重大生产安全保障系统关键技术取得了重大突破
刚刚过去不久的5月7日,位于印度南部地区因为化工厂有毒气体泄漏,在当地引发了大规模的恐慌。在人类历史上,比它更大的灾难发生过许多次,如曾经在世界范围内引起过恐慌的日本福岛核灾难。福岛是当时世界上最大的核电站,日本人的人设以精细著称,长久以来,福岛核电站一直被业内和业外普遍认为是放心工程。2011年3月,一场里氏9.0级的地震彻底打破了这个流传了多年的神话。受地震影响,核电站发生了两次爆炸。刚开始都认为事故是由地震海啸等极端灾害引发,之后越来越多的猛料被暴露给全世界。原来30多年来,福岛核电站始终存在着大量的安全隐患,部分非常规事故隐患一直未得到觉察和控制。这场灾难既是天灾又是人祸。事故不仅让日本人民惊恐万状,而且波及到了中国、俄罗斯等更广阔的地域,给世界人民带来了恐慌。近代以来,各种爆炸声在战场之外不绝于耳。随着爆炸声,在化工、石化、煤矿、运输等现场,灾难频仍,按下葫芦起来瓢,消防、救援等应急部门不得不疲于奔命。
安全生产,发展不可逾越的红线
在我国,把安全生产提到了无与伦比的高位。在安全这件关乎国计民生的大事上,全民动员,下大力气,并付出了高昂的代价,安全生产形势总体向好。在国际上,美、日、欧等国家和地区,在安全领域启动了多个重大计划。这些措施,提高了安全系数,效果有之,但是,这些提升极为有限。他们在以下三个方面的进展不尽如人意。首先,生产区域中有为数众多的盲区,常规监控手段难以及时发现这些地方的险情。其次,危险源众多而且形态各异,危险目标往往难以锁定,所以目标存在什么安全隐患,也就不好发觉了。第三,各种监测数据五花八门,风险状态难以清晰识别,无法转化成直观的危险态势影像,因此及时预警更是遥不可及。这三个技术难题卡着脖子,西方发达国家的科技智慧在这方面束手无策,安全生产水平的提高仿佛出现了一个难以逾越的“天花板”。在涉及易燃、易爆、有毒等危险品的行业,安全生产的形势尤其日趋严峻。高新科技使企业生产的集约化得以实现,大集中、高产能和人员密集型,是现代化企业的共性。在化工、能源和冶炼等重大基础产业中,一旦发生严重的生产事故,必然波及同行业和相关产业,给区域经济和世界经济造成动荡,影响社会稳定,所以社会生活的健康运行,离不开生产安全的保障。
安全工作需要专业的人和专门的技术
就是在这样的局面下,中国智慧发挥了至关重要的作用。世界安全生产保障系统迎来了一次跃进式的技术革命,安全生产等级得到了大幅度的提升,全新打造的“重大生产安全保障系统关键技术及应用”平台肩负起了为全世界保驾护航的重任,人们看到了岁月静好的海岸线,而破冰之旅则始于我国一众有担当精神的六家优质科研单位。它们是,北京邮电大学,中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院,杭州海康威视数字技术股份有限公司,中国电信股份有限公司,海能达通信股份有限公司,苏州寻息电子科技有限公司。
曾几何时,“预防为主”“警钟长鸣”是传统安全生产保障的基本方针,是从上到下管安全的人的共识。在这条大原则的规范下,我国的安全生产取得了长足的进步。
但没有指标的预防就像一座没有指针的钟表,是一个不可捉摸的概念。没有精确数据的支持,所谓的预防更像是一座空中楼阁。遥不可及,无法掌控。这种没有标准的预防,随机性太强,缺乏可操作性。而警钟长鸣,仅仅是依靠事故的发生,短暂地给予人们冲击,而没有依靠生产过程的异常识别实时预警,那人们对警钟就会逐渐习以为常,不再拿它当回事。这样,警钟就起不到它该起的作用了。
生产过程中层出不穷的安全事故是一次次的拷问,印度那个化工厂的泄漏并不是偶然事件。那么是不是真的有一种可能,提升监控能力,来防范在不可知的未来将会发生的雪崩式的灾害。进入新时代,这些曾经仅起到指导意义的理论原则受到了信息技术革命浪潮的支撑,逐渐从“想象”变成了“可能”,我国这六家优秀的产学研单位开展面向重大生产安全保障系统的关键技术及应用,向世界和社会给出了最优答案。
精准发现风险点 精工制造“安全阀”
在信息技术初显威力的21世纪初,他们凭借具有前瞻性的战略眼光,找准问题的症结所在,在国家863和科技重大专项的持续支持下,经过十多年产、学、研、用联合冲关,先后突破了长久以来无法破解的所有世界级难题,创新成功。项目落地开花,建立了体系、系统和装备,并引领世界安全保障技术的潮流。
这些重大成果不忽视一个危险,不放过一个隐患。行业生产面临着什么样的危险,所有的空间,在所有的时间里,都处于监控中,这其中甚至还包括传统手段难以涉及的危险品运输动态过程。
重大生产安全保障系统关键技术及应用取得了以下重要突破:
通信无盲区,打造安全“生命线”
生产园区内部署通信系统有两大难题,一是金属屏蔽和复杂电磁环境使得无线信号衰减干扰严重,现有系统普遍存在通信盲区,二是无线信号发射功率过大和通信系统密集分布将会给园区带来安全风险。
具体来说生产区域尤其重大危险源、高危工艺等特殊风险区域存在信号盲区,将导致严重的安全漏洞。传统的作法是加密信号基站,但高密度的基站无疑将增加更多的成本,而且密集基站的线路布置和密集功率分布,将带来更多的电气隐患,反而使得事故隐患增多,得不偿失。
该团队通过技术创新,将传统基站大扇区覆盖分裂为多个功率可控小区,降低基站功率与布设密度,避免了密集组网和高功率带来的高事故风险。使用虚拟分层网络技术和星状分布式网络架构,减少了大规模布设线路带来的隐患。同时将传感网、通信网与视频监控,融为一体,实现了一网多用,更高效。核心网、基站,以及中继、终端装备采用低功耗设计,续航能力强,也更符合国家绿色减排要求。从效果上看,大幅提升了生产园区的覆盖能力,同时能够将数据准确快速的在第一时间提供给决策者,不负“生命线”的美名。相关装备也通过了国家防爆安全认证,能够提供卓越的安全保障。
监控无死角,危险一目了然
智能和精度是该团队的关键创新点。国际现有技术,只能实现6～10米定位精度,在复杂环境下定位精度甚至10米以上。而该团队实现了对危险目标的监控的突破,精度可优于1米,性能大幅度提高,在国际上处于领先行列。并且通过多方面的创新,将原本是独立的定位和通信网络合而为一,首次实现了安全监管领域有通信信号即可精确定位。同时该团队通过对基站覆盖区域进行虚拟网格划分,并构建虚拟节点,通过虚拟网络增强技术,在不增加设备的情况下,来进行定位误差测量的测量与补偿,计算位置信息,大幅提高定位精度。同时创造性的将视频、图像与定位三者进行融合,通过优势互补,不仅能进行定位,还能对目标识别。研制的装备结合GNSS和地面网络构建了天地一体化的监控系统,能够实现不间断大范围的监控危险品的运输全流程监管。该团队研发的具备了AI的双光辅助红外热成像技术的装备,成为世界首创,弥补了相关的行业空白。面对遮挡物下和在恶劣环境中的危险源,工人们不再束手无策,有了它的加持,一样能了如指掌地监控它。
预警高精准,安全全过程保障
现代企业产量高、产区大、设备众多,传统系统面对通过不同渠道传输回来的海量异构数据,目瞪口呆,无从下手。处理不了数据,也就失去了预警能力,而该团队则完全解决了这个难题,领先于国际先进技术。大幅降低了预警误差。
研制装备对生产过程实现了全方位、全时段的监控。海量数据源源不断地传送回来,汇聚成数据的海洋。如何在这浩瀚的海洋中寻找有价值的“宝藏”,不让有用的数据就此淹没在汪洋大海之中,是一直以来困扰行业的难题。而该团队通过数据压缩,整理,从时间、空间、事故致因等多个维度联合分析,并通过神经网络结合事故关键保护层特征联合识别方法,实现了风险智能的识别与决策,在海量的数据中抓住隐患。以大数据为基础,建立智慧生产园区,建立安全预警与应急决策平台。通过AR技术进行实景展示,预警速度快又准,效果让人一目了然。
智慧安全云平台,性能国际领先
该团队提出了高内聚、松耦合的模块化分层平台架构。将众多技术有机的包容起来,研发出从监控、通信、监管、辅助决策到事故态势评估的云管理平台。该团队最为抢眼的技术,是能从海量的大数据中过滤掉无关紧要的数据,精准地发现风险。相关技术已经成为国际主流技术,获得了国内外用户的高度评价,引领了行业技术的发展风向。
一体联动的六家科研单位,在重大生产安全保障系统关键技术及应用的研究进程中,培育了大批的高端人才,涌现了以国际欧亚科学院院士、北京邮电大学邓中亮教授等人为主力方阵的科研新锐。他们开发和创新的项目,取得了从芯片、终端、系统、平台和服务的全产业链群性突破,关键性能指标国际领先。经国际权威组织鉴定,其中的多项技术指标,具有世界领先水平。在安全生产与应急管理中,过去都是事故找人,即灾难发生之后,去发现灾难,而该团队则能提前发现事故隐患,从而起到预防的作用。所有的空间没有死角,时间上没有间断,全部生产过程都在监控中,并实现了网络共享。这是一种跨越式的发展。完成了以我国为主导的安全生产监管技术引路人的目标,形成了全球主流的安全生产保障技术体系与标准。大幅度提升了安全生产保障能力,引领了全球重大生产安全保障科技进步与产业发展。
重大生产安全保障系统关键技术及应用,对我国及世界产生了广泛而深远的影响,社会价值显著。
1.全球最大的融合视觉与热成像识别与跟踪的安全生产监控应用。
重点产品融合视觉与热成像装备可在无光、逆光、强光,雨、雪、雾等不同的气候条件下全天候工作。具备了周界防范、室内防火、环境测温等功能,在应急救援、防火防燃等方面发挥了至关重要的作用,填补了国际空白。销售超千万套,占全球市场份额第一,经济效益重大,率先走出了科技强国的身段。
2.生产园区与城市防火防爆重点应用。
产品应用于重危化全行业,产品涵盖了化工、石油、石化、煤矿、港口、变电站、消防、运输、电子、建材、自来水、食品、制冷等产业。首次实现了空间位置服务在大型化工企业从无到有的体系化、规模化应用,为解决化工园区两重点一重大难题发挥了重大作用。
3.引领国家重大化工、能源等生产风险监控安全保障关键技术建设与发展。
成果已经成为国家应急管理部门及各级应急管理部门化工生产风险监控的核心支撑和常规装备。其装备下到了神华煤矿的坑道里,安装到了呼啸而出的消防车上。在中国化工、中石化、中海油、中石油、紫金矿业、江山农药等众多化工企业中获得了高度的评价。装备遍及全国超30个省市区,惠及数万家企业。
4.保障“一带一路”沿线国家重大生产安全。
研发的产品植入于新加坡壳牌石油、沙特炼油、阿联酋阿布扎比石油、马来西亚国家安全保障网络、文莱石油项目等安全体系,为“一带一路”沿线20多个国家近百家企业,提供了全方位的安全监督管理。在“一带一路”的国际战略版图中,持续贡献了应尽的义务。
5.构建了全球最大规模的重大生产安全保障网络基础设施。
在全球建立3000多张生产安全保障专网,增长速度全球第一。已经广泛应用于120多个国家的化工、能源、交通、公共安全、应急救援等领域。应用于华为、中兴等覆盖增强基站等产品,经济社会效益重大。
自研发以来,该团队共同形成发明专利超百项,其中海外10项,核心论文超百篇,牵头制定了重要的国际标准、国家标准、行业标准。项目产品在KITTI等多项世界高级别目标检测与跟踪竞赛中荣获多个第一,也在国内斩获了多项省部级以及行业科技进步奖项等。
在世界安全保障序列中,重大生产安全保障系统关键技术及应用,优化了系统,重组了装备。其各种装备,及其由科技附加值融合而成的潜体系,为保障我国的社会经济稳定发展撑起了一片蓝天。