安全帽及搜救系统

技术领域

本发明涉及无线通信设施技术领域，具体地涉及一种安全帽及搜救系统。

背景技术

安全帽是用来保护头部的一种安全防护便携设备，电力巡检、安全施工、地下采矿等作业时属于保障作业人员人身安全的必备品。现有的安全帽包括智能安全帽大多用于地面定位及监察监控等。在电力地下巡检、地下施工及地下采矿等作业时存在地面塌方、设备坍塌等不可预测的事故风险，并且在出现以上事故时，发明人发现，在发生坍塌事故范围内的基站受到冲击会发生断电，使得常规智能安全帽上的安全电子标签与基站之间的通信中断，在恢复基站的通信前，致使搜救人员无法及时且快速定位事故人员的位置，特别是无法准确定位无生命体特征的人员位置，使得救援团队不能根据伤员的情况即时统计来做出迅速有效的施救措施，这样使一些严重受伤的事故人员将措施最佳的救援机会；此外，现有技术中，使用的甚高频标签具有穿透性差的劣势，不适合地下施工情况使用；还有应用有源的电子标签存在电量管理问题，电池在存放过程中一般会自动放电，影响使用的有效性；另外可穿戴设备比如腕带，饰品，挂绳等方式也会存在遗忘和遗漏疏忽携带的问题。除此之外，现有的搜救定位方法主要是用生命探测仪进行有生命特征的人员搜救，对于无生命体特征的人员搜救方法较少，且费时费力。

发明内容

因此需要设计一种在作业人员被埋在建筑物或地下时快速定位的安全帽和/或救援系统以满足安全作业需求，特别是对于无生命体特征的人员搜救需求。本发明针对这些需求提供了一种安全帽及搜救系统，用于在建筑物或地面塌方时快速有效定位被埋作业人员的位置以及实时反馈被埋作业人员的生命体征信息，给救援团队充分的信息做出迅速有效的施救措施。

本发明实施例的目的是提供一种安全帽，包括：安全帽主体；以及低频电子标签模块，设置在所述安全帽主体上，用于通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，在接收到低频探测器的低频信号时响应所述低频信号。

进一步地，所述低频电子标签模块包括半有源低频电子标签模块或有源低频电子标签模块，其设置在安全帽主体上的优点是不需要额外的携带设备，避免遗忘。

进一步地，该安全帽还包括：第一电子标签模块，设置在所述安全帽主体上，用于发出询问信号给基站以获取作业人员的位置信息；以及微控制单元模块，设置在所述安全帽主体上，用于控制所述第一电子标签模块实时或定时向所述基站反馈所述位置信息。

进一步地，所述安全帽还包括：供电装置，设置在所述安全帽主体上，用于对每个模块进行供电；电源管理模块，设置在所述安全帽主体上，用于通过所述微控制单元模块来控制所述供电装置与每个模块之间的供电。

进一步地，当所述第一电子标签模块与所述基站之间的通信中断，所述第一电子标签模块在发出固定次数的询问而未得到所述基站的响应后，所述微控制单元模块中断所述第一电子标签模块与所述基站之间的通信，第一电子标签模块发出的询问次数能根据实际需求进行设置。

通过上述的技术方案，通过控制中断所述第一电子标签模块与所述基站之间的通信，以减少电量的损耗，使得节省的电量可以为低频电子标签模块及心率检测模块进行供电。

进一步地，该安全帽还包括：心率监测模块，设置在所述安全帽的内侧，用于监测作业人员的心率状态信息。

通过监测作业人员的心率状态信息，可以使得救援人员和基站终端工作人员及时知晓作业人员的生命体征情况，在救援时进行合理的调度。其设置在安全帽内使得被遗忘的情况显著减少。

进一步地，在所述低频电子标签模块进入所述低频探测器的识别范围时，所述低频电子标签收到所述低频探测器发出的低频信号时，低频电子标签即进入工作状态返回低频信号；

之后所述低频电子标签模块再与所述低频探测器进行通信，实时或定时向所述低频探测器反馈所述心率状态信息和所述位置信息。

通过这个技术方案，补充了在坍塌事故发生时，基站受到影响与第一电子标签模块中断通信的期间，也可以快速派遣救援人员定位和知晓作业人员的生命体征信息。

进一步地，所述第一电子标签模块的工作频段范围包括2.4GHz-2.4835GHz。

进一步地，所述低频电子标签模块的工作频段范围包括115KHz-135KHz。

本发明实施例的另一目的是提供一种搜救系统，包括：监控作业人员生命体征的安全帽；低频探测器，用于在所述安全帽主体上的低频电子标签模块进入所述低频探测器的识别范围时，所述低频探测器先以低频信号在可探测范围内激活所述低频电子标签模块，使其进入工作状态，之后再与其进行通信，实时或定时获取位置信息。

通过上述技术方案，利用所述低频电子标签模块穿透性优于高频和甚高频电子标签，能够在建筑物或地面塌方时快速有效定位被埋作业人员的位置以及实时反馈被埋作业人员的生命体征信息，给救援团队充分的信息做出迅速有效的施救措施；且半有源低频电子标签模块在通常情况处于休眠状态，仅对标签中保持数据的部分进行供电，因此耗电量较小，可维持较长时间；额外地，其集成地设置在安全帽主体上，不会产生遗忘携带的问题。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1示出了示例实施例的现有技术的安全帽的示意图。

图2示出了示例实施例的安全帽上电子元件模块的示意图。

图3示出了示例实施例的基于射频识别(RFID)的低频半有源电子标签的工作原理示意图。

图4示出了示例实施例的搜救系统的模块图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1示出了示例实施例的现有技术的安全帽的示意图。

参见图1，安全帽主体100一般包括帽壳101、帽衬103和下颏带105三部分。

根据实施例，帽壳101是安全帽的主要部件，一般采用椭圆形或半球形薄壳结构，这种结构在冲击压力下会产生一定的压力变形，由于材料的刚性性能吸收和分散受力，加上表面光滑与圆形曲线易使冲击物滑走，而减少冲击的时间。根据需要和加强安全帽外壳的强度，外壳可制成光顶、顶筋、有沿和无沿等多种型式。

所述帽衬103是帽壳内直接与佩戴者头顶部接触部件的总称，其由帽箍环带、顶带、护带、托带、吸汗带、衬垫技拴绳等组成。帽衬的材料可用棉织带、合成纤维带和塑料衬带制成，帽箍为环状带，在佩戴时紧紧围绕人的头部，带的前额部分衬有吸汗材料，具有一定的吸汗作用。

所述下颏带105系在下颏上的带子，起固定安全帽的作用，下颏带由带和锁紧卡组成。没有后颈箍的帽衬，采用“y”字形下颏带。

在现有技术中，具有搜救和探测功能的安全帽存在一些问题。例如，具有甚高频的电子标签设置于帽壳101正面的外圈环形带上，其中甚高频的穿透性较差不合适应用在地下施工环境；再例如，有源电子标签设置在安全帽主体100上，就会因为电池在存放过程中自动放电导致出现电量不足，通信中断的问题。

图2示出了示例实施例的安全帽上电子元件模块的示意图。

参见图2，本发明的安全帽能够监控作业人员生命体征，包括安全帽主体100、第一电子标签模块201、低频电子标签模块203、心率监测模块205、微控制单元模块207、供电装置209和电源管理模块210。

根据实施例，所述第一电子标签模块201的工作频段范围优选地包括2.4GHz-2.4835GHz，具体地可以是2.4GHz电子标签模块。其工作频段范围是能够完成本申请的示例工作频段范围，所述频段范围并不能限制本申请。第一电子标签模块设置在所述安全帽主体上，用于发出询问信号给基站来获取作业人员的位置信息。通过在施工现场布置2.4GHz终端设备进行人员定位显示，同时第一电子标签模块201在和基站通信正常的情况下，用于传输作业人员心率、位置等状态信息。

所述低频电子标签模块203所采用的低频一般是指频带由30KHz到300KHz的无线电电波。可选地，所述低频电子标签模块的工作频段范围优选地包括115KHz-1325KHz。具体地，该模块可以是125KHz半有源低频电子标签模块，也可以是有源低频电子标签模块，其工作频段范围是能够完成本申请的示例工作频段范围，所述频段范围并不能限制本申请。该低频电子标签模块设置在所述安全帽主体上，用于通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，在接收到低频探测器的低频信号时响应所述低频信号从而获取作业人员的位置信息。尤其在发生坍塌及人员被困在地下情况时，由于其穿透性优于高频和甚高频电子标签，可以及时被探测器定位到作业人员的位置，进行及时搜救。

所述心率监测模块205是光电反射心率监测模块。其设置在所述安全帽的内侧，用于监测作业人员的心率状态信息使救援人员对心率突变和/或无生命体征的作业人员进行及时救援。

所述微控制单元(MCU)模块207可设置在所述安全帽主体上，用于控制所述心率监测模块205、控制所述第一电子标签模块201和所述低频电子标签模块203实时或定时向所述基站反馈所述心率状态信息和所述位置信息。

所述供电装置209可设置在所述安全帽主体上，用于对每个模块进行供电。

所述电源管理模块210可设置在所述安全帽主体上，用于通过所述微控制单元模块207来控制所述供电装置与每个模块之间的供电。

根据实施例，在基站工作正常情况下，进入施工场地的作业人员领取安全帽100时，个人身份信息绑定，例如输入工号或者姓名等身份信息；微控制单元模块207控制安全帽100上的心率监测模块205实时监测作业人员的心率状态，同时控制第一电子标签模块201(2.4GHz)进行工作，定时或实时向基站反馈作业人员的心率状态信息，以及通过2.4GHz基站进行定位的位置信息。

根据实施例，在发生坍塌等安全事故时基站(2.4GHz)受到冲击会发生断电，第一电子标签模块(2.4GHz)与基站(2.4GHz)之间的通信中断。第一电子标签模块201在发出固定次数的询问而未得到2.4GHz基站的响应后，微控制单元模块207控制中断第一电子标签模块201与基站的通信，以减少电量损耗，节省的电量为半有源低频(125KHz)电子标签模块203及心率监测模块205进行供电。

搜救人员利用低频探测器进行搜救时，低频(125KHz)电子标签模块203进入所述低频探测器的识别范围后，所述低频探测器先以低频信号在可探测范围内激活所述低频电子标签模块203，使其进入工作状态。微控制单元模块207控制电源管理模块210，使低频电子标签模块203切换到通过供电装置209供电(举例而言，供电装置209可以是可替换的微型纽扣电池或可重复充电的锂电池)。这样通过所述供电装置209提供的电能能够提升例如半有源低频(125KHz)电子标签模块的灵敏度，及时响应低频信号与所述低频探测器进行通信，实时或定时向所述低频探测器反馈所述心率状态信息和所述位置信息，方便搜救人员了解被困人员生命体状态及位置，具体将在图3中进行详细阐释。

根据实例实施例，本发明中的所述第一电子标签模块201、所述低频电子标签模块203、所述心率监测模块205、所述微控制单元模块207、所述供电装置209和所述电源管理模块210可集成地且可拆卸地设置在帽壳、帽衬或下颏带任一部件上。不需要使用额外穿戴设备，减少作业人员遗漏穿戴的情况发生。

图3示出了示例实施例的基于射频识别(RFID)的半有源低频电子标签的工作原理示意图。

参见图3，无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。根据通信距离，可分为近场和远场，无源RFID自身不供电，但有效识别距离太短；有源RFID识别距离足够长，但需外接电源，体积较大；而半有源RFID解决了这些问题。半有源RFID又叫做低频激活触发技术。在通常情况下，半有源RFID产品处于休眠状态，仅对标签中保持数据的部分进行供电，因此耗电量较小，可维持较长时间。当标签进入射频识别阅读器识别范围后，阅读器先现以低频(125KHz)信号在小范围内精确激活标签使之进入工作状态，之后可以根据使用环境通过2.4GHz微波与其进行信息传递。也即是说，半有源RFID可以先利用低频信号精确定位，再利用高频信号快速传输数据。

如图3所示，根据实施例，其中301为携带低频RFID电子标签的设备，311为半有源低频电子标签芯片或有源低频电子标签芯片，312为半有源低频电子标签的天线或有源低频电子标签的天线，302为低频探测器，303为解释交互而虚拟的磁力线。实施例可优选半有源低频电子标签芯片。

根据实施例，当进行有塌方危险的施工时，作业人员携带具有低频半有源电子标签芯片的设备(如本申请所述的安全帽100)，一旦发生坍塌，即可采用低频探测器进行探测。低频信号的穿透性强于高频信号，基于此，可选地，在救援时可以加大探测器的功率和/或半有源电子标签天线312的尺寸，方便探测到具有低频半有源电子标签的设备所在位置，方便进行快速救援。根据实施例的有源低频电子标签芯片设备如上不再赘述。

图4示出了示例实施例的搜救系统的模块图。

参见图4，本发明实施例提供一种搜救系统，包括：安全帽501、低频探测器503和基站505。

根据实施例，安全帽501具有前文所述的所有特征，在此不做赘述。该安全帽501能够监控作业人员生命体征，既可以与基站505通信，也可以在基站505失去通信信号后，通过低频探测器503进行通信。

低频探测器503，用于在所述安全帽主体上的半有源低频电子标签模块或有源低频电子标签模块203进入所述低频探测器的识别范围时，所述低频探测器先以低频信号在可探测范围内激活所述半有源低频电子标签模块203，使其进入工作状态，之后再与其进行通信，实时或定时获取位置信息。

基站505，用于和所述第一电子标签模块201进行远距离通信，实时或定时收到作业人员的位置信息和生命体征状态信息。

以上实施例提供的安全帽能够监控作业人员生命体征，在例如发生坍塌等安全事故时，通过低频电子标签模块定位作业人员的位置信息和通过光电反射心率监测模块采集作业人员的生命体征信息，可以使得救援人员和基站终端工作人员及时知晓作业人员的生命体征情况，在救援时进行合理的调度。通过本申请的技术方案，补充了在坍塌事故发生时，基站受到影响与第一电子标签模块中断通信的期间，也可以快速派遣救援人员定位和知晓作业人员的生命体征信息。而且其功能模块集中设置在安全帽主体上，不会产生遗忘携带的问题。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。