【微距・云南博士后①】幸“盔”有你 安全帽也能像“倒车雷达”预警？

【开栏的话】

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。

参与建成了世界最大中国少数民族基因库、建成首款容量为15,000个植物单克隆抗体库、参与完成世界首例MitralStitch™二尖瓣瓣膜修复系统术心脏手术、研发基于X射线的电力设备数字成像透视检测系统、培育肉牛新品种"云岭牛"、世界首只转基因树鼩……在云岭大地上，云南博士后科研工作站的科技工作者在这里不断地镌刻下一笔笔科技强省的创新丰碑。

近年来，云南博士后科研工作站在云南省人力资源和社会保障厅的积极推进下，全省涌现出的一大批科技领军人才、卓越工程师、青年科技人才，立潮头、踏浪行，聚焦云南省生物医药大健康、新材料、高端装备制造、高原特色现代农业、绿色能源和节能环保等产业，点燃了全省经济创新驱动的"推进器"和"新引擎"。

为此，云南网重点开设"微距・云南博士后"栏目，将笔触对准云南优秀科技人才，揭开最新科研成果，展现云南科技创新的新动向，奏响云南博士后的科技创新最强音，谱写好云岭大地高质量发展的新乐谱。

【微距・云南博士后①】幸"盔"有你安全帽也能像"倒车雷达"预警？

你是否被电过？

冬季时，当你脱掉身上的毛衣时，耳边是否听到过"噼啪噼啪"的声响，指尖是否有"酥酥麻麻"的触感，眼前是否看到了一丝丝"游走"的蓝色电流？

而这，只是摩擦产生的静电，小小的静电尚有此威力。

那么，面对上千伏电压等级的电力作业人员，面临的触电风险将是不可预估的。

安全生产是企业的生命线，安全距离不足所导致的触电是电力作业人员面临的主要风险之一。

如何实现准确可靠的作业安全距离预警？

"我们研发了一款智能预警安全头盔，这是一款搭载了新型传感器并具备智能安全预警功能的安全头盔。"云南电网有限责任公司博士后工作站企业导师、电力科学研究院科信部主任唐立军说道，云南电网公司科数部组织了跨单位多专业协同的攻关团队，历时8年，在国内率先突破了多电压等级自适应智能安全预警的关键技术难题，研发的防止人身触电的"倒车雷达"系列化预警装置，可实现输、配、变现场作业各电压等级的自适应预警，是国内首个自适应电压等级智能预警安全帽，并探索了央企内部成果转化合作实施的模式。

预警准确率达98%防触电的"倒车雷达"

滴、滴、滴……滴、滴、滴

"一旦安全头盔发出这种滴滴的声响，就说明现场作业人员接近安全距离，也就是带电危险源。"唐立军解释说，这就像"倒车雷达"报警一样，当作业人员靠近安全距离1.2倍时的带电危险源，智能预警安全头盔就会发出预警声音。"距离带电体越近，报警频率越快、音调越高，时刻告知使用者与带电体保持安全距离。"

记者注意到，这款看起来和普通安全头盔并无二致，半球形的蓝色玻璃钢外层，配上帽衬内的夹层和一根下颌带。

但就是这款"平平无奇"的安全头盔却斩获了全国博士后创新创业大赛铜奖、电力企业联合会电力创新一等奖，南方电网有限责任公司成果转化一等奖和专利一等奖等"高含金量"的荣誉。

"秘密就藏在帽衬内。"唐立军拿起智能预警安全头盔告诉记者，帽衬内安装了3个非接触式电场传感器，分别在帽子的正前方和两侧。"这3个传感器能第一时间感应到作业人员周围带不带电、与带电体安全裕度还剩多少、电压等级又是多少？"

3个只有3厘米左右大小的传感器虽"其貌不扬"，但有了它，这顶帽子却可以在复杂的带电环境中，如同"倒车雷达"一样精准判断出电压等级并进行预警。

"预警装置的核心是在复杂电压作业环境下，精准判定带电体电压等级，准确为作业人员的作业距离进行提醒。"唐立军解释说，U=E/d，电压=电场强度/距离。现在已知的是电场强度，但是却不知道电压和距离这2个参数，要从1个方程中求得2个未知数。"我们要完成一个二元一次方程组，找到唯一的解，也就是唯一的答案，从而实现电压等级预警。"

但就是这样一个看起来很简单的"解方程"，唐立军和其团队一度差点崩溃，现有电场强度的传感器从重量到体积上均无法实现作业人员可穿戴和便携，同时现有测量手段无法针对电力作业现场存在多电压等级交叉、多电压等级同塔架设的场景进行感测。

在没有成熟技术借鉴、缺乏测量基础理论支持的瓶颈下，团队没有放弃，始终坚定地走在这条前人没有探索过的道路上。

崩溃在无数次的失败与尝试中，项目组花了2年多的时间，于2016年终于找到了解决方案——多参量协同检测识别方法。

这一识别方法掌握了复杂场景多电压等级下安全距离处电场的变化规律，解决了多电压等级复杂作业场景下靠近带电危险源的电压等级确定问题，实现了电压等级的辨识和作业人员与监护人员双重预警，具有电压等级自适应、零漏报、超低误报等特点，减少触电事故发生。

"目前，这款智能预警头盔打破了市面上功能单一、预警精度不准确且存在误报、漏报的类似产品，预警率准确度达98%。"唐立军说，一定要准确感知到电压等级并在不同距离下准确预警。"不能出现一直误报现象，否则就像‘狼来了’一样随意报警，也不能把‘车倒过’了撞上了的情况，否则我们付出的代价是沉重和惨痛的。"

六次大调整从"牵着鼻子走"到回归"科研初心"

电压等级35千伏，安全距离一米，预警正常。

电压等级220千伏，安全距离三米，预警正常。

电压等级500千伏，安全距离五米，预警正常。

不同的电压等级下有不同的安全距离。"我们要让设备感知到佩戴者周边存在电源，通过精确定位电源电压等级，为作业人员准确地安全距离预警。"唐立军回忆道，为了实现精准预警，项目组跑遍了整个云南省的变电站和输电站做实验，最长1个月时间都泡在变电站，和变电站的电力作业人员同吃同住同测试，就是为了在每一个现场都能听到这句"预警正常"的天籁之声。"大量的实验唯一的目的就是想做到预警准确率趋近于100%。"

科研的路上总不是一帆风顺的，第一代安全帽投入使用后，很快收到了"佩戴起来不舒服、戴这个没啥用、这个会误报还不够智能？"的质疑声，面对这些质疑，团队继续潜心研究，2018年第二代智能安全头盔升级而来。

"第二代产品配重上只比平常安全帽略重100g，在预警准确率提高的同时还特别增加了语音交互和可视化等智能化功能。"唐立军说，但这样，耳边还是传来了"这个帽子重、帽子都没有视频录制功能"等声音。

这时，一个疑问盘旋在唐立军及其团队的头上，我们做这款安全帽的初心到底是什么？

"我们的初心就是‘防止一线作业人员触电’，用技术手段降低触电风险"。掷地有声，唐立军这样回到道，至此，走了点弯路的他们，将一切推倒重来，开始回归最初的核心和科研本质。

历时8年，经历了多达六次大的技术路线调整，从传感器设计与制作、样机原理与实现、实验室平台搭建、原理验证和样机测试、现场验证与测试，攻克一个又一个难题，突破一项又一项的技术瓶颈，最终找到正确的技术路线，解决了电力现场作业人身触电难题，成功研制了一系列让电力一线员工受益的产品。

2021年7月，第三代自主研发的智能安全帽样机"出炉"。"我们去掉了可视化和语音等智能化功能，在又一步提升了准确率的前提下优化了安全帽的防水防尘功能，续航时间增加，用户使用性能和舒适度上也下足了功夫。"唐立军说，第三代产品坚守初心，瞄准配网作业人群，希望降低电力作业人员触电风险，更精准感知触电风险，无感佩戴，靠近安全距离时能及时提醒作业人员，同时尽快实现产品化并推向市场。

第三代产品还可通过配套手机APP的使用，可进行操作人员作业状态监控、数据采集分析、GPS定位、程序更新等远程操作，进一步提高了对作业人员的安全保障。

目前，第三代产品已在6省区18家电力单位进行了推广应用，在10～500kV输、配、变电的检修、运维、试验等类型作业场景作业4.59万人次，预警准确率超98%，获得了一线作业人员的好评。

而今，云南电网公司自主研发的智能预警安全头盔实现了产业化，年均销售额超千万元，市场容量大。截至目前，接到国内外订单1.8万套。

安全无小事，生命不可重来。"未来，我们团队还想在支撑创新型企业和本质安全型企业构建过程中，融合创新链与产业链，研发迭代应用电力安全作业系列化产品、非接触式验电装备和辅助导航等科技兴安的技术和装备。"唐立军看着眼前的蓝图说道，"有电网就要有人维护，如何让维护电网的人员更安全，这就是我们研发的初心和意义，团队一直努力让每一位电力人都能享受到科技创新带来的福利。"

策划杨萍

记者杨萍

编辑 邓蕊丹

视频制作赵正银

海报设计陈洪涛