郭宇平　郑育君　李平川

摘  要：21世纪海上丝绸之路建设是我国实现中华民族伟大复兴的重大战略部署，同时也是推进全球贸易发展的重大举措。数据显示，当前世界贸易商品的80%由船舶运输完成。而港口是组成航运重要的一部分，港口行业作业环境复杂，如何确保港口行业的作业安全显得尤为重要。该文提出利用基于无源、无线充电及无线载波通信技术的智能锁控技术，结合系统逻辑闭锁功能，依托互联网和云数据，实现港口行业特殊空间生产作业过程的流程化管控，减少特殊空间作业安全风险，避免安全管控不当引发安全事故，从而保障港口行业特殊空间作业的安全。

关键词：无源锁   安全性能   特殊空間作业安全管控   一体化智能安全终端

中图分类号：TM73                         文献标识码：A文章编号：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

港口行业特殊空间作业，指的是港口行业的作业人员进入有限空间或存在较大安全风险的空间实施的作业活动。其中，有限空间作业，是指在封闭或半封闭的空间内进行作业，由于空气对流不畅通，很容易缺氧，或积聚高浓度有害物质，进而引发中毒、窒息等症状;而港口行业特殊空间作业，泛指因存在安全风险，需要进行严格授权管控的作业，例如：港区电力、通信、给排水系统的地下工井、地下管廊，港区污水系统的收集池、污液池、污水车间，港区电网的配电室、环网柜、岸电箱、光伏发电站、储能站、高压铁塔，港区消防系统的密闭水池，港区的危险品库、油罐、化学品罐、燃料撬装站，这些均属于存在较大安全风险的特殊空间作业区域。

特殊空间作业日常安全管控不严，可能会导致严重的安全事故，事故类型主要是中毒和窒息，以及火灾、爆炸、高处坠落、机械伤害、触电等，这些事故的发生，给人民的生命和财产造成了巨大损失，社会影响恶劣。如何利用现代科技智能化手段，加强对港口行业特殊空间作业风险管控，落实“安全第一、预防为主”的方针，避免发生恶性安全事故，对于构建平安和谐社会具有重要的现实意义。

现如今，各种传统门锁/挂锁已经无法满足港口行业对有限空间管控的需求，因为需要现场作业人员随时携带物理钥匙，且安全性不高，所以需要在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具。该文主要介绍一款由厦门自贸片区港务电力有限公司和华数（厦门）信息有限公司联合研发的“基于无源锁控及动态密钥技术的港口行业特殊空间作业安全管控系统”（以下简称“系统”），该系统通过手机配合配套的App使用，即可通过手机将智能钥匙和门锁建立蓝牙连接，彻底解决了行业管理挂锁和钥匙的难题，也解决了传统蓝牙挂锁换电池麻烦的问题。同时监测特殊空间内的环境、空气中气体的含量，当特殊空间内的环境不满足作业条件时，钥匙无法打开锁具。这将统一通过后台管理，统一授权，责任到人，从而让港口行业特殊空间作业人员的人身、企业的财产安全得到更好的保障。在大幅降低人力成本的同时，又提高了工作效率和各类锁的安全要求。

1  系统组成介绍

该系统由数据服务管理中心、管理工作站、移动智能终端、智能无源锁、有限空间监测终端这5个部分组成。

1.1 数据服务管理中心

数据服务管理中心是系统的核心，主要实现数据信息的集中化管理，动态加密授权运算，及数据逻辑关系管理等基础服务。

1.2 管理工作站

1.2.1 系统管理交互工具集合，采用B/S架构设计

工作站由前台操作界面、后台网络服务程序和MySQL数据库3个部分组成。前台程序是由QT编写的用户交互界面，用于参数的设置、权限控制、用户管理、数据库管理等操作。用户界面直观且操作简单，内容简洁明了[1]。后台服务一个基于现代C++的高性能多线程并发网络服务器程序，采用IO多路复用的多事件循环多线程并发模型，支持大并发量连接，可同时处理10K以上连接数。程序以Windows后台服务的方式运行，集成OpenSSL库，确保通行安全。采用国际高性能的M0+处理器作为核心处理器进行锁头的管理和数据处理，采用128bit长度加密密钥进行加密和SRP6加密登陆方式来实现数据的加密传输，保证了整个系统的安全稳定可靠。

1.2.2 管理人员可通过该工具进行操作

此系统解决了目前工作中开操作票后，无法掌握现场工作人员的具体操作对象、操作时间、完成后或者下班后的有限空间门禁的状态;解决了普通锁对应钥匙多且管理复杂，钥匙丢后有被误使用风险的问题。

1.3 移动智能终端

智能移动终端是现场操作人员的设备，通过移动通信网络与后台进行数据交互，通过无线携能通信技术与智能锁的进行数据交互，是后台与智能锁之间的数据桥梁[2]。根据终端的配置情况，可分为分体式与一体式两种。

1.3.1 分体式

分体式由智能手机和智能钥匙两个部分构成，可充分利用操作人员已有的智能手机访问系统，降低系统的使用成本，也是目前主流应用。

1.3.2 一体式

定制化的移动智能终端，集成了智能钥匙的功能，使用及维护便捷性更高。

1.3.3 智能钥匙

智能钥匙是为解决智能手机与智能无源锁之间的交互而设计的专用工具，其采用自主知识产权的无线携能通信技术，为智能锁提供工作电源、获取智能锁状态，传递开关锁操作指令。

1.3.4 手机App

手机App是该系统提供给现场操作人员使用的应用软件，运行于智能移动终端，支持Andriod/IOS系统。采用并行任务和多线程模式，利用手机的蓝牙功能与钥匙中的蓝牙模块进行数据交互，并通过钥匙中的通信模块实现与锁头数据进行交互;利用手机的移动互联网功能，采用SRP6的登陆主站方式与主站管理系统进行登陆数据交互完成登陆验证，并且利用手机联网功能将锁头中的信息和数据与主站管理系统中进行实时交互和验证[3]，就需要对手机蓝牙模块和数据联网等功能进行很好的调用和管理，减少手机内存资源占用。可实现系统访问认证、用户管理、组织管理、授权管理、开关锁操作和记录查询功能。

1.4 有限空间监测终端

有限空间监测终端（物联终端）集成震动传感器、磁干扰检测传感器、温湿度传感器、柜门传感器、输出控制口、摄像头，是对有限空间环境监测，实现物联终端与智能锁和各传感器的数据转换。

2  系统功能

2.1 操作人员管理

通过操作人员注册账号及管理人员审批的方式实现对操作人员的管理，并可实现部门化、角色化管理。可通过管理人员在管理工作站批量创建账号或操作人员在手机App端注册实现[4]。

2.2 设备管理

设备和权限模块包括手机蓝牙及相关蓝牙设备的连接、控制和检测功能。用户先进行账户验证，通过后，再用手机或其他终端进行蓝牙检测，当蓝牙功能开启，将会提示蓝牙被授予权限，如果用户拒绝，将会退出系统。用户同意后，即可进行开锁功能，用户点击开锁后，系统进入智能开锁界面，用户找到匹配的门锁蓝牙，点击连接，即可进行连接。实现对现场设备与智能锁的绑定登记，在注册的同时实现对设备地理信息的采集，为后续运维提供基本信息。

2.3 授权管理

根据实际管理需要，可实现设备、操作人员、操作时间这3个维度的组合授权管理操作。在第三方系统支持的情况下，也可进行工单绑定授权，实现精细化、流程化管控的效果。

（1）授权管理功能系统具备两种授权功能，分别为固定授权和临时授权。固定授权指在钥匙内固化工作人员信息和开锁范围信息，工作人员携带电脑钥匙可直接对设备锁具进行开锁操作。临时授权指由管理人员授权开锁范围和开锁时效，工作人员携带授权钥匙操作授权锁具[5]。

（2）遠程信息交互配网工作方式下，服务器/工作站与电脑钥匙通过GPRS方式传递信息，工作人员可在任何位置接收任务票，并在开锁完成后通过GPRS方式自动发送开锁结果至服务器，工作人员不用每次都返回主控室回传操作信息。

（3）人员权限管理工作人员的角色配置为管理员、专工、值班长、值班员和外部人员等，不同角色配置不同的操作权限，管理员级别最高，可以设置、更改其他人员的权限。

（4）开锁记录查询服务器/工作站中，详细记录了开锁人、开锁时间、开锁设备等信息，可以查询开锁记录数据，可选择开锁人、时间段、设备名等检索方式。钥匙中保存了开锁记录追忆数据，用户无法删除。

（5）设备数据管理设备的相关信息储存于服务器/工作站，包括设备名称、锁码、设备位置和关联设备信息等内容，采用图形方式直接显示在软件界面上。设备可按照地理位置、设备类型以及用户使用习惯等分类[6]。

2.4 开关锁记录管理

自动记录每一次的开关锁操作，包括设备、人员、时间、地点等相关信息，实现操作可追溯的管理效果，也可作为后续管理分析的基础。

3  主要应用场景介绍

3.1 港口区域电力及通信地下工井、地下管廊的管制

港区电力及通信地下工井、地下管廊入口的上锁井盖，临近海边数量众多，因成本限制大多数无法实现电源及通信线的接入，日常管理中这些锁具的开关状态无法自动监测，且普通锁具防盐雾性能较差损坏率高，故难以进行管控。无关人员可轻易进入，一旦进入则可能造成人员伤亡或设备损坏的安全事故。

港区地下工井、管廊、水池等相对密闭空间的巡检或维护，人员进入前，必须严格履行强制通风、氧气浓度检测等程序。这些确保作业安全的流程基本上靠员工的自觉及自我安全意识，有时会因紧急抢修而忽略，存在较大的危险因素。

现可以运用“无源锁控及动态密钥技术的港口行業特殊空间作业安全管控系统”的作业程序，该程序强制通风动作及氧气检测等安全行为与门锁绑定，不履行应有的安全动作，未经允许门锁就无法打开，以此实现特殊空间作业的本质安全[7]。

3.2 港区电力环网柜、配电室、高压岸电装置的管制

遍布港区的电力环网柜、配电室、高压岸电装置，数量众多，日常巡检的频率较高，管理员需要拥有数量众多的门锁钥匙，有时为了倒班交接图方便，这些钥匙放在公共处所，领用登记靠自觉，存在一定的管理漏洞。

现采用该系统，就能实现每个站点的开锁密码不同的前提下，一把智能钥匙覆盖片区的所有站点。同时，管理者可以通过电脑或手机端实现远程密码动态授权。

3.3 港区光伏发电站、危险货品库的管制

港区光伏发电站、危险货品库，均需进行管控，站点出入口必须采用锁控或门禁，防止无关人员进入，进入站点巡检及维护人员必须持证上岗、进入之前须向主管部门申请，审核通过后才能进入管制区域。传统钥匙可复制，难以做到严防死守，且申请进入管制区域的流程需要的时间较长，影响工作效率。

现采用该系统，可实现每个站点的开锁密码不同的前提下，一把钥匙覆盖片区的所有站点。工作人员可以通过手机App申请进入管制区域，同时管理者可以通过电脑或手机端实现远程密码动态授权，节省了审批时间，提高了工作效率。另一方面也让开锁关锁的电子记录作为日常巡检的“巡检记录”。

4  结语

“基于无源锁控及动态密钥技术的港口行业特殊空间作业安全管控系统”通过科技创新手段，研制一种集传感、通信、无源锁控功能的一体化智能终端，并结合作业流程和管理规范开发一套安全管控系统，实现对港口行业特殊空间作业许可权限管理，有效地防止人员擅入、闯入、误入等引发的安全事故，并通过传感模块与锁控模块的闭锁功能，实现空间内安全因子过量时对门禁进行主动闭锁，强制员工履行必要的安全行为，保障工作人员的人身安全，同时可以在平台端查询每个锁的状态及开关记录信息、授权信息，实现保护设备和人员的安全，降低安全事故的目标，具有广阔的经济价值和社会价值。

参考文献

[1] 潘晨燕，涂福荣.基于智能变电站全面感知的辅助综合监控系统典型配置方案[J].能源与环境，2019（6）：13-15.

[2] 王燕平.基于蓝牙技术的智能鱼缸控制系统设计[J].电子技术，2021，50（3）：43-45.

[3] 王哲，佟忠正.电网基建域移动管控系统设计[J].自动化与仪器仪表，2020（3）：149-151，155.

[4] 余洪雷，陈玉琪，李卢城，等.变电站运维辅助及风险管控系统的设计与开发应用[J].电子世界，2019（24）：193-194.

[5] 盛海华，王德林，马伟，等.基于大数据的继电保护智能运行管控体系探索[J].电力系统保护与控制，2019，47（22）：168-175.

[6] 王俊吉，张宁.基于PLC的筒仓安全系统中无线通讯的设计[J].科技创新导报，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.

作者简介：郭宇平（1970—），男，本科，工程师，研究方向为港口工程。

郑育君（1990—），男，本科，工程师，研究方向为电力系统运行。