内时，按空气热传导规律获得预案表的关联变量的温度值，其中D_s为预案对象区域与火情区域的距离，v_w为风速，距火情发生时间t＞D_s/v_w内时，预案表的关联变量的温度值为C_m，

C_m＝βC_t，β∈[0.6，1]

如图5所示，推导每个预案表的关联变量的危险气体浓度的方法为：若预案表的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道隔绝或气流通道的气流阻力大于设定阈值，则预案表的关联变量的危险气体浓度保持不变；若预案表的预案对象与危险气体泄漏区域的气流通道阻力小于或等于设定阈值，则以泄漏源为中心沿水平方向均匀划分八个方位，沿垂直方向划分上、下两个方位，根据化工厂的厂房布局、危险气体密度、风向及风速，判断危险气体在十六个方位的流量比例δ_r，r∈[1，16]，则预案表的关联变量的危险气体浓度Q_y＝δ_u·Q，其中δ_u表示预案表的预案对象区域在泄漏源的方位，Q为泄漏源处的危险气体浓度。分类进行温度影响的计算，为事故事态发展的跟踪提供了更为准确的跟踪方案。

确定危险气体在十六个方位的流量比例δ_r的方法为：确定水平方向的流量比：根据化工厂的厂房布局，选定某个气流通道作为参照通道，进而确定水平其余七个方位的气流通道阻力相对参照通道的阻力比，若某个方向无气流通道，则气流通道阻力比为无穷大，以每个方向的阻力比的倒数作为权重，若泄漏区域有风，则下风向的若干个方位按权重分配确定流量比例，其余方位流量比例为0，若泄漏区无风，则水平方向上的八个方位按权重分配确定流量比例；确定垂直方向的流量比：若危险气体为重气，则上方位的流量比例为0，下方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例，若危险气体密度与空气相当，则上、下方位的流量比例分别等于水平方向所确定的流量比例的一半，若危险气体密度小于空气密度，则下方位的流量比例为0，上方位的八个方向的流量比例等于水平方向所确定的流量比例。根据化工厂的设备、建筑布局，判断每个预案表对应的设备与泄露源之间的气流通道情况，能够提供更准确的气体扩散预测，为危险气体泄露事故的处置提供更为准确的参考。

E)根据监控数据更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员，如图3所示，根据监控数据更新协同表的状态的方法包括：E1)根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；E2)根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；其中步骤E1包括：E11)若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；E12)若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期T₁时的监测温度；E13)若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：若无风，则ω_A＝δ_n·ω_E，其中ω_A为子区域的危险气体浓度，ω_E为泄漏源附近距离l区域内的危险气体浓度均值，n表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期T₁数量，δ_n表示第n个周期T₁更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，n＜n_max时，δ_n随n的增大而增大，n≥n_max时，δ_n＝1；若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则ω_A＝ω_E|(n-1)。能够快速的更新子区域的状态信息，避免计算耗时太长，影响事态跟进的时效性。

步骤E2)中，根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态的方法包括：E21)列举全部已更新状态的子区域的邻接区域，将列举出的子区域视为其邻接区域的邻接设备，而后执行步骤E12至E13；E22)重复执行步骤E21，直至全部子区域的状态均被更新。

推算第(n+N)个周期T₁时全部子区域的状态数据，作为延期状态数据，列举与事故发生前的状态相比，变化不超过预设安全阈值的子区域，作为延期安全子区域，依次从每个员工岗位位置开始不断寻找延期安全子区域，若无法找到延期安全子区域到达安全出口，则发出报警并显示给值班人员。提供具有预见性的事故状态预测，能够及时发现存在撤离危险的员工，及时报警并通知该员工，使其能够及时撤离，有效避免人员伤亡。

在执行步骤D-E的同时，执行以下步骤：F)周期性模拟触发预案表，并将该预案表的分级预案内容显示给培训目标。

G)周期性读取化工厂监控数据以及视频监控，分析培训目标是否执行分级预案内容，若培训目标未按分级预案内容执行，则通过交互终端500提示，直到培训目标按分级预案内容执行完成。化工厂的监控数据能够及时体现化工厂出现的安全事故，通过预案表能够及时的发现并发出报警，为事故的处置获得更多的时间。将化工厂的安全监控和培训系统合并执行，能够在日常生产过程中，随时对化工厂的员工进行预案的培训，训练其在工作中，由正常工作转换到执行预案的能力，有效提高化工厂的预案的执行效率和质量，提高化工厂的安全性，降低事故造成的财产和人员损失。分析培训目标是否执行分级预案内容的方法为：G1)周期性通过视频监控获取培训目标的位置；G2)若分级预案内容包括改变化工厂生产工艺参数，则通过化工厂DCS 100获得化工厂的监控数据，判断对应生产工艺参数是否正确改变，若对应生产工艺参数正确改变，则判断培训目标执行了分级预案内容，若对应生产工艺参数未正确改变，则通过交互终端500提示；G3)若分级预案内容包括要求培训目标转移，则在后续t1时间内，周期性根据视频监控获得培训目标的位置，若t1时间内培训目标按照分级预案内容移动，则判断培训目标执行了分级预案内容，反之，通过交互终端500提示培训目标按照分级预案内容移动。能够准确的判断培训目标是否按照预案表执行，对其进行提示训练，并自动判定培训结果，提高训练效果并节省训练时间。

获得培训目标的位置的方法包括：G11)周期性获得化工厂岗位区域以及通道区域无人员时每个监控点位的图像，并存储为参照图像；G12)周期性获取培训目标对应的监控点位的实时监控图像，将监控图像与参照图像对比，将二者同位置像素相差低于或等于设定阈值的像素填充为白色，将二者同位置像素相差高于设定阈值的像素填充为黑色；G13)将监控点位中像素对应的化工厂GIS模型中的位置关联；G14)若步骤G12中获得的黑色像素不与监控图像下边界抵接，则将黑色像素最下方的像素对应的GIS模型位置作为培训目标的位置。能够在准确识别培训目标位置的前提下，降低计算量，降低对硬件的要求。

一种基于预案的安全管控及教学培训系统，用于执行如前述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，如图6所示，包括数据获取单元200、数据处理单元300、存储器400、视频监控子系统600和若干个交互终端500，数据获取单元200与化工厂DCS 100通信，获取化工厂的监控数据并存储到存储器400中，若干个交互终端500分别安装在化工厂人员的工作岗位处，视频监控子系统600监控化工厂人员的工作岗位区域以及化工厂的通道区域，若干个交互终端500、存储器400以及视频监控子系统600均与数据处理单元300连接。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

包括以下步骤：

A）建立数据获取单元，与化工厂的DCS通信，获取化工厂的监控数据，获取化工厂岗位区域和通道区域的视频监控；

B）建立若干个预案表，所述预案表包括预案对象、等级、分级触发条件、分级预案内容和解除条件，所述预案对象信息包括对象名称、对象类型以及对象区域，分级触发条件为触发预案对应等级时监控数据需满足的条件，分级预案内容为对应等级下的事故处置方法，解除条件为预案解除时监控数据需满足的条件；

C）获取化工厂GIS模型，将预案表与其预案表对象的GIS模型关联，为化工厂GIS模型中未关联预案表的设备和区域，建立协同表，所述协同表包括协同对象、邻接设备、邻接区域、状态和状态阈值；

D）周期性的将从化工厂的DCS获取的化工厂的监控数据依次与预案表对比，若满足分级触发条件，则触发对应预案表，将预案表等级设为对应等级，发出报警，将等级对应的分级预案内容展示给值班人员以及分级预案内容涉及的化工厂岗位员工，若满足解除条件，则解除报警并停止分级预案内容的显示；

E）根据监控数据更新协同表的状态，将状态超过状态阈值的协同表显示给值班人员；

步骤E中，根据监控数据更新协同表的状态的方法包括：

E1）根据监控数据更新具有邻接设备的协同表状态；

E2）根据已更新状态的协同表的状态更新剩余协同表的状态；

其中步骤E1包括：

E11）若邻接设备未发生事故，则维持子区域的状态信息；

E12）若邻接设备发生火灾事故，则更新子区域的温度，具体为：若无风，则按热传导规律更新子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的温度，若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则将子区域的温度设定为该邻接设备在上一个周期

时的监测温度；

E13）若邻接设备发生危险气体泄漏事故，则更新子区域的危险气体浓度和危险气体种类，具体为：

若无风，则

，其中

为子区域的危险气体浓度，

为泄漏源附近距离

区域内的危险气体浓度均值，

表示本次更新距离气体发生泄漏时刻的周期

数量，

表示第

个周期

更新时的系数，其值由预设的表格查询获得，

时，

随

的增大而增大，

时，

；

若有风且子区域位于该邻接设备的上风口，则维持子区域的危险气体浓度；

若有风且子区域位于该邻接设备的下风口，则

；

推算第

个周期

时全部子区域的状态数据，作为延期状态数据，列举与事故发生前的状态相比，变化不超过预设安全阈值的子区域，作为延期安全子区域，依次从每个员工岗位位置开始不断寻找延期安全子区域，若无法找到延期安全子区域到达安全出口，则发出报警并显示给值班人员；

N表示气体发生泄漏时刻后的周期

数量；

在执行步骤D-E的同时，执行以下步骤：

F）周期性模拟触发预案表，并将该预案表的分级预案内容显示给培训目标；

G）周期性读取化工厂监控数据以及视频监控，分析培训目标是否执行分级预案内容，若培训目标未按分级预案内容执行，则通过交互终端提示，直到培训目标按分级预案内容执行完成。

2.根据权利要求1所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤B中所建立的预案表还包括关联变量和关联触发条件，关联变量包括预案表对象所在区域的温度、危险气体种类和危险气体浓度，关联触发条件为触发预案表时关联变量需满足的条件。

3.根据权利要求2所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤B中所建立的预案表还包括预案表还包括推演时间T和延期关联变量。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤C中，在建立协同表前，将化工厂及其周边区域划分子区域，为每个子区域建立协同表；

所述状态包括温度、危险气体浓度、危险气体种类、风向和风力；

划分子区域的方法包括：

C11）去除管道以及体积小于设定阈值的设备；

C12）建立设备的外接长方体；

C13）在外接长方体与化工厂建筑之间填充长方体区域，使长方体区域满足：紧邻至少一个外接长方体的面，且具有与紧邻的外接长方体的面中面积最小的面重叠的面；

C14）将步骤C13所填充的长方体区域视为设备的外接长方体，重复步骤C13，直到化工厂被外接长方体和长方体区域充满，将所得的长方体区域，作为所划分的子区域；

C15）设定边长阈值，将存在边长大于边长阈值的子区域划分为若干个子区域，使其边长均小于边长阈值。

5.根据权利要求4所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤C15中，所述边长阈值包括第一边长阈值和第二边长阈值，所述第一边长阈值为化工厂区域内发生的事故为火灾事故时，在无风条件下，火源温度在

时间内的传导距离；

所述第二边长阈值为化工厂区域内发生的事故为危险气体泄漏时，在无风条件下，泄漏气体在

时间内蔓延的距离；

分别使用边长阈值以及第二边长阈值，进行子区域的划分并分别保存；

当化工厂区域出现火情时，使用边长阈值对应的子区域，当化工厂区域出现危险气体泄漏时，使用第二边长阈值对应的子区域，若同时发生火情和危险气体泄漏，则选择边长阈值和第二边长阈值中较小值对应的子区域的划分。

6.根据权利要求4所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤D还包括：

D1)若存在事故种类为火情的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的温度值，推导

时间后每个预案表的关联变量的温度值，并更新延期关联变量的温度值；

D2)若存在事故种类为危险气体泄漏的预案表被触发，则推导并更新每个预案表的关联变量的危险气体浓度，推导

时间后每个预案表的关联变量的危险气体浓度，并更新延期关联变量的危险气体浓度，关联变量以及延期关联变量中的危险气体种类均为对应泄漏种类；

D3)显示关联变量变化最大的若干个预案表以及延期关联变量变化最大的若干个预案表。

7.根据权利要求3所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤G中，通过化工厂监控数据以及视频监控，分析培训目标是否执行分级预案内容的方法为：

G1）周期性通过视频监控获取培训目标的位置；

G2）若分级预案内容包括改变化工厂生产工艺参数，则通过化工厂的DCS获得化工厂的监控数据，判断对应生产工艺参数是否正确改变，若对应生产工艺参数正确改变，则判断培训目标执行了分级预案内容，若对应生产工艺参数未正确改变，则通过交互终端提示；

G3）若分级预案内容包括要求培训目标转移，则在后续t1时间内，周期性根据视频监控获得培训目标的位置，若t1时间内培训目标按照分级预案内容移动，则判断培训目标执行了分级预案内容，反之，通过交互终端提示培训目标按照分级预案内容移动。

8.根据权利要求3所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

步骤G1中，获得培训目标的位置的方法包括：

G11）周期性获得化工厂岗位区域以及通道区域无人员时每个监控点位的图像，并存储为参照图像；

G12）周期性获取培训目标对应的监控点位的实时监控图像，将监控图像与参照图像对比，将二者同位置像素相差低于或等于设定阈值的像素填充为白色，将二者同位置像素相差高于设定阈值的像素填充为黑色；

G13）将监控点位中像素对应的化工厂GIS模型中的位置关联；

G14）若步骤G12中获得的黑色像素不与监控图像下边界抵接，则将黑色像素最下方的像素对应的GIS模型位置作为培训目标的位置。

9.一种基于预案的安全管控及教学培训系统，用于执行如权利要求1-8任一项所述的一种基于预案的安全管控及教学培训方法，其特征在于，

包括数据获取单元、数据处理单元、存储器、视频监控子系统和若干个交互终端，所述数据获取单元与化工厂的DCS通信，获取化工厂的监控数据并存储到存储器中，若干个所述交互终端分别安装在化工厂人员的工作岗位处，所述视频监控子系统监控化工厂人员的工作岗位区域以及化工厂的通道区域，若干个所述交互终端、存储器以及视频监控子系统均与数据处理单元连接。