一种用于船舶的人员安全综合保障系统的制作方法

本发明涉及船舶安全技术领域，适用于海上风电施工作业，尤其涉及一种用于船舶的人员安全综合保障系统。

背景技术：

海上风电施工作业由于其特殊的施工环境，属于高危险性作业。与陆地相比，海洋复杂多变的风浪、地质、气象条件极大的增加了风电设备安装的施工难度。近年来，随着我国海上风电场建设项目的快速推进和发展，海上风电建设过程中暴露出的问题逐渐增多，如何针对海上风电项目建设过程实施有效的安全保障，是我们需要解决的问题。

目前，海上风电施工尚未发展成熟，针对海上作业中常见的火灾、可燃性气体泄漏、船体进水等风险进行预防、识别和监控工作显得更为重要和紧迫。

有鉴于此，提出本发明的一种用于船舶的人员安全综合保障系统。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于船舶的人员安全综合保障系统，为保障海上风电施工过程中船上人员的安全，通过信息化手段进行潜在风险的识别、预防和监控，进一步提高海上风电作业的安全性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于船舶的人员安全综合保障系统，主要包括决策系统、指示系统和演练系统，每个系统按照功能由不同的设备执行；其中所述决策系统主要用于信息采集、风险识别、数据处理及指令信号的输出；所述指示系统主要为遍布在船舶上的逃生路线指示器网络，在决策系统的指示下针对不同的风险特点提供差异化的撤离路线；所述演练系统通过对设定的应急预案进行模型仿真和实船演练，寻找风险应急方案中的薄弱之处并进行改进。

进一步的，所述决策系统包括船舶信息库模块、信息处理中心、路径规划模块、风险管理模块、健康管理模块和异常报警模块；所信息处理中心与各个模块之间相互通信。

进一步的，所述风险管理模块包括火灾识别与消除子模块、船舶进水报警子模块、氢气检测子模块和防落水子模块。通过各个子模块可以分析海上风电施工作业中船舶使用过程存在的火灾、进水、氢气泄漏等风险，在风险管理模块下统一管理，使管理系统简单，同时针对不同的风险制订不同的风险应对策略，优化了风险管理模式。

进一步的，所述火灾识别与消除子模块包括至少一个烟气探测传感器以及与每个所述烟气探测传感器相连的消防控制服务器；还包括二氧化碳系统、喷淋消防系统和消防设备。二氧化碳系统包括阀组和相关的控制机构，以及二氧化碳钢瓶等；喷淋消防系统包括泵组和相关控制机构，以及喷头和淡水柜等。采用的消防设备有消防总站，移动式灭火器和其他的一些消防器材。

进一步的，所述船舶进水报警子模块包括至少一个船舶进水报警传感器、与每个所述船舶进水报警传感器相连的进水报警服务器，以及排水设备。

进一步的，所述氢气检测子模块包括至少一个氢气浓度传感器、与每个所述氢气浓度传感器相连的氢气浓度控制服务器，以及通风设备。

进一步的，所述防落水子模块包括至少一个穿戴式智能设备以及与每个所述穿戴式智能设备相连的数据采集服务器，所述数据采集服务器用于采集加速度参数。

进一步的，所述健康管理模块包括至少一个穿戴式智能设备以及与每个所述穿戴式智能设备相连的数据采集服务器，所述数据采集服务器用于采集心跳频率和运动速率参数。

进一步的，所述指示系统包括火灾场景服务器和进水场景服务器，所述火灾场景服务器连接有至少一个火灾场景指示器，所述进水场景服务器连接有至少一个进水场景指示器。

进一步的，所述演练系统包括演习仿真模块和数据管理模块，所述数据管理模块进行预案编制和文件管理，所述演习仿真模块进行数据初始输入、仿真数据输出和实船演习。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明采用该安全保障系统不仅可以分析海上风电施工作业中船舶使用过程存在的火灾、进水、氢气泄漏等潜在风险，在统一管理的模式下针对不同的风险制订不同的风险应对策略，进一步提高了海上风电作业的安全性；而且能够为海上可能发生的风险提供早期预警和被动式人员撤离；同时还能为船上应急指挥人员提供主动性营救与搜救信息指引，优化了风险管理模式。

2)本发明的安全保障系统中引入了健康管理模块，通过穿戴式智能设备记录心跳、运动速率等参数，识别受困、昏迷等状况并组织救援人员开展营救，提高了船上人员的安全性。

3)本发明的安全保障系统能够识别人员落水风险，在健康管理模块中通过穿戴式智能设备采集竖直方向加速度这一参数，当船上人员发生落水状况时可以及早发现并组织救援人员开展营救，进一步提高了船上人员的安全性。

4)本发明的安全保障系统中包含路线指示系统，该指示系统将传统安全出口指示牌的“指路”模式转换为“带路”模式，为船上所有位置的成员均能提供有效的指引；同时能够区分火灾场景与进水场景，提高了风险应对预案的环境契合性。

附图说明

图1为本发明的人员安全综合保障系统的系统整体架构图；

图2为本发明的人员安全综合保障系统中风险管理模块的构成示意图；

图3为本发明的人员安全综合保障系统中健康管理模块的运行示意图；

图4为本发明的人员安全综合保障系统中风险管理模块的运行示意图；

图5为本发明中防落水子模块的的运行结构示意图；

图6为本发明火灾和进水场景的控制模式示意图；

图7为本发明氢气泄露模式的控制示意图；

图8为本发明落水模式下的控制示意图；

图9为本发明演练模式的控制示意图；

图10为本发明的人员安全综合保障系统中指示系统的构成图；

图11为本发明的人员安全综合保障系统中演练系统的构成图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

请同时参阅图1-11，本发明提供一种用于船舶的人员安全综合保障系统，该安全保障系统主要包括决策系统、指示系统和演练系统这三个部分，每个系统按照功能由不同的设备执行。其中决策系统主要用于信息采集、风险识别、数据处理及指令信号的输出；指示系统主要为遍布在船舶上的逃生路线指示器网络，在决策系统的指示下针对不同的风险特点提供差异化的撤离路线；演习系统是应急预案管理系统，通过对设定的应急预案进行模型仿真和实船演练的方式寻找风险应急方案中的薄弱之处并加以改进，实现风险控制的阶梯式进步。

本发明采用该安全保障系统不仅可以分析海上风电施工作业中船舶使用过程可能存在的火灾、进水、氢气泄漏等潜在风险，在统一管理的模式下针对不同的风险制订不同的风险应对策略，进一步提高了海上风电作业的安全性；而且能够为海上可能发生的风险提供早期预警和被动式的人员撤离；同时还能为船上应急指挥人员提供主动性营救与搜救信息指引，优化了风险管理模式。

在本实施例中，上述决策系统包括船舶信息数据库模块、信息处理中心、路径规划模块、风险管理模块、健康管理模块和异常报警模块。且信息处理中心分别与船舶信息数据库模块、路径规划模块、风险管理模块、健康管理模块和异常报警模块之间相互通信。船舶信息数据库为存储在工作站中的数据库软件，数据库中包括安装该系统的船舶模型，舱室信息等；通过对数据库的更新来实现对不同船舶的适配性，进而实现系统的广泛应用。其中信息处理中心可以是一个工作站，具有发送、接收以及处理能力；同时在工作站中可嵌入船舶信息数据库和路径规划算法等软件模块。具体到本方案中，信息处理中心用于接收舶信息数据库模块、风险管理模块和健康管理模块的信息，处理之后发送给路径规划模块和异常报警模块，以及指示系统。路径规划模块为一个设定程序以及搭配安装在船舶上的路线指示器，根据人员初始位置与船上可通行路线规划人员撤离的最优路线。路线指示器优选为本司研发的可灵活部署的模块化逃生路线指示器；部署于走廊墙壁与地板的连接处。其中，异常报警模块包含逻辑程序、警报信号发送装置和警铃等设备；警铃可安装在船长驾驶台；当触发某些阈值时(例如烟气传感器被触发)即向管理人员的智能设备发送警报并触发警铃。

具体的，风险管理模块包括火灾识别与消除子模块、船体进水报警子模块、氢气检测子模块、防落水子模块；分别利用烟气探测传感器、船舶进水报警传感器、氢气浓度传感器和穿戴式智能设备开展数据采集工作，并在风险管理模块下进行风险的统一管理，优化了管理方式。

其中火灾识别与消除子模块包括与消防控制服务器相连的烟气探测传感器(即烟气探测传感器1、烟气探测传感器2和烟气探测传感器n等)，其中，烟气探测传感器安装于船舶的各个部位用于识别火灾的发生。

其中火灾识别与消除子模块还包括二氧化碳系统，二氧化碳系统包括阀组及相关控制机构，以及二氧化碳钢瓶等。其中船舶二氧化碳系统采用现有船舶上消防系统，该系统的部件组成和具体操作对本领域技术人员来说是清楚的，在此不做赘述。

其中火灾识别与消除子模块还包括消防喷淋系统，消防喷淋系统包括泵组及相关控制机构，以及喷头及淡水柜等，另外还包括有消防设备，消防设备包括消防总站、移动式灭火器等其他消防器材；其中消防喷淋系统可以采用现有船舶上使用的高压喷淋系统，该系统的部件组成和具体操作对本领域技术人员来说是清楚的，在此不做赘述。

船体进水报警子模块包括进水报警服务器，与进水报警服务器连接的船舶进水报警传感器(即船舶进水报警传感器1、船舶进水报警传感器2、船舶进水报警传感器n)，以及排水设备，其中，船舶进水报警传感器安装于船舶的各个进水部位用于检测船舶进水。

氢气检测子模块包括氢气浓度控制服务器，与氢气浓度控制服务器相连的氢气浓度传感器，以及通风设备，其中，氢气浓度传感器对应蓄电池室安装用以检测氢气泄露，通风设备包括防爆式轴流风机、换气扇等其他的一些通风设备。

防落水子模块包括若干个穿戴式智能设备(即穿戴式智能设备1、穿戴式智能设备2、穿戴式智能设备n)和数据采集服务器；每个数据采集服务器均与每个穿戴式智能设备相连。穿戴式智能设备为常用的手表、手环、眼镜或者服饰等，佩戴在每个船员的身上，进行所有船员安全的全方位监控。通过穿戴式智能设备记录竖直方向加速度数据，在监测到自由落体加速度数值后向信息处理中心报警，触发异常报警即可实现，通过警报等方式提醒管理人员船上可能已出现人员落水情况，提醒管理人员及时清点人数，确定落水人员。

具体的，健康管理模块包括若干个穿戴式智能设备以及与每个所述穿戴式智能设备相连的数据采集服务器，所述数据采集服务器用于采集心跳频率和运动速率参数。穿戴式智能设备为常用的手表、手环、眼镜或者服饰等，佩戴在每个船员的身上，进行所有船员安全的全方位监控。通过穿戴式智能设备记录心跳频率和运动速率等数据，在出现心跳频率低于正常阈值后向信息处理中心报警并汇报报警设备的具体位置。

当火灾发生时，其中某个烟气探测传感器感应到烟气后，将报警信号和报警区域通过消防控制服务器传递至信息处理中心，信息处理中心识别信息之后向船员发出报警，由船员核实警报是否准确；在确认警报准确无误后及时启动各类消防系统并组织消防人员进行消防作业；该过程中信息处理中心负责接收报警点位置信息、规划疏散路线并将路线信息传递至指示系统中的每一个逃生路线指示器；当船员确认需要开始撤离时，船上所有人员即可通过就近的指示器提供的路线指引前往集合站；将逃生路线图实体化从而有效引导逃离人员，避免混乱，保证船上人员安全有序撤离。在撤离过程中可根据健康管理模块中穿戴式智能设备记录生命体征(心跳频率、运动状态或人员位置)等数据，数据采集服务器收集到特征信息发送给信息处理中心，如果发现异常数据突破阈值，信息处理中心向异常报警模块发出警报，可及时派出救援人员前往营救。

进水场景与火灾场景类似，传感器由烟气探测传感器变为用于探测船舶进水的进水传感器，进水传感器触发后，信息处理中心向排水设备发出控制信号，排水设备工作进行排水。其他整个处理过程和上述火灾的情况完全一致。

当氢气浓度探测器被触发后，向信息处理中心发出报警信号，信息处理中心向通风设备发出控制信号，通风设备工作，加大换气量以消除风险，其中，通风设备可以为换气扇、防爆式轴流风机等其他通风设备。同时，信息处理中心向异常报警模块发出警报控制信号，提醒船员做好防护措施。

当人员落水时，由健康管理模块包含的穿戴式智能设备监测生命特征和运动特征(即竖直方向加速度数据)，当监测到自由落体加速度数值后向信息处理中心发出报警信息，启动异常报警模块，清点船上人员人数消除风险；或者救援人员开展营救工作。

当信号中断时，即信息处理中心与指示系统信号中断的情况下，指示系统仍可采用较低精确度的方式完成指示工作。在火灾场景下认为所有舱室均有人员存在，初始人员分布参考正常工作状态布置，船上设计总人数应大于实际人数；以此为设计条件预先设计逃生路线并存储在服务器中；在信号中断时予以显示。在进水场景下预先设计左舷或右舷入水模式的逃生路线并存储在服务器中，在信号中断后根据进水模式并予以显示。

请参阅图10，在本实施例中，上述指示系统包括火灾场景服务器和进水场景服务器，所述火灾场景服务器连接有至少一个火灾场景指示器，具体的火灾场景指示器优选为一种可灵活部署的模块化逃生路线指示器(本司的实用新型专利已公开)，其部署于船舶的走廊墙壁与地板的连接处。所述进水场景服务器连接有至少一个进水场景指示器，进水场景指示器同样为一种可灵活部署的模块化逃生路线指示器，部署于船舶的舱壁与天花板的连接处，还设置有本地存储数据，进行数据存储和备份。

具体的，火灾场景指示系统包括火灾场景指示器1、火灾场景指示器2、火灾场景指示器n、火灾场景服务器和本地存储数据；

其中，进水场景指示系统包括进水场景指示器1、进水场景指示器2、进水场景指示器n，进水场景服务器和本地存储数据。

火灾场景指示系统和进水场景指示系统这两种场景模式的选择方式如下：既可以根据触发传感器的不同从信息处理中心接收信号进行自动模式选择，触发烟气传感器启动火灾场景模式，触发进水传感器启动进水场景模式；在信号中断情况下，也可以由相关人员在场景服务器处手动选择。同时在路线指示系统中内置本地存储功能，在本地保存略低精度的疏散路线方案，以便于信号中断时应急方案的顺利启动。实际使用中，进水场景指示系统的控制方式可以优选利用类似单片机的处理器进行实现，即路径规划模块规划好人员疏散路线后，将信号传递给信息处理中心(例如该信号可描述为1#火灾场景指示器开启，方向为正；2#火灾场景指示器开启，方向为负；3#火灾场景指示器关闭，需要说明的是，此处正负只代表路线指示器上的两个相反的指示方向，无其他含义；还可以根据实际的使用情况进行相应的自定义)，再由信息处理中心将该控制信息传递至路线指示系统，控制对应的路线指示器的开关与方向即可。

在本实施例中，指示系统中均采用一种可灵活部署的模块化逃生路线指示器(本司的实用新型专利已公开)。作为火灾场景指示器时，该模块化逃生路线指示器连续部署于走廊墙壁与地板的连接处；作为进水场景指示器时，该模块化逃生路线指示器连续部署于船舶的舱壁与天花板的连接处，通过安装位置的不同分辨发生的场景模式，将传统安全出口指示牌的“指路”模式转换为“带路”模式，为船上所有位置的成员均能提供有效的指引；同时能够区分火灾场景与进水场景，提高了风险应对预案的环境契合性。

请参阅图11，在本实施例中，上述演练系统包括演习仿真模块和数据管理模块，所述数据管理模块进行预案编制和文件管理，所述演习仿真模块进行数据初始输入、仿真数据输出和实船演习。

在日常的消防演练等模式下，可利用数据输入输出模块将人员初始位置等信息输入信息处理中心，再由信息处理中心返回仿真结果至数据输入输出模块；通过与实船演练结果对比修正设置参数，同时仿真数据也能够支撑应急疏散方案的制订。由信息管理模块实现应急方案管理、演练过程记录、问题改进等功能。

在极端不利的情况下，启动极端不利模式，即在信息处理中心和指示系统完全失效的场景下，启动经演练验证过的应急方案，引导人员安全有序撤离。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围，简而言之，其保护范围由权利要求及其等同物限定。