一、系統綜述

1.1系統概述

工業生產是國家、社會經濟發展不可或缺的一大產業，但其具有高溫、高壓、易爆等，生產工藝復雜等特點，稍有不慎很容易發生壓傷、撞傷等事故，造成較大的損失如：經濟、財物、生命、名譽等。因此，化工企業的安全生產的建設，不僅關系到企業的正常生產和職工的人身安全，還關系到企業的生存發展和社會秩序的穩定。

安全生產是企業生產的核心工作，具有壓倒一切的優先權。對于安全生產管理需要有系統的和科學的方法，山東瀚岳智慧安全生產管理解決方案用科技和信息化手段為化工企業安全生產保駕護航。

1.2需求分析

1.全面的監管手段

目前大部分工廠無法隨時隨地的監管巡檢工作（巡檢點位、巡檢路線、巡檢時長、巡檢記錄等），無法回溯歷史的工作、報警，無法無遺漏的監管所有人員，因此，一套功能全面管理系統是工廠所需要的。

2.信息化

在工廠，管理人員需要準確的獲取進入廠區工作人員和來訪人員信息，以便于對人員進行安全管理，提供管理效率。

3.高效、精準

工廠一般廠區大，車間、倉庫、生產區多，針對一些重點區域、重點時段、重點事件需要進行定向的精準管理、需要高效、快速響應事件。

4.可視化展現

工廠人員眾多，在展現上需要圖表化、可視化，一目了然，可實現直觀的管理，異常情況可實時提醒管理人員。

5.性價比高

由于工廠成本控制比較嚴格，需求功能多質量好的解決方案，因此需要一套性價比高的安全生產管理解決方案。

6.安全性高

數據的安全性非常重要,特別是位置的數據，其需要一套具有安全機制保障的定位解決方案。

7.設備配置簡單

一般項目中，常常因后端平臺配置設備較多，占用較大空間。在設備部署擺放、設備調試、布設線路等方面遇到了極大的阻礙，因此在設備配置上要求簡易化。

8.實施簡單

大部分項目中，常常需要大量的弱電施工，施工過程復雜且成本高，因此在實施上要求盡量少布線、不布線。

1.3建設目標

以實現工廠安全生產全要素數字化管理為目標，基于物聯網感知技術、高精度地圖、大數據與精準定位技術，建設智慧安全生產管理系統，提升工廠安全生產管理水平。

1.4建設依據

編號	文件名稱	文號
1	LoRaWAN-Specification	-
2	藍牙5.0技術標準	-
3	地圖導航定位產品通用規范	GB/T 35766-2017
4	建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范	GB/T 50311-2016
5	智能傳感器 第2部分：物聯網應用行規	GB∕T 33905.2-2017
6	物聯網系統接口要求	GB/T 35319-2017
7	信息安全技術 動態口令密碼應用技術規范	GB∕T38556-2020
8	信息安全技術服務器安全技術要求	GB/T21028-2007

二、系統整體設計

2.1系統設計要點

?系統架構：系統采用 B/S 模式開發，可以滿足不同業務人員對系統的功能需求

?防爆等級：部署在防爆區域內的通信網關、定位基站滿足防爆等級要求。

?電子地圖系統電子地圖支持企業平面圖、2D、3D 展示，依據項目預算以及應用需求具體形式。

?數據傳輸：人員定位、人員出入、告警等實時狀態數據，可以實時同步；人員信息可批量操作

?重點區域：安全風險分區“四色圖”中的紅色和橙色區域人員定位誤差不超過 5 米，綜合布線符合相關標準要求。

2.2系統架構

智慧安全生產管理系統，其系統架構如下圖所示，利用物聯網、云計算、大數據技術，通過部署的物聯網設備 （定位信標、通信網關和定位識別卡）及配套集成系統軟件，可以實現對出入生產儲存區域人員的實名制進出 管理，提高應急救援效率，全面提升企業風險管控能力和精細化安全管理水平。

2.3關鍵應用技術

1.藍牙定位技術

藍牙定位技術是目前主流室內定位技術之一，其精度高、安全性高、成本低、功耗低、設備體積小，目前大部分手機終端都自帶藍牙模塊，容易大范圍的普及和部署實施。

本系統中藍牙定位技術采用“隊列式時域加權過濾多角定位算法”，相比業內其他公司，iBeacon部署密度更低 ，但是定位效果穩定，定位平均誤差更小，約為2米；支持定位過程中的方向指引與樓層自動切換。

2.路徑匹配技術

路勁匹配算法以軟件技術為基礎，對系統定位的結果進行修正。根據工廠的道路網信息，與定位系統輸出的定位信息，找到地圖上與實際軌跡相仿的路段，將人員/物資定位到實際的路段上，實現對人員/物資定位信息的修正， 得到正確的移動軌跡。

3.定位標簽低功耗技術

人員攜帶或安裝在物品上，形態不局限，可是卡片、手環等形態。

其集成了藍牙接收模塊和低功耗廣域網發送模塊，其接收藍牙信號，并通過低功耗廣域網傳輸出去，其功耗相比WiFi、3G/4G等無線傳輸技術，其功耗非常低。另外，集成了運動檢測模塊，通過場景判斷決定是否開啟藍牙定位。

4.Lora無線傳輸技術

 低功耗廣域網（Lora）是一種基于擴頻技術的遠距離無線傳輸技術，其實也是諸多LPWAN通信技術中的一種，較早由美國Semtech公司采用和推廣。這一方案為用戶提供一種簡單的能實現遠距離、低功耗無線通信手段。       

在本項目中，引入該技術，以實現定位標簽低功耗、藍牙信號數據遠距離傳輸的目的。

5.基于位置大數據挖掘與分析技術

工廠內定位數據記錄了員工在全廠活動的時空軌跡,是研究員工行為的重要信息源?？赏ㄟ^其綜合分析員工分布熱圖分析、員工活動里程統計等。

2.4系統特色

1.全面監管廠區安全

能夠隨時隨地監管巡檢工作，無回溯歷史的工作、報警，可以毫無遺漏的監管所有人員。

2.可視化展現

高精度3D地圖，管理人員可實時查詢相關人員的實時位置、歷史軌跡，以及工作時長等。

3.先進的架構平臺

對于被動監控應用，其管理平臺基于BS架構，成熟穩定的MVC框架，具備良好的穩定性、擴展性、安全性，靈活地需求變動功能。

4.擴展性強

原生態開發平臺，模塊化設計，支持企業定制擴展應用模塊；另外集成角色權限、自定義報表，二次開發工具，擴展性強，可接入企業ERP/MES平臺中。

5.安全

管理平臺采用用戶樹狀組織架構多層級管理策略，支持樹狀組織每個節點分配賬戶和權限。根據角色區分，可定義本系統實時監控人員以及后臺操作人員。通過利用系統用戶身份認證，控制訪問范圍，防止非授權訪問，保證系統的安全。

6.便捷的系統管理功能

管理軟件可以分配多個不同權限的用戶，方便各個用戶在網絡終端上同時運行軟件，查詢全廠范圍內實時情況，并可對軟件進行分級別的操作。

2.4.1多樣化報表

集成了報表和打印插件，可以方便的查看相關數據以及打印相關數據；以及提供下載功能，方便數據的利用。并且可根據用戶實際需求，進行自定義報表設置，并形成有效打印。

7.GIS地理信息平臺

GIS地理信息系統平臺，使軟件功能豐富，圖文并茂；能夠對工程圖進行矢量化和矢量圖屬性編輯功能，具有放大、縮小和移動功能；

8.高精度，低延遲

系統通過對定位算法的優化、地圖匹配等技術，以取得高精度低延遲，平均定位精度預期在2米以內，響應速度在1s以內。

9.部署簡單，布線少

整體實施簡單，布線少：定位信標貼無需布線，定位網關每1.5千米部署1個。

10.低功耗

定位基站每隔一定時間發射藍牙信號，功率非常低，電池續航時間可達5年。定位標簽通過使用低功耗廣域網技術，續航時間可達2個月。

3系統詳細設計

3.1數據通路

智慧安全生產管理系統核部分數據通路如下圖所示。

（1）室內安裝定位基站，其發射藍牙信號；

（2）人員佩戴或物品上安裝的定位標簽接受藍牙信號，通過lora發送端發送給定位網關；

（2）工廠場景中安裝的定位網關，其lora接受端，接收到定位標簽傳過來的藍牙信號，通過4G/WiFi傳輸給定位引擎服務器。

（3）定位引擎服務器接收到定位信號后實時計算定位標簽的位置；

（4）管理平臺基于定位引擎計算的位置進行具體的上層應用，例如，實時定位、歷史軌跡查詢、區域管理、視頻聯動等。

3.2核心硬件產品介紹

智慧安全生產管理系統中主要核心硬件是定位基站、定位標簽、以及定位網關。

3.2.1定位基站

其基于iBeacon定位技術，廣播藍牙信號，將定位精度控制在2米以內。其特點是低功耗、發射功率可配置、易部署、防爆等。定位信標的外觀以及技術指標見下表。

3.2.2定位標簽（樣式多樣，如安全帽、工牌、手環等）

瀚岳自主研發的定位標簽，其接收定位信標發送的藍牙信號并通過LoRa發送端將信號數據傳輸給定位網關。其設計上有如下特點：低功耗、遠距離通信、可充電、支持SOS一鍵警報、運動檢測以及防爆等。其外觀以及技術指標見下表。

3.2.3定位網關

瀚岳自主研發的基于LoRa傳輸技術的定位網關，其接收LoRa發送設備傳輸來的數據并通過WiFi/以太網傳輸給服務器。其特點是遠距離通信、數據傳輸高速且可靠、 數據傳輸方式可選、防爆。其外觀以及技術指標見下表。

3.3定位引擎SDK

瀚岳定位引擎SDK, 集成了數據采集、基礎定位算法、基于場景應用算法優化以及API接口模塊。

定位引擎SDK，其特點是：

?高精度：定位精度在2米以內

?響應快：實時定位，響應速度1s以內

?支持離線/在線部署

?無使用門檻：提供API接口，根據工廠需求，可集成到工廠的ERP/MES等現有管理系統中，接口簡單，集成方便

?第三方對接：支持APP/Web/H5接入

3.4地圖引擎SDK 

瀚岳地圖引擎SDK 基于OpenGL三維技術開發的一款功能全面的地圖引擎，運行流暢、性能出眾、穩定性強，并且支持離線部署，支持 iOS、Android 和HTML5多種桌面及移動平臺。其接入室內定位系統可輕松實現室內地圖展示與操作等功能。

3.5管理平臺功能設計

3.5.1實時顯示

二道門入口處和集中控制室均具有實時顯示功能，能顯示生產區域員工、外來施工人員、訪客數量等信息。集中控制室內根據企業實際情況布置顯示屏，并具有報警提示功能。

3.5.2人員實時定位

可在任一時段內快速查看某一人員的實時位置。

3.5.3報警功能 

系統具有超員、越界、一鍵呼救、靜止等報警功能，并支持超員人數設置和區域設置功能，以及報警時伴有語音報警，同時報警位置在地圖上顯示，并與附近的視頻監控聯動，管理人員可根據需要調出報警區域的監控畫面。

3.5.4跟蹤功能 

1.人員信息

在生產區域內人員信息列表上顯示人員信息，在地圖界面上，鼠標放在員工姓名上面（或點擊），可以顯示該人員的詳細信息，如姓名、部門、崗位、應急等信息。 

2.軌跡查詢

提供人員搜索功能，點擊某個員工，可以查看該員工的實時位置、歷史軌跡。

3.視頻聯動

重點區域做到智慧安全管理平臺與視頻監控系統對接，系統能夠即時調出監控畫面。

3.5.5統計功能 

支持對生產區域、重點區域進行人數統計；支持統計報警信息，如報警時間、報警信息、報警類型、報警位置、處理狀態；支持巡檢統計：統計各巡檢路線、巡檢區域、人均巡檢時長、巡檢情況等內容， 并以豐富圖表的形式展出。

3.5.6電子圍欄

系統支持繪制電子圍欄，可以設定生效時間和范圍，在系統內廠區電子地圖上可快速完成電子圍欄圈定，電子圍欄數量無限定。

3.5.7巡檢管理

依據巡檢功能配置巡檢點、巡檢區域、巡檢路線、巡檢人員， 與系統相結合，自動識別巡檢人員和巡檢工作，Z終實現智能化考核統計報表。 

3.5.8數據可視化分析

可通過大屏上通過各類餅圖、柱狀圖、折線圖、地圖等圖表直觀形象地展現出化工人員安全管理系統各類數據的統計分析，包括實時人數統計、告警統計、巡檢統計等。

3.5.9承包商管理

系統可對承包商的工作區域、休息區域、受限區域通過無感知電子圍欄進行安全管理。 

3.5.10訪客管理

訪客進入廠區后可實時追蹤其位置和活動軌跡，查看其活動狀態是否正常。對非訪問區域進行權限設置，訪客 一旦越權訪問，系統立即告警，保障人員及區域安全。系統自動對所有來訪人員進行統計，顯示來訪人員狀態（未離開，離開），也可在來訪記錄中直接對單個訪客進行位置跟蹤和歷史軌跡查詢。

3.5.11一體化平臺接入

智慧安全生產管理平臺可根據企業需求接入應急管理局“安全生產一體化”平臺中，可將企業出入人員信息、各生產作業 場所人員分布情況、安全風險分區信息、超員和應急報警等信息實時上傳應急管理局“安全生產一體化”平臺。并在設計時統籌考慮?；钒踩a風險監測預警系統。

3.5.12  可兼容一卡通

     標簽可添加高頻頻段，符合14443A協議標準，讀取距離≤10CM，可實現14443A讀頭的穩定讀取，使之可以在考勤，門禁權限控制，食堂消費等場景使用

4.技術規范

4.1部署方式

智慧安全生產管理平臺可采用企業內部部署或云部署方式。

4.2數據交換與傳輸設計

人員實時定位等實時性要求較高的數據，采用物聯網主流消息隊列遙測傳輸協議（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）等通信方式實現實時數據的信息采集。

對于人員基本信息等實時性要不高的數據，采用可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）實現非實時數據的信息采集與傳輸。

4.3系統安全設計

為應對來自物理和環境、通信和操作、人員、訪問、系統等各方面的安全風險，建立對應的安全策略，結合身份認證技術、加密、審計、漏洞掃描和安全評估、數據完整性和防抵賴、訪問控制授權等安全技術，結合安全管理規范構建安全體系架構。 

4.3.1數據安全策略

1.網絡訪問控制策略

服務器均為 Linux 服務器，通過安全守護進程腳本、Iptables 等實現對應用服務器、緩存和數據庫服務器的安全防護。 

Iptables 實現了對服務器端口的訪問控制、過濾等防火墻功能，可以對一些關鍵服務如數據庫、隊列等需要開放端口的服務進行訪問權限過濾，防止未授權 IP 非法連接。同時，通過Iptables 可以實現對服務器整體的保護，避免未授權端口的暴露、屏蔽非法對外流量。

2.系統訪問控制策略

系統訪問控制策略將從用戶訪問控制粒度、業務功能訪問控制設計和業務數據/流程訪問控制設計三種維度去分析： 

（1）用戶訪問控制粒度 

對系統中的用戶標識文件、用戶權限列表等等的操作，實行強制訪問控制。 

對審計事件的操作實行強制訪問控制。 

按Z小授權原則分別授予“三員”完成承擔任務所需的Z小權限，并在“三員”之間形成相互制約的關系。 

（2）業務功能訪問控制設計 

系統業務權限主要包含兩部分內容，一是功能菜單的權限，二是業務數據的權限（查看基本信息、查看所有信息、增加、刪除、修改、提交等）。業務功能權限根據用戶角色賦予，業務數據權限由用戶所在部門和用戶角色共同決定。 

（3）業務數據/流程訪問控制設計 

業務數據權限由用戶所在部門和用戶角色共同決定。

3. 數據安全策略

（1）數據存放形式 

系統產生的系統數據、業務數據均存放于數據庫中,附件類包括所有文檔為文件類型存儲。系統中存儲數據均采用主流開源存儲服務。 

（2）數據存儲安全 

?文件數據預設計采用以下策略 ：系統存儲客戶上傳文件，統一將存儲文件采用 HASH 算法進行混淆轉換（如：1003_1）。

?敏感數據預設計采用以下策略：系統數據庫中敏感字段如用戶密碼將采用 MD5+字符串混淆的方式保障數據安全性。 

（3）數據傳輸安全

系統數據傳輸過程中，敏感信息數據（如用戶密碼）將采用 3DES加密傳輸，以系統能夠滿足相關安全性要求。

4.3.2數據安全技術 

平臺從身份認證、授權隔離、操作隔離、三員管理、數據加密、分布存儲等方面，為客戶提供全方位的數據安全保障技術，讓客戶對各類數據的安全真正放心、安心。

4.3.3安全審計 

系統通過記錄應用系統日志來實現對系統的安全審計；對操作系統和數據庫系統審計記錄的查閱遵行所相關要求統一進行。安全審計功能的設計應與身份鑒別、訪問控制等安全功能的設計緊密結合，只有安全保密管理員、安全審計員才能對審計日志進行操作。審計事件應與用戶標識關聯。 

系統運行過程中對系統的安全性可能產生影響的事件都應納入日志記錄的范圍。安全審計范圍如下：(包含但不限于) 

?組織架構：創建、編輯、任命、托管、禁用、刪除、導入、導出； 

?數據監控配置：創建、編輯、刪除； 

?流程監控配置：創建、編輯、刪除。 

安全審計的內容包含時間、地點（IP 地址）、主體（姓名、賬號）、客體（操作模塊、操作對象）、操作類型等，可以確定發生的事件及其來源與結果。 

審計事件與唯一的用戶標識符相關聯，以無歧義地確定責任主體。 

系統提供統一的日志審計模塊，對系統管理員、安全管理員、審計管理員的操作強制記錄。系統可按時間范圍、操作者、操作模塊、操作類型等進行檢索和查詢，幫助系統安全管理人員及時發現異常情況。查閱審計記錄只能由安全保密管理員和安全審計員進行，為授權用戶提供審計記錄查詢、分類功能。 

對操作系統和數據庫系統審計記錄的查閱遵行所相關要求統一進行。 

加強用戶管理及權限配置，保證只能由安全保密管理員和安全審計員訪問；對審計數據實行全所統一的數據備份策略，確保日志在規定期限內的可追溯性；設立安全審計管理員，在日志審查模塊中禁止用戶對原始日志記錄的篡改行為。 

對操作系統和數據庫系統審計記錄的保護遵行所相關要求統一進行。