摘要：隨著安全生產智能化水平提升，傳統鎖具在防誤等方面的局限凸顯。本文提出智能化作業安全系統，運用“互聯網+物聯網”技術，實現調水全流程數字化管控。實踐表明，該系統大幅提升了作業安全與效率，為調水工程安全管理提供了高效解決方案。
關鍵詞：智能化技術；作業安全；系統架構；物聯網
doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.01.017
中圖分類號：TP 39" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）01-00-03
Research on the Architecture of an Operation Safety System Based on Intelligent Technology
WANG Lang， LIU Yongfei， WU Shuhai， CAI Hao
（Guangdong Yuegang Water Supply Co.， Ltd.， Shenzhen 518021， China）
Abstract： With the enhancement of intelligent safety production，the limitations of traditional locks in areas such as error prevention have become apparent. This paper proposes an intelligent operation safety system that utilizes \"Internet + IoT\" technology to achieve full-process digital control. Practice has shown that this system significantly improves operation safety and efficiency，providing an efficient solution for the safety management of water diversion projects.
Keywords： intelligent technology; operation safety; system architecture; Internet of Things （IoT）
1" "工程作業安全管理現狀分析
當前，工程作業安全管理面臨多重挑戰。傳統機械式鎖具在防誤、能量隔離和臨時地線管理方面存在局限；在倒閘操作中，操作票與防誤閉鎖系統數據未打通，增加風險；檢修作業缺乏強制閉鎖手段，邊界設備閉鎖不足；臨時接地線狀態無法實時監測；鎖具和鑰匙管理困難，開鎖記錄缺乏信息化管理[1]。這些問題影響了作業安全和效率。利用智能化技術構建全面的作業安全系統，整合新技術，可實現系統無縫對接，開發實時監測技術，構建全流程數字化管控平臺。此外，隨著調水工程規模的不斷擴大和技術的日益復雜，傳統的安全管理模式已難以滿足現代化調水工程的需求。人為因素仍然是安全事故的主要原因之一，操作人員的疲勞、注意力不集中等問題時有發生。同時，設備老化和維護不當也增加了系統故障的風險。在信息化建設方面，雖然許多工程已經引入了一些自動化系統，但這些系統往往是孤立的，缺乏有效的整合，導致信息共享和協同決策效率低下。此外，在面對突發事件時，現有的應急響應機制往往反應滯后，難以實現快速有效的處置。
2" 智能化作業安全系統架構設計
2.1 系統總體架構
本系統采用泛在物聯網平臺層設計，基于B/S和移動App構建。架構包括數據感知層、網絡傳輸層和應用服務層。數據感知層由RFID標簽、智能鎖具等組成，實現數據采集。網絡傳輸層利用以太網和Wi-Fi，確保數據實時傳輸。應用服務層負責數據處理和決策支持。系統采用分布式架構，保證高并發處理能力和可擴展性。主要性能指標包括低負荷率、高設備管理數量和快速響應時間。支持與其他業務系統集成，實現操作交互一體化。
2.2 核心子系統架構設計
該系統由四大核心子系統構成：倒閘操作管控子系統、檢修作業管理子系統、智能地線管理子系統以及智能鎖控管理子系統。各子系統各司其職，又緊密相連。一是倒閘操作管控子系統采用模塊化設計，具有圖形開票、智能生成操作票、操作序列制定及模擬預演等功能，確保操作精準無誤。二是檢修作業管理子系統注重安全與可追溯性，包含圖形化工作票開具、檢修隔離票生成、強制閉鎖及檢修掛牌等模塊，全面保障檢修過程的安全與有序。三是智能地線管理子系統以實時監測與智能控制為核心，實現地線的定置管理、授權使用及狀態實時監測性，確保地線管理的智能化與安全性。四是智能鎖控管理子系統則注重安全與便捷性，集成智能鑰匙管理、鎖芯控制及授權管理等功能，為作業過程提供全面的鎖控安全保障[2]。這四大子系統通過統一的數據交換平臺實現信息共享與協同作業，形成高度集成的作業安全系統架構。系統采用高性能處理器，支持大規模鑰匙管理，并具備豐富的操作記錄存儲能力，確保系統的高效穩定運行。各子系統間深度融合，實現無縫銜接與全過程安全管控，有效降低安全風險，提升作業效率。
2.3 系統集成與數據流設計
系統集成采用統一的數據交換平臺，實現四個核心子系統之間的信息共享和協同工作。數據流設計遵循“數據一次采集、多次使用”原則，避免信息孤島。倒閘操作管控子系統的操作票數據可直接流轉至檢修作業管理子系統。智能地線管理子系統的實時狀態信息與倒閘操作管控和檢修作業管理子系統緊密關聯。智能鎖控管理子系統的授權信息貫穿整個作業流程，與其他三個子系統深度集成，實現全過程的安全管控。
2.4 系統安全性設計
系統安全性設計采用多層防護策略。在網絡層面，通過物理隔離裝置實現與生產控制大區的安全隔離。在應用層面，采用基于角色的訪問控制模型，實現精細化的權限管理。數據傳輸采用加密通信，確保信息傳輸安全。系統設計了完善的日志審計機制，記錄所有關鍵操作，支持事后追溯。在設備層面，智能鎖具采用高安全C級防盜鎖芯，電腦鑰匙具備“黑匣子”功能。整個系統的安全設計充分考慮了電力行業的特殊需求，確保作業過程的安全可控。
3" "關鍵技術實現
3.1 物聯網感知技術在作業安全
中的應用
系統采用多種物聯網感知技術。智能鎖具使用高安全C級防盜鎖芯，內置唯一ID，編碼值大于等于65 000。RFID技術用于鎖具和地線識別。智能地線檢測裝置支持Wi-Fi通信，可識別小于等于4 096個RFID探頭。設備采用優質材料，適應極端環境。智能地線樁具高耐受電流能力[3]。電腦鑰匙采用無線采碼技術，具有“黑匣子”功能，數據長期保存，續航能力強。
3.2 數據傳輸與處理技術
系統采用多層次數據傳輸與處理技術，利用以太網和Wi-Fi網絡實現數據實時傳輸，確保通信穩定性。系統與生產監控系統通過正向物理隔離裝置通信，遵循“電監安全〔2006〕34號”規定，保障數據安全。數據處理采用32位或64位高性能處理器，提高計算效率。智能管理主機支持以太網、RS-485通信方式，數據傳輸速率可達19 200 bps。系統性能指標包括：服務器主機負荷率小于等于20%，內存占用率小于等于60%，管理設備數量大于等于65 535個。PC端Web頁面響應時間小于等于2 s，安全管控判斷響應時間小于等于2 s，客戶端并發連接數大于等于20。這些技術保證了系統的高效性和可擴展性。系統還采用了先進的數據壓縮和緩存技術，以優化數據傳輸效率和響應速度。對于大量重復性高的數據，如設備狀態信息，采用增量更新方式，僅傳輸發生變化的數據，顯著減少網絡帶寬占用。同時，系統引入了邊緣計算技術，在數據源頭進行初步處理和分析，減輕中央服務器的負擔，提高系統的實時性和可靠性。此外，為應對可能的網絡中斷情況，系統設計了本地數據緩存機制，確保在網絡恢復后能夠自動同步數據，保證數據的完整性和一致性。表1列出了系統的主要性能指標。
3.3 人機交互技術優化
本系統集成多項智能分析與決策技術，提高智能化水平和決策效率。倒閘操作管控子系統支持智能開票，自動解析工作票安全措施，創建隔離閉鎖任務。系統使用自然語言處理和機器學習技術分析工作票，生成任務清單并進行邏輯驗證。檢修作業管理子系統支持智能安措生成和工作票變更[4]。智能地線管理子系統通過RFID技術實現實時監測和校核管控，評估風險并觸發告警。智能鎖控管理子系統支持多種授權解鎖模式，具備自動監控和故障檢測功能。這些技術為作業安全提供全面保障。
4" "系統性能評估與分析
4.1 安全性能提升分析
系統顯著提升作業安全性。倒閘操作管控子系統減少不按票操作風險，測試顯示自動生成操作序列準確率高。智能地線管理子系統大幅減少地線錯掛、漏掛事件。智能鎖控管理子系統具有抗破解和可靠性測試功能，非法開鎖概率極低[5]。檢修作業管理子系統試運行數據顯示誤操作事件減少。全流程數字化記錄提升了安全事故分析能力。整體評估顯示安全事故發生率顯著下降。
4.2 作業效率提升評估
智能化作業安全系統使調水工程效率顯著提升。系統優化票據編制，利用智能模板和自動填充方式簡化流程，減少重復勞動。操作序列校核借助智能算法，提速又增強錯誤識別。安全措施制定得益于系統智能建議和歷史數據分析，更快速全面。遠程操作功能大幅縮減現場往返，遠程站點管理效率尤為突出。在應急響應方面，實時監控與快速信息傳遞確保問題即時發現、迅速處理。智能調度優化人力分配，提升資源利用率。效率提升不僅節省時間，更在保證安全前提下提高作業質量和準確性。全方位的效率飛躍，為調水工程安全穩定運行奠定了堅實技術基礎，有力保障了工程高效順暢運行。
4.3 系統可靠性與穩定性測試
系統經嚴格測試。服務器30天滿負荷測試符合要求。65 535設備同時接入時響應穩定。設備在極端環境下正常工作。電腦鑰匙跌落測試完好率高。智能地線檢測裝置短路測試性能穩定。斷電情況下UPS支持時間充足。高并發測試響應時間穩定。長期運行測試MTBF超50 000小時，遠超行業標準，證明系統高度可靠穩定。
5" "工程應用案例研究
本系統在廣東省某大型調水工程中成功應用。該工程涉及多個泵站和數十千米輸水管線，安全作業管理復雜。系統部署后，倒閘操作和檢修作業的安全性顯著提高，誤操作事件減少85%。智能地線管理降低了觸電風險，提高了作業效率。智能鎖控管理加強了關鍵設備的訪問控制。系統的數據分析功能助力管理層優化作業流程，使整體作業效率提升40%。該案例證明了系統在大型水利工程中的實用性和有效性。
6" "結束語
基于智能化技術的作業安全系統架構為東深供水工程的安全管理提供了創新性解決方案。通過整合物聯網、大數據分析等先進技術，該系統實現了作業過程的全面感知、實時監控和智能決策。實踐表明，該系統不僅顯著提高了作業安全性，還大幅提升了工作效率。未來，隨著技術的不斷進步和經驗的積累，該系統架構有望在更多調水工程中得到推廣應用，為推動調水工程安全管理的智能化發展做出重要貢獻。■
參考文獻
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[5] 潘國喬．人工智能技術在水利管理中的應用[J]．智能城市，2024，10（03）：61-63．
作者簡介：汪" "朗（1992—），男，漢族，安徽宿松人，工程師，碩士，研究方向為水利信息化與自動化。
劉勇飛（1990—），男，漢族，湖南衡陽人，助理工程師，大學本科，研究方向為水利信息化與自動化。
吳樹海（1990—），男，漢族，廣東梅州人，工程師，大學本科，研究方向為水利信息化與自動化。
蔡" " 浩（1976—），男，漢族，廣東清遠人，助理工程師，大學本科，研究方向為泵站自動控制與信息化。
