CN111950359A - 一种核电厂防止人因失误智能化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电智能化系统领域，具体涉及一种核电厂防止人因失误智能化系统及方法。本发明系统包括行为标准库，图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块，行为数据模块，行动终端和行为偏差预警模块；行为标准库和图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块进行数据交互。本发明方法包括步骤一：传输任务信息；步骤二：识别匹配；步骤三：测试计算距离；步骤四：行为采集分析；步骤五：对比分析。本发明以核电厂九大典型人因失误模式为指引，以减少现场人因安全事件为最终目标，系统功能与电厂工作前、工作中和工作后三个阶段进行一一应对。
Description
技术领域
本发明涉及核电智能化系统领域，具体涉及一种核电厂防止人因失误智能化系统及方法。
背景技术
统计表明，人因因素在核电厂事件中占比高达50％-70％。核电厂人员行为规范管理与核安全直接相关，不规范的人员行为中蕴藏着巨大的人因失误风险，容易导致人因事件的发生。核电厂虽然已建立人员行为规范管理体系和良好行为标准库，并在相应的业务流程中明确了要求，但人因事件仍然不断发生，亟需引入新技术从技防的角度进一步规范和监测工作人员的行为，减少人因失误。
随着物联网技术、大数据技术、三维可视化技术等新技术的发展，可从技术防范角度出发，实现“事前提示、事中监控和事后分析”，通过分析人因失误模式，针对性的采取智能化技术防范措施，实现事前\事中\事后的全过程人员行为智能化管控，防止人因失误，确保核电厂安全稳定运行。
目前国内部分电厂已逐步开始搭建无线通讯网络，借助物联网技术、三维可视化技术、大数据技术等新技术进行人员行为智能化研究，针对这些智能化系统功能零散，不够体系化，缺乏统一的标准的问题，本方法所使用的核电厂防人因失误智能化系统结合核电厂工作任务需求，从人员行为规范和作业过程安全两个角度出发，采取人员定位技术、智能标签技术、视频智能监控技术等物联网技术实现人与设备的互联互通。
结合电厂需求分析内容，系统业务架构分为四个层次：边缘层、数据层、平台层、应用层，具体如附图1所示。该系统主要包括两部分，即个人移动应用终端和平台门户展示。个人移动应用终端主要由工作人员携带到现场，辅助其进行现场工作。平台门户主要用于监管人员在后台实时查看现场人员状态，掌握现场安全风险状况，在必要时给予技术支持。
发明内容
1.目的：
从人员行为规范和作业过程安全两个角度出发，以人员定位技术为核心，结合智能标签技术、视频智能监控技术和三维可视化技术，建立“核电厂防止人因失误智能化系统”，对人员行为过程实现动态管理。
2.技术方案：
一种核电厂防人因失误智能化系统，包括行为标准库，图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块，行为数据模块，行动终端和行为偏差预警模块；行为标准库和图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块进行数据交互；行为数据模块向图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块传输数据；移动终端向行为数据模块传输数据。
所述的图像识别模块，人员计算模块和行为大数据分析模块可以并行处理，上述三个模块向行为偏差预警模块传输数据。
所述的行为偏差预警模块向移动终端传输数据。
一种核电厂防人因失误智能化方法：包括步骤一：传输任务信息；步骤二：识别匹配；步骤三：测试计算距离；步骤四：行为采集分析；步骤五：对比分析。
所述的步骤一：传输任务信息，具体包括现场工作人员携带移动终端打开相应的模块执行运行或维修领域的任务；在执行任务过程中，产生的行为信息、任务数据、及时位置会通过现场搭建的网络传输到PC端后台管理系统中行为大数据分析模块中。
所述的步骤二：识别匹配，具体包括图像识别模块通过现场搭设的摄像头抓取实时图片，检测出人员后对人员行为进行一定范围图像截取，随后对图像进行灰度图、黑白图处理，再进行相应人员行为的特征提取，行为数据模块通过对不同人员的行为进行图片抓取来训练相应的行为模型，最后图像识别模块将实时人员行为与行为标准库中模型的特征进行匹配和识别。
所述的步骤三：测试计算距离，具体包括：三维模型下需要至少四个以上高精度扩展基站进行测距，定位标签向基站发送测距请求，行为数据模块将收集到的人员在空间中的坐标信息传输到人员定位计算模块；求出信号在空中单向传输时间，根据时间乘以速度等于距离公式，可计算出标签到基站的距离，从而得出人员的位置信息并传输到移动终端。
所述的步骤四：行为采集分析，具体包括：行为大数据分析模块，将行为数据模块采集到的行为数据关联性分析，与行为标准库中的行为进行对比，并结合现场实际工作任务进行人员行为趋势预测。
所述的步骤五：对比分析，具体包括：图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块将得到的行为数据进行相应的处理后与结构化的为标准库进行对比；若存在偏差，则行为偏差预警模块会结合现场实际任务给出人因风险预警提醒并推送至移动终端，并提供风险缓解措施的参考建议。
3.效果：
基于此方法的“核电厂防止人因失误智能化系统”功能所应用的场景是以核电厂工作任务为基础，借助人员行为位置信息、设备信息和三维可视化技术，以核电厂九大典型人因失误模式为指引，以减少现场人因安全事件为最终目标，系统功能与电厂工作前、工作中和工作后三个阶段进行一一应对。
附图说明
图1核电厂人员行为智能化系统业务架构图
图2防人因失误功能模块与人因失误类型对应关系图
图3本发明实施中的智能化系统组态图
具体实施方式
如图1所示，该系统边缘层，主要是无线网络管理、智能摄像头接入、标签传感器终端的接入以及接入后数据的传输和基础的边缘计算，数据形成标准数据后流入到数据层；数据层主要是对平台各类数据的汇聚、存储、解析等，结合大数据处理和分析，支持系统应用和展示；平台门户展示层配置基础的网络及设备，通过定位和摄像头可以远程实时了解人员行为状态，后台自动分析人员行为中存在的风险，从而实现平台的监控、管理和配置功能；个人移动终端应用层是系统中最重要部分之一，包括9大模块：隔离操作、工单任务、工前会、安全风险、路径导航、电子规程、工后会、远程支持、巡检辅助、一键呼救等功能。适用于辅助工作人员高效完成现场工作，防止人因失误。
在四个层次业务架构基础上，建立一套能够覆盖以上工作区域的无线网络，并搭建相应的系统终端感知设备，通过各种传感器对外部环境、人、物进行数据采集和传输。需要搭建的各类感知设备包括：智能移动终端、高精度定位基站、智能标签、无线网络摄像机。
该系统包括以下几个核心功能：
1)高精度人员定位信息及移动轨迹跟踪。通过布置无线定位环境，利用超宽带定位技术，对人员位置信息进行计算并记录，在三维图上进行位置轨迹信息展示，定位精度小于0.15米。
2)动态电子围栏功能。通过布置无线定位环境，利用超宽带定位技术，对关键敏感设备或区域进行逻辑计算，形成虚拟的围栏，当人员靠近时，实时进行授权信息计算和判断，适时给予告警或提醒。
3)基于图像识别的现场安全监督、违章监察。利用摄像头对人员图像进行抓取，利用图像识别技术识别不安全行为，并实时告警。
4)基于大数据的人员行为偏差预警功能。通过建立结构化人员行为数据库，利用大数据技术，对任务过程中的人员行为偏差趋势进行预测，并及时予以告警。
本方法提出了一套完整的核电厂防止人因失误人员行为智能化方法及软件，结合核电厂一线运行人员和维修人员工作行为模式，采取智能化措施防止人因失误，能够从根本上防止50％的人因事件的发生，大大提高核电厂生产业绩和安全水平。
考虑到空间模型的复杂性，本方法采用高精度三维定位技术，部署的基站要四个以上，在不同平面上安装高精度定位扩展基站，通过一系列的计算模型及方法计算求解标签位置，人员通过携带相应的移动终端和定位卡，即可实现高精度的定位。动态电子围栏、移动轨迹跟踪均是以三维定位技术为基础，通过该技术可实现工作前路线导航、设备/位置验证等防人因失误功能，工作中的典型违章识别防人因失误功能，工作后的巡检辅助、事件辅助调查分析等防人因失误功能。
利用图像视觉处理技术进行图像处理、分析和理解，以识别现场不同人因失误模式下的目标和对象，并对质量不佳的图像对应的场景进行一系列的增强或重建，以达到风险预警的效果。通过此技术可实现工作前的安全风险识别、路线导航等防人因失误功能，工作中的风险监测、典型违章识别、远程支持/观察指导等防人因失误功能，工作后的巡检辅助防人因失误功能。
人员行为大数据的偏差预警，以统计分析、聚类、预测、关系挖掘等为基础。
设计与建立核电厂人员行为分析等挖掘模型，从核电厂人员误操作设备、走错间隔、不安全工作习惯等角度进行数据关联性分析，设置各分析系统模块的分级指标和权重比例，深入剖析工作人员技能水平和工作习惯，最后建立以影像、图形、文本、语音等为对象的大数据分析安全预警管理模式，进行人员行为趋势预测。该技术可实现工作前的经验反馈推送防人因失误功能，工作中的现场风险监测与提醒防人因失误功能，工作后的事件辅助调查分析与反馈防人因失误功能。
综上，基于此方法的“核电厂防止人因失误智能化系统”的使用步骤涵盖核电厂工作前、工作中和工作后三个阶段，按照核电厂运行或维修领域的任务流程，参见附图2所示，对应可预防的九大类典型人因失误类型如下：
1)通过查看安全风险模块的风险地图，可以提前识别现场风险，可预防人因失误类型四：风险识别不足，关键敏感区域或设备缺少提醒或警示。
2)保证工前会按时召开，所有班组成员到齐，且人员具备相关资质，可预防人因失误类型六：工前会召开质量不高。
3)通过扫码确认设备信息，可防止现场未得到许可或超出已确定的工作区域进行操作，避免出现设备误操作情况，可预防人因失误类型一：未经许可或超出工作边界。
4)通过位置验证确认设备位置，可防止工作人员走错间隔误操作设备，可预防人因失误类型二：走错间隔。
5)通过远程支持模块，现场工作人员可与主控及时沟通，避免信息传递不到位，可预防人因失误类型七：信息沟通或传递失效。
6)在确认工作点之前，系统可通过图像识别功能判断工作人员是否有效佩戴安全保护措施，可预防人因失误类型九：安全风险分析不足，违章作业。
7)工作负责人可通过视频监控在PC端后台对现场工作过程进行监控(可预防人因失误类型三：现场作业过程缺少监护/监督)。
8)该APP能在关键步骤进行注意事项的提醒，需确认后才能进行该步骤操作。可预防人因失误类型五：未确认设备或未确认设备状态。
9)执行完每一步骤后需点击相应按钮进行确认，否则无法进行下一步操作，APP自动记录操作完成时间和位置信息。可预防人因失误类型八：未严格执行规程步骤，存在漏步或跳步。
参见附图3所示，整个系统包括行为数据模块、图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块、行为偏差预警模块、行为标准库以及移动终端。其中图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块可并行处理，整个系统的运转流程如下：
1)现场工作人员携带移动终端打开相应的模块执行运行或维修领域的任务。在执行任务过程中，所产生的一些行为信息、任务数据、及时位置等会通过现场搭建的网络及时传输到PC端后台管理系统中行为数据模块中。
2)图像识别模块通过现场搭设的摄像头抓取实时图片，检测出人员后对人员行为进行一定范围图像截取，随后对图像进行灰度图、黑白图处理，再进行相应人员行为的特征提取，行为数据模块通过对不同人员的行为进行图片抓取来训练相应的行为模型，最后图像识别模块将实时人员行为与行为标准库中模型的特征进行匹配和识别。
3)三维模型下需要至少四个以上高精度扩展基站进行测距，定位标签向基站发送测距请求，行为数据模块将收集到的人员在空间中的坐标信息传输到人员定位计算模块，求出信号在空中单向传输时间，根据时间乘以速度等于距离公式，可计算出标签到基站的距离，从而得出人员的位置信息并传输到移动终端。
4)行为大数据分析模块，将行为数据模块采集到的人员走错间隔、不安全工作习惯等行为数据关联性分析，与行为标准库中的行为进行对比，并结合现场实际工作任务进行人员行为趋势预测。
5)图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块将得到的行为数据进行相应的处理后与结构化的为标准库进行对比，若存在偏差，则行为偏差预警模块会结合现场实际任务给出人因风险预警提醒并推送至移动终端，并提供风险缓解措施的参考建议。
Claims (9)
1.一种核电厂防人因失误智能化系统，其特征在于：包括行为标准库，图像识别模块，人员定位计算模块，行为大数据分析模块，行为数据模块，行动终端和行为偏差预警模块；行为标准库和图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块进行数据交互；行为数据模块向图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块传输数据；移动终端向行为数据模块传输数据。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂防人因失误智能化系统，其特征在于：所述的图像识别模块，人员计算模块和行为大数据分析模块可以并行处理，上述三个模块向行为偏差预警模块传输数据。
3.根据权利要求2所述的一种核电厂防人因失误智能化系统，其特征在于：所述的行为偏差预警模块向移动终端传输数据。
4.一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：包括步骤一：传输任务信息；步骤二：识别匹配；步骤三：测试计算距离；步骤四：行为采集分析；步骤五：对比分析。
5.根据权利要求4所述的一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：所述的步骤一：传输任务信息，具体包括现场工作人员携带移动终端打开相应的模块执行运行或维修领域的任务；在执行任务过程中，产生的行为信息、任务数据、及时位置会通过现场搭建的网络传输到PC端后台管理系统中行为大数据分析模块中。
6.根据权利要求4所述的一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：所述的步骤二：识别匹配，具体包括图像识别模块通过现场搭设的摄像头抓取实时图片，检测出人员后对人员行为进行一定范围图像截取，随后对图像进行灰度图、黑白图处理，再进行相应人员行为的特征提取，行为数据模块通过对不同人员的行为进行图片抓取来训练相应的行为模型，最后图像识别模块将实时人员行为与行为标准库中模型的特征进行匹配和识别。
7.根据权利要求4所述的一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：所述的步骤三：测试计算距离，具体包括：三维模型下需要至少四个以上高精度扩展基站进行测距，定位标签向基站发送测距请求，行为数据模块将收集到的人员在空间中的坐标信息传输到人员定位计算模块；求出信号在空中单向传输时间，根据时间乘以速度等于距离公式，可计算出标签到基站的距离，从而得出人员的位置信息并传输到移动终端。
8.根据权利要求4所述的一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：所述的步骤四：行为采集分析，具体包括：行为大数据分析模块，将行为数据模块采集到的行为数据关联性分析，与行为标准库中的行为进行对比，并结合现场实际工作任务进行人员行为趋势预测。
9.根据权利要求4所述的一种核电厂防人因失误智能化方法，其特征在于：所述的步骤五：对比分析，具体包括：图像识别模块、人员定位计算模块、行为大数据分析模块将得到的行为数据进行相应的处理后与结构化的为标准库进行对比；若存在偏差，则行为偏差预警模块会结合现场实际任务给出人因风险预警提醒并推送至移动终端，并提供风险缓解措施的参考建议。
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