郭宇平　鄭育君　李平川

摘? 要：21世紀海上絲綢之路建設是我國實現(xiàn)中華民族偉大復興的重大戰(zhàn)略部署，同時也是推進全球貿易發(fā)展的重大舉措。數(shù)據(jù)顯示，當前世界貿易商品的80%由船舶運輸完成。而港口是組成航運重要的一部分，港口行業(yè)作業(yè)環(huán)境復雜，如何確保港口行業(yè)的作業(yè)安全顯得尤為重要。該文提出利用基于無源、無線充電及無線載波通信技術的智能鎖控技術，結合系統(tǒng)邏輯閉鎖功能，依托互聯(lián)網(wǎng)和云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)港口行業(yè)特殊空間生產作業(yè)過程的流程化管控，減少特殊空間作業(yè)安全風險，避免安全管控不當引發(fā)安全事故，從而保障港口行業(yè)特殊空間作業(yè)的安全。

關鍵詞：無源鎖? ?安全性能? ?特殊空間作業(yè)安全管控? ?一體化智能安全終端

中圖分類號：TM73? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）09（b）-0050-04

Feasibility of Applying Passive Lock Safety Control System to Special Space Operation in Port Industry

GUO Yuping1? ZHENG Yujun1? LI Pingchuan2

（1.Xiamen Area of China（Fujian）Pilot：Free Trade Zone Port Power Supply&Tech Co.， Ltd.， Xiamen， Fujian Province， 361000 China; 2.Washu （Xiamen） Information Co.， Ltd.， Xiamen， Fujian Province， 361015? China）

Abstract： The construction of the 21st century Maritime Silk Road is not only a major strategic deployment for China to achieve the great rejuvenation of the Chinese nation， but also a major measure to promote the development of global trade. Data show that 80% of the current world trade commodities are transported by ships. Port is an important part of shipping， and the operation environment of port industry is complex. How to ensure the operation safety of port industry is particularly important. This paper proposes to use the intelligent locking technology based on passive， wireless charging and wireless carrier communication technology， combined with the system logic locking function， and relying on the Internet and cloud data to realize the process control of the production and operation process in special space of port industry， reduce the safety risk of special space operation， and avoid safety accidents caused by improper safety control， so as to ensure the safety of special space operation in port industry.

Key Words： Passive lock; Safety performance; Safety control of special space operation; Integrated intelligent security terminal

港口行業(yè)特殊空間作業(yè)，指的是港口行業(yè)的作業(yè)人員進入有限空間或存在較大安全風險的空間實施的作業(yè)活動。其中，有限空間作業(yè)，是指在封閉或半封閉的空間內進行作業(yè)，由于空氣對流不暢通，很容易缺氧，或積聚高濃度有害物質，進而引發(fā)中毒、窒息等癥狀;而港口行業(yè)特殊空間作業(yè)，泛指因存在安全風險，需要進行嚴格授權管控的作業(yè)，例如：港區(qū)電力、通信、給排水系統(tǒng)的地下工井、地下管廊，港區(qū)污水系統(tǒng)的收集池、污液池、污水車間，港區(qū)電網(wǎng)的配電室、環(huán)網(wǎng)柜、岸電箱、光伏發(fā)電站、儲能站、高壓鐵塔，港區(qū)消防系統(tǒng)的密閉水池，港區(qū)的危險品庫、油罐、化學品罐、燃料撬裝站，這些均屬于存在較大安全風險的特殊空間作業(yè)區(qū)域。

特殊空間作業(yè)日常安全管控不嚴，可能會導致嚴重的安全事故，事故類型主要是中毒和窒息，以及火災、爆炸、高處墜落、機械傷害、觸電等，這些事故的發(fā)生，給人民的生命和財產造成了巨大損失，社會影響惡劣。如何利用現(xiàn)代科技智能化手段，加強對港口行業(yè)特殊空間作業(yè)風險管控，落實“安全第一、預防為主”的方針，避免發(fā)生惡性安全事故，對于構建平安和諧社會具有重要的現(xiàn)實意義。

現(xiàn)如今，各種傳統(tǒng)門鎖/掛鎖已經(jīng)無法滿足港口行業(yè)對有限空間管控的需求，因為需要現(xiàn)場作業(yè)人員隨時攜帶物理鑰匙，且安全性不高，所以需要在用戶識別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。該文主要介紹一款由廈門自貿片區(qū)港務電力有限公司和華數(shù)（廈門）信息有限公司聯(lián)合研發(fā)的“基于無源鎖控及動態(tài)密鑰技術的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”（以下簡稱“系統(tǒng)”），該系統(tǒng)通過手機配合配套的App使用，即可通過手機將智能鑰匙和門鎖建立藍牙連接，徹底解決了行業(yè)管理掛鎖和鑰匙的難題，也解決了傳統(tǒng)藍牙掛鎖換電池麻煩的問題。同時監(jiān)測特殊空間內的環(huán)境、空氣中氣體的含量，當特殊空間內的環(huán)境不滿足作業(yè)條件時，鑰匙無法打開鎖具。這將統(tǒng)一通過后臺管理，統(tǒng)一授權，責任到人，從而讓港口行業(yè)特殊空間作業(yè)人員的人身、企業(yè)的財產安全得到更好的保障。在大幅降低人力成本的同時，又提高了工作效率和各類鎖的安全要求。

1? 系統(tǒng)組成介紹

該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務管理中心、管理工作站、移動智能終端、智能無源鎖、有限空間監(jiān)測終端這5個部分組成。

1.1 數(shù)據(jù)服務管理中心

數(shù)據(jù)服務管理中心是系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集中化管理，動態(tài)加密授權運算，及數(shù)據(jù)邏輯關系管理等基礎服務。

1.2 管理工作站

1.2.1 系統(tǒng)管理交互工具集合，采用B/S架構設計

工作站由前臺操作界面、后臺網(wǎng)絡服務程序和MySQL數(shù)據(jù)庫3個部分組成。前臺程序是由QT編寫的用戶交互界面，用于參數(shù)的設置、權限控制、用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理等操作。用戶界面直觀且操作簡單，內容簡潔明了[1]。后臺服務一個基于現(xiàn)代C++的高性能多線程并發(fā)網(wǎng)絡服務器程序，采用IO多路復用的多事件循環(huán)多線程并發(fā)模型，支持大并發(fā)量連接，可同時處理10K以上連接數(shù)。程序以Windows后臺服務的方式運行，集成OpenSSL庫，確保通行安全。采用國際高性能的M0+處理器作為核心處理器進行鎖頭的管理和數(shù)據(jù)處理，采用128bit長度加密密鑰進行加密和SRP6加密登陸方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密傳輸，保證了整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定可靠。

1.2.2 管理人員可通過該工具進行操作

此系統(tǒng)解決了目前工作中開操作票后，無法掌握現(xiàn)場工作人員的具體操作對象、操作時間、完成后或者下班后的有限空間門禁的狀態(tài);解決了普通鎖對應鑰匙多且管理復雜，鑰匙丟后有被誤使用風險的問題。

1.3 移動智能終端

智能移動終端是現(xiàn)場操作人員的設備，通過移動通信網(wǎng)絡與后臺進行數(shù)據(jù)交互，通過無線攜能通信技術與智能鎖的進行數(shù)據(jù)交互，是后臺與智能鎖之間的數(shù)據(jù)橋梁[2]。根據(jù)終端的配置情況，可分為分體式與一體式兩種。

1.3.1 分體式

分體式由智能手機和智能鑰匙兩個部分構成，可充分利用操作人員已有的智能手機訪問系統(tǒng)，降低系統(tǒng)的使用成本，也是目前主流應用。

1.3.2 一體式

定制化的移動智能終端，集成了智能鑰匙的功能，使用及維護便捷性更高。

1.3.3 智能鑰匙

智能鑰匙是為解決智能手機與智能無源鎖之間的交互而設計的專用工具，其采用自主知識產權的無線攜能通信技術，為智能鎖提供工作電源、獲取智能鎖狀態(tài)，傳遞開關鎖操作指令。

1.3.4 手機App

手機App是該系統(tǒng)提供給現(xiàn)場操作人員使用的應用軟件，運行于智能移動終端，支持Andriod/IOS系統(tǒng)。采用并行任務和多線程模式，利用手機的藍牙功能與鑰匙中的藍牙模塊進行數(shù)據(jù)交互，并通過鑰匙中的通信模塊實現(xiàn)與鎖頭數(shù)據(jù)進行交互;利用手機的移動互聯(lián)網(wǎng)功能，采用SRP6的登陸主站方式與主站管理系統(tǒng)進行登陸數(shù)據(jù)交互完成登陸驗證，并且利用手機聯(lián)網(wǎng)功能將鎖頭中的信息和數(shù)據(jù)與主站管理系統(tǒng)中進行實時交互和驗證[3]，就需要對手機藍牙模塊和數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)等功能進行很好的調用和管理，減少手機內存資源占用。可實現(xiàn)系統(tǒng)訪問認證、用戶管理、組織管理、授權管理、開關鎖操作和記錄查詢功能。

1.4 有限空間監(jiān)測終端

有限空間監(jiān)測終端（物聯(lián)終端）集成震動傳感器、磁干擾檢測傳感器、溫濕度傳感器、柜門傳感器、輸出控制口、攝像頭，是對有限空間環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)物聯(lián)終端與智能鎖和各傳感器的數(shù)據(jù)轉換。

2? 系統(tǒng)功能

2.1 操作人員管理

通過操作人員注冊賬號及管理人員審批的方式實現(xiàn)對操作人員的管理，并可實現(xiàn)部門化、角色化管理?？赏ㄟ^管理人員在管理工作站批量創(chuàng)建賬號或操作人員在手機App端注冊實現(xiàn)[4]。

2.2 設備管理

設備和權限模塊包括手機藍牙及相關藍牙設備的連接、控制和檢測功能。用戶先進行賬戶驗證，通過后，再用手機或其他終端進行藍牙檢測，當藍牙功能開啟，將會提示藍牙被授予權限，如果用戶拒絕，將會退出系統(tǒng)。用戶同意后，即可進行開鎖功能，用戶點擊開鎖后，系統(tǒng)進入智能開鎖界面，用戶找到匹配的門鎖藍牙，點擊連接，即可進行連接。實現(xiàn)對現(xiàn)場設備與智能鎖的綁定登記，在注冊的同時實現(xiàn)對設備地理信息的采集，為后續(xù)運維提供基本信息。

2.3 授權管理

根據(jù)實際管理需要，可實現(xiàn)設備、操作人員、操作時間這3個維度的組合授權管理操作。在第三方系統(tǒng)支持的情況下，也可進行工單綁定授權，實現(xiàn)精細化、流程化管控的效果。

（1）授權管理功能系統(tǒng)具備兩種授權功能，分別為固定授權和臨時授權。固定授權指在鑰匙內固化工作人員信息和開鎖范圍信息，工作人員攜帶電腦鑰匙可直接對設備鎖具進行開鎖操作。臨時授權指由管理人員授權開鎖范圍和開鎖時效，工作人員攜帶授權鑰匙操作授權鎖具[5]。

（2）遠程信息交互配網(wǎng)工作方式下，服務器/工作站與電腦鑰匙通過GPRS方式傳遞信息，工作人員可在任何位置接收任務票，并在開鎖完成后通過GPRS方式自動發(fā)送開鎖結果至服務器，工作人員不用每次都返回主控室回傳操作信息。

（3）人員權限管理工作人員的角色配置為管理員、專工、值班長、值班員和外部人員等，不同角色配置不同的操作權限，管理員級別最高，可以設置、更改其他人員的權限。

（4）開鎖記錄查詢服務器/工作站中，詳細記錄了開鎖人、開鎖時間、開鎖設備等信息，可以查詢開鎖記錄數(shù)據(jù)，可選擇開鎖人、時間段、設備名等檢索方式。鑰匙中保存了開鎖記錄追憶數(shù)據(jù)，用戶無法刪除。

（5）設備數(shù)據(jù)管理設備的相關信息儲存于服務器/工作站，包括設備名稱、鎖碼、設備位置和關聯(lián)設備信息等內容，采用圖形方式直接顯示在軟件界面上。設備可按照地理位置、設備類型以及用戶使用習慣等分類[6]。

2.4 開關鎖記錄管理

自動記錄每一次的開關鎖操作，包括設備、人員、時間、地點等相關信息，實現(xiàn)操作可追溯的管理效果，也可作為后續(xù)管理分析的基礎。

3? 主要應用場景介紹

3.1 港口區(qū)域電力及通信地下工井、地下管廊的管制

港區(qū)電力及通信地下工井、地下管廊入口的上鎖井蓋，臨近海邊數(shù)量眾多，因成本限制大多數(shù)無法實現(xiàn)電源及通信線的接入，日常管理中這些鎖具的開關狀態(tài)無法自動監(jiān)測，且普通鎖具防鹽霧性能較差損壞率高，故難以進行管控。無關人員可輕易進入，一旦進入則可能造成人員傷亡或設備損壞的安全事故。

港區(qū)地下工井、管廊、水池等相對密閉空間的巡檢或維護，人員進入前，必須嚴格履行強制通風、氧氣濃度檢測等程序。這些確保作業(yè)安全的流程基本上靠員工的自覺及自我安全意識，有時會因緊急搶修而忽略，存在較大的危險因素。

現(xiàn)可以運用“無源鎖控及動態(tài)密鑰技術的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”的作業(yè)程序，該程序強制通風動作及氧氣檢測等安全行為與門鎖綁定，不履行應有的安全動作，未經(jīng)允許門鎖就無法打開，以此實現(xiàn)特殊空間作業(yè)的本質安全[7]。

3.2 港區(qū)電力環(huán)網(wǎng)柜、配電室、高壓岸電裝置的管制

遍布港區(qū)的電力環(huán)網(wǎng)柜、配電室、高壓岸電裝置，數(shù)量眾多，日常巡檢的頻率較高，管理員需要擁有數(shù)量眾多的門鎖鑰匙，有時為了倒班交接圖方便，這些鑰匙放在公共處所，領用登記靠自覺，存在一定的管理漏洞。

現(xiàn)采用該系統(tǒng)，就能實現(xiàn)每個站點的開鎖密碼不同的前提下，一把智能鑰匙覆蓋片區(qū)的所有站點。同時，管理者可以通過電腦或手機端實現(xiàn)遠程密碼動態(tài)授權。

3.3 港區(qū)光伏發(fā)電站、危險貨品庫的管制

港區(qū)光伏發(fā)電站、危險貨品庫，均需進行管控，站點出入口必須采用鎖控或門禁，防止無關人員進入，進入站點巡檢及維護人員必須持證上崗、進入之前須向主管部門申請，審核通過后才能進入管制區(qū)域。傳統(tǒng)鑰匙可復制，難以做到嚴防死守，且申請進入管制區(qū)域的流程需要的時間較長，影響工作效率。

現(xiàn)采用該系統(tǒng)，可實現(xiàn)每個站點的開鎖密碼不同的前提下，一把鑰匙覆蓋片區(qū)的所有站點。工作人員可以通過手機App申請進入管制區(qū)域，同時管理者可以通過電腦或手機端實現(xiàn)遠程密碼動態(tài)授權，節(jié)省了審批時間，提高了工作效率。另一方面也讓開鎖關鎖的電子記錄作為日常巡檢的“巡檢記錄”。

4? 結語

“基于無源鎖控及動態(tài)密鑰技術的港口行業(yè)特殊空間作業(yè)安全管控系統(tǒng)”通過科技創(chuàng)新手段，研制一種集傳感、通信、無源鎖控功能的一體化智能終端，并結合作業(yè)流程和管理規(guī)范開發(fā)一套安全管控系統(tǒng)，實現(xiàn)對港口行業(yè)特殊空間作業(yè)許可權限管理，有效地防止人員擅入、闖入、誤入等引發(fā)的安全事故，并通過傳感模塊與鎖控模塊的閉鎖功能，實現(xiàn)空間內安全因子過量時對門禁進行主動閉鎖，強制員工履行必要的安全行為，保障工作人員的人身安全，同時可以在平臺端查詢每個鎖的狀態(tài)及開關記錄信息、授權信息，實現(xiàn)保護設備和人員的安全，降低安全事故的目標，具有廣闊的經(jīng)濟價值和社會價值。

參考文獻

[1] 潘晨燕，涂福榮.基于智能變電站全面感知的輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)典型配置方案[J].能源與環(huán)境，2019（6）：13-15.

[2] 王燕平.基于藍牙技術的智能魚缸控制系統(tǒng)設計[J].電子技術，2021，50（3）：43-45.

[3] 王哲，佟忠正.電網(wǎng)基建域移動管控系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表，2020（3）：149-151，155.

[4] 余洪雷，陳玉琪，李盧城，等.變電站運維輔助及風險管控系統(tǒng)的設計與開發(fā)應用[J].電子世界，2019（24）：193-194.

[5] 盛海華，王德林，馬偉，等.基于大數(shù)據(jù)的繼電保護智能運行管控體系探索[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2019，47（22）：168-175.

[6] 王俊吉，張寧.基于PLC的筒倉安全系統(tǒng)中無線通訊的設計[J].科技創(chuàng)新導報，2018，15（31）：7-11.

[7] WU Y，ZHOU Y C，SAVERIADES G，et al.Local Shannon Entropy Measure with Statistical Tests for Image Randomness[J].Information Sciences，2013，222：323-342.

作者簡介：郭宇平（1970—），男，本科，工程師，研究方向為港口工程。

鄭育君（1990—），男，本科，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)運行。