CN112163735A - 一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，包括数据采集层，用以提供底层采集数据的传输通道，采用自组网形式，实现底层的终端设备间的数据互通；数据传输层，用以底层的采集数据通过自组网传输至数据存储于挖掘平台，以高速无线网关为基础；推理应用层，用以数据的存储与挖掘、数据的风险集中管理、数据的集中分析与综合应用、应急指挥以及综合预警。本发明可实现，以智能可穿戴设备为基础，实现复杂环境下作业人员安全的集中管理，并提供安全状态的主动识别、主动提醒功能，提升复杂状态下安全管理水平。

Description

一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统
技术领域
本发明涉及信息技术领域，特别是涉及一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统。
背景技术
在安全管理中，人、机、料、法、环是影响安全管理效果的主要因素。人，指生产过程中的人员；机，生产过程所用的设备；料，指生产过程所使用的原材料；法，指生产过程所使用的方法；环，指生产过程中所处的环境。在核电厂的安全管理工作中，主要通过传统的人工的方法对上述环节进行管理，实现对安全状态的整体把控。其中，人的安全是安全管理的重中之重。
对人员的安全管理与防护主要以传统的劳保装备(安全帽、劳保服、劳保鞋、安全带等)为基础，通过培训、监督等方式实现工作人员正确使用劳保装备，从而实现对工作人员的安全管理。
市面上已经出现针对劳动保护的智能可穿戴产品，多以安全帽的形式展现，该类产品集成了摄像头、定位模块，加速度计和陀螺仪，该类产品能够完成视频音频信号的采集与传输、人员定位、运动状态监测等功能，有力弥补了传统劳保装备的局限性。
在现有智能劳保装备的数据传输过程中，多以WIFI、4G-LTE、蓝牙为主，实现数据自底层劳保装备至应用端的传输与存储。
在集中管理应用中，管理人员能够根据现场的数据，实现各类信息的统计与分类，并集中显示，从而实现了管理人员在远程对现场工作人员的集中监视，管理效率与信息获取的丰富程度有很大飞跃。
根据上述描述能够发现现有主流保护系统架构具有以下缺点：
1.在现有核电厂的安全管理系统中，人员安全仍然通过传统劳保装备实现；由于核电环境的复杂性，现有基于可穿戴计算的智能劳保装备难以直接应用至核电现场；
2.现有智能劳保装备仍以安全帽为主，监测数据维度不足，难以全面实现数据监测，无法全面反映人员的安全状态；
3.现有智能劳保装备的网络传输方式单一，网络传输的可靠性受外部网络的信号质量影响；
在采集数据的集中应用层面，缺乏信息的集中加工与挖掘，数据的深度应用有待大幅提高。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，解决针对核电厂等复杂工作环境的安全管理问题，以智能可穿戴设备为基础，如何在复杂环境下管理作业人员安全的技术问题。
本发明的一方面，提供一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，包括：
数据采集层，用以提供底层采集数据的传输通道，采用自组网形式，实现底层的终端设备间的数据互通；
数据传输层，用以底层的采集数据通过自组网传输至数据存储于挖掘平台，以高速无线网关为基础；
推理应用层，用以数据的存储与挖掘、数据的风险集中管理、数据的集中分析与综合应用、应急指挥以及综合预警。
进一步，所述数据采集层包括，智能终端设备，至少包括终端节点，用以采集需要检测的数据，将采集的数据输送给协调器；
协调器，用以管理相连自组网的数据，管理所有终端设备与协调器的数据通信；
底层网络，用以所有终端节点和协调器的数据通信。
进一步，所述协调器管理整个自组网，并对数据进行整理与清洗，并上传至高速无线网关，并管理与数据传输层的数据通信。
进一步，所述终端节点与终端设备内的其他设备相互组网，所述终端节点汇总终端设备内的所有数据，由所述终端节点统一完成单套可穿戴装备数据的上传与下发。
进一步，所述数据传输层包括高速无线/有线网关、核心交换机，所述数据采集层通过高速无线/有线网关和核心交换机与所述推理应用层进行数据交互。
进一步，所述推理应用层包括应用终端、综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器、数据存储与挖掘服务器，所述应用终端通过广域网连接所述综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器，所述风险管理平台服务器还分别连接所述数据存储与挖掘服务器、所述综合预警服务器以及应急指挥服务器。
进一步，所述数据存储与挖掘服务器对所述数据进行数据清洗、数据存储以及数据挖掘，所述数据清洗具体为对有效数据的整理与收集，在保证数据有效性的同时降低数据存储量；所述数据存储具体为根据数据清洗结果，对数据进行分类存储；所述数据挖掘具体为根据数据存储结果，进行数据分析，实现风险数据挖掘、历史风险数据挖掘和风险预测分析。
进一步，所述风险管理平台服务器根据数据挖掘的结果按实时风险、历史风险和风险预测进行分类并以可视化的形式显示；根据风险的类别及现场实时情况，发出报警信息，提示相关人员介入处理。
进一步，所述应急指挥服务器根据现场数据和挖掘结果进行应急指挥或综合预警，所述应急指挥具体为当发生事故时对全厂人员的指挥管理，包括救援路径规划、救援技能远程支援、应急指挥演练；所述综合预警具体为将报警信息传递至应急指挥平台或报警设备，进行风险状态的区域划分与特定人群报警。
进一步，所述终端节点直接和协调器相连，或者通过路由器以多跳的方式连接协调器。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的这种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，用于替换传统劳保装备，适用于核电、建筑、石化等工业现场等复杂的工业现场；
配备丰富的测量单元，可用于监测工作现场的环境、人员健康、实时定位等参数，数据维度丰富，可实现风险的主动识别与主动提醒，有效提升风险识别水平；
提供丰富的网络传输方式，具备根据不同通讯条件下灵活组网的能力，可实现复杂环境下数据传输功能，有效提升数据通信的可靠性和实时性；
具备海量数据的挖掘功能，可利用采集的数据进行深度挖掘，深度分析潜在的风险因素，提升风险挖掘能力，提升风险分析和风险管理水平；
形成完整的安全管理系统，提供完备的风险识别与提醒、预警、救援、风险应对策略等功能充分体现以人为本的管理理念，实现“被动安全”向“主动安全”的转变，弥补传统安全管理手段的不足，大幅提升管理水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明提供的基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统的结构示意图。
图2为本发明提供的智能终端设备的结构示意图。
图3为本发明提供的底层自组网的结构示意图。
图4为本发明提供的数据传输层的结构示意图。
图5为本发明提供的推理应用层的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明提供的一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统的一个实施例的示意图。在该实施例中，一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，包括：
数据采集层，用以提供底层采集数据的传输通道，实现底层的终端设备间的数据互通，自动实现底层可穿戴设备间的自组网，网络传输协议具有高度灵活性，低功耗性能突出，提供底层采集数据(环境数据、体征数据等)的可靠传输通道；
数据传输层，用以底层的采集数据通过自组网传输至数据存储于挖掘平台，以高速无线网关为基础；
推理应用层，用以海量数据的存储与挖掘、数据的风险集中管理、数据的集中分析与综合应用、应急指挥以及综合预警，以海量数据存储于挖掘为基础，实现风险集中管理、集中分析与综合应用，包含但不限于应急指挥、综合预警等。
具体的，所述数据采集层至少包括终端设备，所述终端设备内至少包括终端节点，用以采集需要检测的数据，将采集的数据输送给协调器，所述终端节点与终端设备内的其他设备相互组网，所述终端节点汇总终端设备内的所有数据，由所述终端节点统一完成单套可穿戴装备数据的上传与下发；协调器，用以管理相连自组网的数据，管理所有终端设备与协调器的数据通信，所述协调器管理整个自组网，并对数据进行整理与清洗，并上传至高速无线网关，并管理与数据传输层的数据通信；底层网络，用以所有终端节点和协调器的数据通信。
具体一个实施例中，如图2所示，所述数据采集层由智能可穿戴设备(终端设备)和协调器组成，智能可穿戴设备包括智能安全帽、劳保鞋、智能耳塞、护目镜、智能劳保服。智能安全帽(终端节点)是单套智能可穿戴设备的核心，其他可穿戴设备首先和智能安全帽组网，然后由智能安全帽统一完成单套可穿戴装备数据的上传与下发。所述协调器是单个自组网的核心，其由两部分功能组成：完成整个自组网的数据管理，实现所有终端与协调器的数据通信；实现单个自组网与数据传输层的数据通信。
如图3所示，底层自组网终端节点(安全帽)可以直接和协调器相连，也可以通过其他路由器(安全帽)以多跳的方式和协调器相连，从而实现所有安全帽与协调器的数据通信；协调器管理整个自组网，并对数据进行数据整理与清洗，并上传至高速无线网关。
具体的，如图4所示，所述数据传输层包括高速无线/有线网关、核心交换机，所述数据采集层通过高速无线/有线网关和核心交换机与所述推理应用层进行数据交互。
具体的，所述推理应用层包括应用终端、综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器、数据存储与挖掘服务器，所述应用终端通过广域网连接所述综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器，所述风险管理平台服务器还分别连接所述数据存储与挖掘服务器、所述综合预警服务器以及应急指挥服务器。
所述数据存储与挖掘服务器对所述数据进行数据清洗、数据存储以及数据挖掘，所述数据清洗具体为对有效数据的整理与收集，在保证数据有效性的同时降低数据存储量；所述数据存储具体为根据数据清洗结果，对数据进行分类存储；所述数据挖掘具体为根据数据存储结果，进行数据分析，实现风险数据挖掘、历史风险数据挖掘和风险预测分析。
所述风险管理平台服务器根据数据挖掘的结果按实时风险、历史风险和风险预测进行分类并以可视化的形式显示；根据风险的类别及现场实时情况，发出报警信息，提示相关人员介入处理。
所述应急指挥服务器根据现场数据和挖掘结果进行应急指挥或综合预警，所述应急指挥具体为当发生事故时对全厂人员的指挥管理，包括救援路径规划、救援技能远程支援、应急指挥演练；所述综合预警具体为将报警信息传递至应急指挥平台或报警设备，进行风险状态的区域划分与特定人群报警。
具体一个实施例中，如图5所示，推理应用层以数据存储与挖掘为基础，风险管理平台服务器深度分析当前的人员状态风险、环境风险，向应急指挥服务器给出安全管理建议；以数据挖掘的结果为基础，形成风险管理平台，并提供应急指挥与综合预警服务，推理应用层将推理结果送入云端，便于远程用户在线使用。
所述数据存储与挖掘服务器对所述数据进行数据清洗、数据存储以及数据挖掘的具体过程为，数据清理包括数据采样、有效性判断等，实现有效数据的整理与收集，在保证数据有效性的同时降低数据存储量，实现数据源信息的优化与整合；数据存储时，根据数据清洗的结果，对数据进行分类存储，优化数据存储结构，便于挖掘阶段海量数据的快速读取；数据挖掘时，以数据存储的结果为基础，进行海量数据的挖掘工作，挖掘内容包含实时风险数据挖掘、历史风险数据挖掘和风险预测分析，为上层应用提供结论支撑。
所述应急指挥服务器以现场数据和挖掘结果为基础，实现现场发生事故时全厂人员的指挥管理，具备救援路径规划、救援技能远程支援、应急指挥演练等功能；以现场数据和挖掘结果为基础，将报警信息传递至应急指挥平台、厂区声响报警、人员穿戴设备等，实现风险状态的区域化与特定人群报警，便于风险信息的快速传递。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的这种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，用于替换传统劳保装备，适用于核电、建筑、石化等工业现场等复杂的工业现场；
配备丰富的测量单元，可用于监测工作现场的环境、人员健康、实时定位等参数，数据维度丰富，可实现风险的主动识别与主动提醒，有效提升风险识别水平；
提供丰富的网络传输方式，具备根据不同通讯条件下灵活组网的能力，可实现复杂环境下数据传输功能，有效提升数据通信的可靠性和实时性；
具备海量数据的挖掘功能，可利用采集的数据进行深度挖掘，深度分析潜在的风险因素，提升风险挖掘能力，提升风险分析和风险管理水平；
形成完整的安全管理系统，提供完备的风险识别与提醒、预警、救援、风险应对策略等功能充分体现以人为本的管理理念，实现“被动安全”向“主动安全”的转变，弥补传统安全管理手段的不足，大幅提升管理水平。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于可穿戴计算的核电厂智慧安全管理系统，其特征在于，包括：
数据采集层，用以提供底层采集数据的传输通道，采用自组网形式，实现底层的终端设备间的数据互通；
数据传输层，用以底层的采集数据通过自组网传输至数据存储于挖掘平台，以高速无线网关为基础；
推理应用层，用以数据的存储与挖掘、数据的风险集中管理、数据的集中分析与综合应用、应急指挥以及综合预警。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集层至少包括终端设备，所述终端设备内至少包括终端节点，用以采集需要检测的数据，将采集的数据输送给协调器；
协调器，用以管理相连自组网的数据，管理所有终端设备与协调器的数据通信；
底层网络，用以所有终端节点和协调器的数据通信。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述协调器管理整个自组网，并对数据进行整理与清洗，并上传至高速无线网关，并管理与数据传输层的数据通信。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述终端节点与终端设备内的其他设备相互组网，所述终端节点汇总终端设备内的所有数据，由所述终端节点统一完成单套可穿戴装备数据的上传与下发。
5.权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据传输层包括高速无线/有线网关、核心交换机，所述数据采集层通过高速无线/有线网关和核心交换机与所述推理应用层进行数据交互。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述推理应用层包括应用终端、综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器、数据存储与挖掘服务器，所述应用终端通过广域网连接所述综合预警服务器、风险管理平台服务器、应急指挥服务器，所述风险管理平台服务器还分别连接所述数据存储与挖掘服务器、所述综合预警服务器以及应急指挥服务器。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据存储与挖掘服务器对所述数据进行数据清洗、数据存储以及数据挖掘，所述数据清洗具体为对有效数据的整理与收集，降低数据存储量；所述数据存储具体为根据数据清洗结果，对数据进行分类存储；所述数据挖掘具体为根据数据存储结果，进行数据分析，实现风险数据挖掘、历史风险数据挖掘和风险预测分析。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述风险管理平台服务器根据数据挖掘的结果按实时风险、历史风险和风险预测进行分类并以可视化的形式显示；根据风险的类别及现场实时情况，发出报警信息，提示相关人员介入处理。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述应急指挥服务器根据现场数据和挖掘结果进行应急指挥或综合预警，所述应急指挥具体为当发生事故时对全厂人员的指挥管理，所述综合预警具体为将报警信息传递至应急指挥平台或报警设备，进行风险状态的区域划分与特定人群报警。
10.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述终端节点直接和协调器相连，或者通过路由器以多跳的方式连接协调器。
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