安全帽、异物检测方法、电子产品及计算机可读存储介质

技术领域

本申请涉及安全防护领域，尤其是涉及一种安全帽、异物检测方法、电子产品及计算机可读存储介质。

背景技术

在港口物流领域，岸桥吊装集装箱进行装卸作业时，现场必须有指挥手进行指挥和确认工作。装船时，确定集装箱装船位置，安装集装箱固定装置，指挥岸桥司机将集装箱吊装到作业位置并与固定装置进行连接，确定集装箱固定装置与集装箱已经连接并锁定，完成装船作业；卸船时，确定待卸载集装箱在船上的位置，确定集装箱与固定装置已经解除连接，指挥岸桥司机吊装该集装箱完成卸船作业。因此，指挥手需要频繁低头或弯腰进行操作，无法实时抬头观察头顶上方集装箱位置，一旦有异物坠落来不及闪避，就很容易出现人伤事故。

目前，普通安全帽防护模式为被动防护，即利用安全帽自身结构和材料硬度对佩戴者的头部起到基本防护功能。对于指挥手在工作场景中可能遇到的危险程度来说，这种防护模式起到的防护作用并不明显，也不能有效的减少安全事故发生。

带有警示作用的检测安全帽多为气体检测安全帽、障碍物检测安全帽。气体检测安全帽，可以在特殊气体超标或氧气含量不足时对佩戴者发出警示。障碍物检测安全帽则是在帽檐前方固定安装了障碍检测装置，检测方向一般与佩戴者视线方向一致，检测范围随着佩戴者的移动和头部的转动变化，以实现对佩戴者周围进行障碍物检测和警示的目的。可见，目前警示安全帽不适用于指挥手的工作场景，无法在指挥手正常工作时警示来自上方的下坠异物以提供主动的防御保护。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种安全帽、异物检测方法、电子产品及计算机可读存储介质，以实时检测佩戴者上方的异物状态，在佩戴者存在风险时发出警示，为佩戴者提供主动的防御保护。

本申请的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供一种安全帽，包括：帽体、检测装置、平衡装置、报警装置和处理装置；

所述检测装置固定设置在所述平衡装置上，所述平衡装置安装在所述帽体的外表面；

所述处理装置分别与所述平衡装置、所述检测装置、所述报警装置连接；

所述平衡装置用于监测所述检测装置的位置状态数据，并将所述位置状态数据发送给所述处理装置，以使所述处理装置处理所述位置状态数据并根据结果驱动所述平衡装置使所述检测装置的位置状态保持设定位置状态；在所述设定位置状态下，所述检测装置的检测方向垂直向上；

所述检测装置用于检测佩戴者上方的异物状态数据，并将所述异物状态数据发送给处理装置，以使所述处理装置处理所述异物状态数据以进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送风险报警信号给报警装置；

所述报警装置用于在获取到所述报警信号后发出警示。

通过本方案，平衡装置实时监测调整检测装置的位置状态，使检测装置的检测方向能够始终保持竖直向上以实时监测指挥手上方的异物情况，处理装置再通过对检测装置提供的异物检测数据进行风险判断，可以在佩戴者上方存在风险时对佩戴者发出必要的警示，起到了佩戴者在危险情况下的主动防御作用。同时，该安全帽可以在港口物流的指挥手正常作业不能观察上方危险状况时，起到很好的警示和保护作用，适用范围广。

可选的，所述检测装置包括固定设置在所述平衡装置上的测距雷达；

所述测距雷达用于检测不同时刻下与所述佩戴者上方的异物之间的距离，作为异物状态数据发送给所述处理装置。

通过本方案，利用测距雷达可以比较高效地对距离进行检测，从而能够为处理装置对异物状态的分析提供比较精准的数据基础，提高安全帽的防护效果。

可选的，所述平衡装置包括电子水平仪和步进电机；

所述电子水平仪和所述步进电机分别与所述检测装置相对固定设置；

所述电子水平仪和所述步进电机分别与所述处理装置相连接；

所述电子水平仪用于监测所述检测装置在设定坐标系中基于x轴、y轴、z轴的倾斜角度，作为位置状态数据发送给所述处理装置，以使所述处理装置处理所述位置状态数据并根据结果驱动所述步进电机调节所述检测装置在x轴、y轴、z轴方向的倾斜角度，使所述检测装置的位置状态保持设定位置状态；在所述设定位置状态下，所述检测装置的检测方向与z轴方向平行。

通过本技术方案，利用电子水平仪可以高效的监测检测装置发生的倾斜偏转的详细情况，利用步进电机则可以更加灵敏的并对检测装置进行位置恢复，保证了检测装置的检测方向始终是垂直向上的，可以时刻检测佩戴者头顶上方的异物数据。

可选的，所述处理装置在处理所述位置状态数据并根据结果驱动所述步进电机调节所述检测装置在x轴、y轴、z轴方向的倾斜角度时，具体用于：

应用卡尔曼滤波算法，处理当前时刻的所述位置状态数据，确定当前时刻的调节参数，并根据所述调节参数驱动所述步进电机调节所述检测装置在x轴、y轴、z轴方向的倾斜角度。

通过本方案，利用卡尔曼滤波算法可以减少在处理装置处理来自平衡装置监测检测装置时测量误差对测量结果的影响，使处理装置获取到更为接近真实的倾斜角度以驱动所述步进电机调节检测装置在x轴、y轴、z轴方向的倾斜角度，优化了平衡装置的平衡效果。

可选的，所述检测装置在检测佩戴者上方的异物状态数据时，具体用于：

持续检测与所述佩戴者上方的异物之间的距离，作为异物状态数据发送给所述处理装置；所述处理装置在处理所述异物状态数据以进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送报警信号给报警装置时，具体用于；

判断所述距离是否小于第一预设距离；

在所述距离小于第一预设距离后，确定预设时间段内各检测时刻对应的距离数据；

针对每一检测时刻，根据所述检测时刻对应的距离数据，确定所述检测时刻对应的速度数据；根据所述预设时间段内各检测时刻对应的速度数据，确定所述异物的风险等级；

根据所述异物的风险等级，发送对应的报警信号给报警装置。

通过本方案，处理装置可以将检测装置的检测数据处理后进行风险等级分类，根据不同的风险等级，对佩戴者进行不同程度的提醒，以便佩戴者可以在不同情况下做出不同的应对措施。

可选的，所述处理装置还用于：

在与所述电子水平仪通信中断超过第一设定时间时，发送故障报警信号给所述报警装置；和/或，

在所述电子水平仪处于非设定位置状态超过第二设定时间时，发送故障报警信号给所述报警装置。

通过本方案，利用处理装置对电子水平仪的自检可以有效的保证本申请的发明可以时刻处于工作的状态，在硬件出现故障的时候提醒佩戴者，以防佩戴者因硬件故障放松警惕发生事故。

第二方面，本申请提供一种异物检测方法，该方法包括：

所述平衡装置监测所述检测装置的位置状态数据，并将所述位置状态数据发送给所述处理装置；

所述处理装置处理所述位置状态数据并根据结果驱动所述平衡装置使所述检测装置的位置状态保持设定位置状态；在所述设定位置状态下，所述检测装置的检测方向垂直向上；

检测装置检测佩戴者上方的异物状态数据，并将所述异物状态数据发送给处理装置；

所述处理装置处理所述异物状态数据以进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送风险报警信号给报警装置；

所述报警装置获取到所述报警信号后发出警示。

第三方面，本申请提供一种异物检测方法，应用于第一方面所述的安全帽中的处理装置，所述方法包括：

接收所述平衡装置发送的位置状态数据；所述位置状态数据是所述平衡装置监测所述检测装置得到的；

处理所述位置状态数据并根据结果驱动所述平衡装置使所述检测装置的位置状态保持设定位置状态；在所述设定位置状态下，所述检测装置的检测方向垂直向上；

接收检测装置发送的异物状态数据；所述异物状态数据是检测装置检测佩戴者上方的异物得到的；

处理所述异物状态数据以进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送风险报警信号给报警装置，以使所述报警装置获取到所述报警信号后发出警示。

第四方面，本申请提供一种电子产品，包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行第三方面的方法的计算机程序。

第五方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行第三方面的方法的计算机程序。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的一种应用场景示意图；

图2为本申请一实施例提供的一种安全帽的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种平衡装置的详细结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的一种异物检测方法流程示意图；

图5为本申请一实施例提供的一种处理装置功能流程示意图；

图6为本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。

目前带有警示作用的检测安全帽多为气体检测安全帽、障碍物检测安全帽。气体检测安全帽，可以在特殊气体超标或氧气含量不足时对佩戴者发出警示。障碍物检测安全帽则是在帽檐前方固定安装了障碍检测装置，检测方向一般与佩戴者视线方向一致，检测范围随着佩戴者的移动和头部的转动变化，以实现对佩戴者周围进行障碍物检测和警示的目的。

可见，目前警示安全帽无法警示来自佩戴者上方的危险情况，也无法佩戴者上方有下坠异物时不能起到主动防御的作用。

而如图1所示，在港口物流领域，岸桥吊装集装箱进行装卸作业时，现场必须有指挥手进行指挥和确认工作。装船时，确定集装箱装船位置，安装集装箱固定装置，指挥岸桥司机将集装箱吊装到作业位置并与固定装置进行连接，确定集装箱固定装置与集装箱已经连接并锁定，完成装船作业；卸船时，确定待卸载集装箱在船上的位置，确定集装箱与固定装置已经解除连接，指挥岸桥司机吊装该集装箱完成卸船作业。

因此，指挥手在作业时，指挥手上方时常有集装箱上下调动，而指挥手又需要频繁低头或弯腰进行操作，无法实时抬头观察头顶上方集装箱位置，就很容易出现人伤事故。

基于此，本申请欲提出一种时刻检测指挥手上方异物状态，并根据该异物状态做出风险判断以发出警示的安全帽以及对应的异物检测方法、电子设备及存储介质。

图2为本申请一实施例提供的一种安全帽的结构示意图。如图2所示的，安全帽包括帽体21、检测装置22、平衡装置23、报警装置(图中未示出)和处理装置24。处理装置分别与平衡装置、检测装置、报警装置连接，检测装置固定设置在平衡装置上，平衡装置安装在帽体的外表面。

检测装置测量方向为线性单向，而检测装置因为指挥手的走动、低头、弯腰等动作会使检测装置的测量方向产生偏移，无法保持实时测量指挥手上方的异物状况，为了解决这一问题，利用平衡装置时刻监测检测装置的位置状态，在检测到检测装置的位置状态相对于设定位置状态发生偏移的时候，及时进行调整，从而使其始终保持竖直向上的检测方向。

其中，位置状态可以为任何可表征检测装置的检测方向的数据。例如，可以为检测装置每一时刻的检测方向相对于竖直向上的偏移角度。相对应的，平衡装置将该偏移角度发送给处理装置，处理装置可以根据获取的偏移角度制定消除偏移角度的方案，并据此方案对平衡装置进行调整，从而带动检测装置恢复设定位置状态，从而达到检测装置的检测方向始终保持竖直向上的效果。

检测装置始终检测指挥手上方的异物状态数据，异物的状态数据例如为异物距本安全帽的距离、异物每一时刻的速度、异物的每一时刻的加速度。检测装置将该数据发送给处理装置，处理装置根据该数据进行该异物对指挥手的风险程度进行判断，处理装置再根据风险判断结果确定是否对报警装置发送报警信号。

报警装置根据接收到报警信号发出警示信息。具体的，报警装置可以为警示灯、蜂鸣器、手持设备、人体佩戴的其他智能设备。相对应的,警示信息可以为闪烁灯光、语音播报、震动、手持设备和人体佩戴的其他智能设备发出的屏幕闪烁、机体震动等。

本实施例的安全帽方案通过平衡装置时刻保持着检测装置的检测方向垂直向上，保证了检测装置能准确的获取到指挥手的上方异物状态数据，解决了指挥手因为现场作业而无法时刻注意自身上方的问题，处理装置再通过对异物状态数据的分析处理得到异物对指挥手的危险程度并通过报警装置发出警示，达到了当危险来时为指挥提供主动的防御作用。

在一些具体的实施例中，上述的检测装置包括固定设置在所述平衡装置上的测距雷达；所述测距雷达用于检测不同时刻下与所述佩戴者上方的异物之间的距离，作为异物状态数据发送给所述处理装置。

测距雷达可以包括以下至少一种：激光测距雷达、超声波测距雷达、毫米波测距雷达等。

在指挥手作业场景中，上方异物可能包括来自岸桥吊起的超过60米的集装箱，需要检测的异物距离较长，因此，测距雷达优选具有单点测量精度高、抗干扰能力强的激光测距雷达。激光测距雷达内部设有激光发射器、计时器、激光接收器、处理器。激光测距雷达时刻检测佩戴者上方的异物状况，即激光发射器持续发射激光脉冲，当脉冲碰到异物时，脉冲反射后由激光接收器接受，计时器记录该束激光的飞行时间；飞行时间乘上光速即得到激光测距仪与异物之间的两倍距离，并将该距离数据作为异物状态数据发送给处理装置。相对应的，处理装置可以基于该距离数据进行处理，即可确定与佩戴者上方的异物之间的距离。

另一些实现方式中，也可通过激光测距仪对直接检测到的两倍距离数据进行简单处理，得到与佩戴者上方的异物之间的距离，作为异物状态数据发送给处理装置。以便于处理装置基于距离数据，进行后续的判断和调整。

本实施例中测量装置选择具有单点测量精度高、抗干扰能力强的激光测距雷达，可以比较高效地对距离进行检测，从而能够为处理装置对异物状态的分析提供比较精准的数据基础，提高安全帽的防护效果。

在另一些实施例中，平衡装置可以由电子水平仪、步进电机组成。其装置结构示意图可以参考图3。如图3所示，平衡装置包括安装在帽体正上方的支架231、设置在支架上的X轴步进电机232、Y轴步进电机233、Z轴步进电机234，和安装在X轴步进电机上的电子水平仪(235)。检测装置安装在Z轴步进电机上，电子水平仪检测到的位置状态数据可以作为检测装置的位置状态的表征。

其中，电子水平仪内部为一个圆形摆动锤自由悬挂在细线上，且悬浮在无摩擦状态下，摆动锤受地心重力影响会相应发生倾斜。摆动锤两侧均设有电极，摆动锤与电极两侧间隙相同时电容量相等，如果电子水平仪受待测工件倾斜影响时摆动锤会相应发生倾斜，两个间隙之间不同距离的变化会导致不同的电容以转换为角度的差异。具有自动检测、用数字表示测量结果、观测精度高、灵敏度高、测量速度快等优点。

当指挥手在正确佩戴本安全帽进行指挥作业时，电子水平仪以与平行平坦地面为准建立X/Y轴平面，其中X/Y轴互相垂直，以垂直平坦地面为准建立Z轴，其中X/Y/Z轴两两垂直，以安全帽佩戴者直立于平坦地面且检测装置的检测方向平行于Z轴时，此时检测装置发射检测信号所在点为原点，以X/Y/Z三轴过原点建立空间直角坐标系。

当测距雷达的测量方向因指挥手动作产生偏移时，电子水平仪实时监测X轴步进电机与X/Y轴平面倾斜角度，因为检测装置固定安装在X轴步进电机上，所以电子水平仪实时监测检测装置相对于X/Y轴的倾斜角度，根据该倾斜角度通过计算可得感应装置相对于Z轴的倾斜角度，并将上述角度发送至处理装置，处理装置根据该角度为参数驱动步进电机。

步进电机基于电磁铁原理，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制，配合以直线运动执行机构或齿轮箱装置，更可以实现更加复杂、精密的线性运动控制要求。同时，步进电机的电机旋转的角度和电机速度正比于脉冲宽度，易控性高；电机每步调整的精度高；没有电刷，可靠性高；不累计运动误差。

具体的，处理装置通过控制脉冲宽度来控制步进电机的电机转速从而达到准确控制步进电机的旋转角度的目的。

处理装置通过将上述偏移角度计算得出步进电机需要转动的角度，再将步进电机需要转动的角度转化为脉冲信号，步进电机在接收到该脉冲信号时按照设定方向转动一个固定的角度，步进电机在运动的同时调整检测装置的位置状态。

本实施例的方案，利用电子水平仪可以高效的监测检测装置发生的倾斜偏转的详细情况，利用步进电机则可以更加灵敏的并对检测装置进行位置恢复，保证了检测装置的检测方向始终是垂直向上的，可以时刻检测佩戴者头顶上方的异物数据。

在另一些实施例中，处理装置可以为嵌入式控制板，其设置位置可以如图3所示，设置在支架231上241对应位置，用于处理上述位置状态数据并根据结果驱动步进电机调节检测装置相对X轴、Y轴、Z轴的倾斜角度。

基于嵌入式控制板的计算能力和本申请对检测装置的检测方向恢复竖直向上的实时性要求，采用卡尔曼滤波算法优化了嵌入式控制板对平衡装置发送的倾斜角度的处理过程，减小平衡装置的测量误差，提升恢复检测方向至竖直向上的精度。其中，卡尔曼滤波算法只需要上一时刻检测装置的倾斜角度和当前时刻平衡装置测量出的检测装置的倾斜角度，就可以预估出当前时刻检测装置最接近真实值的倾斜角度。

电子水平仪测量到的检测装置的倾斜角度数据可以划分为相对于X轴的倾斜角度(本实施例中简称X轴倾斜角度)和相对于Y轴的倾斜角度。在本实施例中，以嵌入式控制板对X轴倾斜角度的处理为例进行说明，卡尔曼滤波算法的具体处理过程如下。

嵌入式控制板利用卡尔曼滤波算法预估本时刻最近接真实的X轴倾斜角度，具体计算公式如下：

x_now＝x_last+Kg(level_bias-x_last)

其中，x_now表示预估本时刻最近接真实值的X轴倾斜角度，x_last表示上一时刻预估最接近真实值的X轴倾斜角度，Kg表示本时刻的卡尔曼滤波系数，level_bias表示电子水平仪检测的X轴倾斜角度。

Kg的计算公式如下：

Kg＝P_now/(P_now+R)

其中，P_now表示本时刻检测值的协方差矩阵，R表示为调节装置内部的误差影响的参数，具体为运维人员根据场景进行设置。

P_now的计算公式如下：

P_now＝Q+P_last

其中，P_last表示上一时刻预估值的协方差矩阵，Q表示为调节装置内部的误差影响的参数，具体为运维人员根据场景进行设置。

P_last的计算公式如下：

P_last＝(1-Kg)*P_lastn

其中，P_lastn表示上一时刻检测值的协方差矩阵。

卡尔曼滤波算法可以不断用前一刻状态更新当前状态，当得到k时刻的预估值后，k+1时刻的预估值可以循环上面步骤得到，同理本时刻检测装置相对于Y轴、Z轴的预估偏移角度也可以通过上述方法获得。

嵌入式控制板根据计算得到检测装置相对于X轴、Y轴、Z轴最接近真实值的倾斜角度，并根据该倾斜角度为参数实时控制X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机，以嵌入式控制板控制X轴步进电机调整检测装置相对于X轴的倾斜角度为例，X轴步进电机(本实施例中简称步进电机)的旋转角度控制公式如下：

旋转角度＝电机速度*控制周期。

其中，控制周期由于步进电机具有无法不间断的改变转动方向、转动需要时间的现实物理问题，所以本实施例中固定设定嵌入式控制板接收电子水平仪的测量数据的频率是10Hz，嵌入式控制板控制步进电机的控制周期是100ms。

根据公式可知：当控制周期固定时，嵌入式控制板通过控制步进电机的转速来每次控制步进电机的旋转角度。

其中，步进电机的转速通过嵌入式控制板输出脉冲宽度调制(Pulse widthmodulation，PWM)信号控制，具体包括：

当输出脉冲宽度越大，供给步进电机的平均电压就越大，步进电机转速也就越高。反之脉冲宽度越小，则供给电机的平均电压就越小，步进电机转速也就越低。

PWM信号控制公式如下：

其中，e(t)表示t时刻的倾斜角度与t-1时刻的倾斜角度的差值。v(t)表示输出的PWM值。

实际应用中，对该公式做适用性调整，具体为将PWM值拆分成两个控制部分。

其一：v

这部分是为了当检测装置倾斜角度产生时，步进电机立即产生控制作用以快速消除角度偏移。

另一：

这部分则是为了消除静差，使步进电机的旋转角度更精确。具体为：当只用第一部分控制器会因为步进点击速度改变过大，导致步进电机无法调整偏移角度归零，无法消除最后的一小点误差。这时第二部分控制器启动以矫正最后一点的误差。

电机的最终旋转速度由两个部分得到的(v

在本实施例中为了保护电机不会因为过高的电压值损坏，设置输出PWM值最大值v

在另一些实现方式中，考虑到硬件(电机，云台)的使用寿命，当偏角小于等于3°的情况，调整控制策略，无论控制器计算出PWM值是多少，都不输出给电机，直到偏角大于3°。

通过本方案，减少了处理装置处理来自电子水平仪监测检测装置时测量误差对测量结果的影响，使处理装置获取到更为接近真实的倾斜角度，并以该倾斜角度为参数控制步进电机调节检测装置相对于X轴、Y轴、Z轴的倾斜角度，优化了平衡装置的平衡效果。

在另一些优选的实施例中，激光测距仪在检测佩戴者上方的异物状态数据时，具体用于：处理装置根据获取到的激光测距仪与异物之间的距离，以使处理装置进行相应的风险等级判断，其中风险等级根据威胁到佩戴者的程度分为低、中、高三级，处理装置根据不同的风险等级向报警装置发送不同的报警信号，具体风险的判断方式如下：

判断所述距离与第一预设距离的大小，第一预设距离可根据现场作业具体情况设定，一般设定为作业现场岸桥的高度，当所述距离大于第一预设距离时，现场作业几乎没有可以下落的异物，判定风险等级为低。

当所述距离小于等于第一预设距离时，判定所述距离与第二预设距离大小，第二预设距离一般为安全阈值，确定所述距离大于第二预设距离时，处理装置开始计算异物的下降状态和下降速率，具体方式为：

通过本时刻k和上两个时刻k-1、k-2的异物距离数据进行计算，用k-1时刻距离减k-2时刻距离得出的值除以k-2时刻到k-1时刻的时间得出异物在k-1时刻的下降速度，同理得出k时刻异物的下降速度。再利用k时刻的下降速度减k-1时刻的下降速度的值除以k-1时刻到k时刻的时间得出异物的加速度。这里两个时刻之间的时间间隔通常为几毫秒，k-1时刻不代表为k时刻的一秒前。

当计算的异物下降速度为0时，确定异物固定在空中，判定此时的风险等级为低。

当计算的异物下降速度小于0时，确定异物在上升状态，在现场作业中确定为岸桥吊起集装箱，判定此时的风险等级为低。

当计算的异物下降加速度小于等于0时，确定异物为人为下降，在现场作业中人下降的异物一般为岸桥下降集装箱，判定此时的风险等级为中。

当计算的异物下降加速度大于0时，但无法确定是岸桥加速下降集装箱还是集装意外脱绳下坠异或是有异物下降，风险等级为高。

因第二预设距离为安全阈值，为现场设定的安全距离，现场工作人员不允许在处于该距离内的集装箱下作业，所以当所述距离小于第二预设距离时，判定此时的风险等级为高。

报警装置根据风险等级的不同，所发出的警示也不同，包括：

当风险等级为低时，声光震动报警装置闪烁灯光，主要警示岸桥司机下方人员的位置，由岸桥司机把控当时操作是否会威胁下方佩戴者，在视野条件不好时，可主动激活报警装置闪烁灯光。

当风险等级为中时，声光震动报警装置闪烁灯光和震动报警，震动主要提示为佩戴人员上方有异物下降，由佩戴者自行判定风险作出相应操作。

当风险等级为高时，声光震动报警装置闪烁灯光、震动并发出语音提示，声音主要为“请迅速撤离”，作用在于立刻提醒佩戴者离开当前所在位置，避免危险。

通过本方案，处理装置可以将检测装置的检测数据处理后进行风险等级分类，根据不同的风险等级，对指挥手进行不同程度的提醒，以便指挥手可以在不同情况下做出不同的应对措施。

在另一种可能实现的方案中，嵌入式控制板对激光测距雷达的距离数据进行风险判断时，具体用于：

当所述距离小于第一设定距离时，嵌入式控制板开始计算物体下降状态以及下降速率，当所述距离小于第二设定距离时，嵌入式控制板控制声光震动报警器进行报警。

当所述距离在第一设定距离和第二设定距离区间时，嵌入式控制板根据异物下降速率来判断是否发送报警信号，具体方法如下：

记录t

再间隔k时间，即t

根据现场作业经验，设定从接收到报警到人员撤离完成耗时t

基于现实情况t

在另一些优选的实施例中，嵌入式控制板还用于在与所述电子水平仪通信中断超过第一设定时间时，判断电子水平仪或者两者之间的通信手段出现故障不能继续获取准确的异物检测信息，立刻发送故障报警信号给所述报警装置；和/或，在所述电子水平仪处于非设定位置状态超过第二设定时间时，即判断电子水平仪发生故障或者步进电机出现相应故障不能继续获取准确的异物检测信息，立刻发送故障报警信号给所述报警装置。

在另一种可能实现的方案中，安全帽可以与手持设备产生交互包括，检测装置包括一个视频摄像头，在嵌入式控制板中留有可以和手持设备互连的接口且视频摄像头与嵌入式控制板连接，手持设备可以用于电源供电和归纳嵌入式控制板的各项数据，数据具体包括：因为指挥手自身行动而产生的检测装置倾斜角度的所有历史数据，手持设备通过大量分析倾斜角度数据可以得出指挥手的行动习惯，并根据行动习惯数据个性化制定恢复检测装置的位置状态的计算方案，将该方案从新编码传给嵌入式控制板，从而优化嵌入式控制版控制步进电机的指令，减少步进电机的运动幅度以使步进电机的运动曲线更加平滑。

视频摄像头可以在每次发出中高风险报警信号时进行现场抓拍，对发生危险情况的现场情况进行记录，并由嵌入式控制板传给手持设备，手持设备对所有发生危险的情况进行分析归纳，将现场作业可能出现的问题提供给相关人员以进行后续的改进工作。

在另一些实施例中，还提供一种应用于上述任一项所述的实施例异物检测方法，具体流程如图4所示，包括：

平衡装置监测检测装置的位置状态数据，并将位置状态数据发送给处理装置。

处理装置处理位置状态数据并根据结果驱动平衡装置使检测装置的位置状态保持设定位置状态。

在设定位置状态下，检测装置的检测方向垂直向上，检测装置检测佩戴者上方的异物状态数据，并将异物状态数据发送给处理装置。

处理装置处理异物状态数据以进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送风险报警信号给报警装置，报警装置获取到报警信号后发出警示。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的一种异物检测的方法具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在另一些实施例中，应用于上述任一项所述的实施例的处理装置，具体功能流程图如图5所示，包括：

S501、处理装置接收平衡装置发送的位置状态数据，位置状态数据是平衡装置监测检测装置得到的。

S502、处理装置处理位置状态数据并根据结果驱动平衡装置使检测装置的位置状态保持设定位置状态，在设定位置状态下，检测装置的检测方向垂直向上。

S503、处理装置接收检测装置发送的异物状态数据，异物状态数据是检测装置检测佩戴者上方的异物得到的。

S504、处理装置处理异物状态数据以进行风险判断。

S505、处理装置根据判断结果确定是否发送风险报警信号给报警装置，以使报警装置获取到报警信号后发出警示。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的处理一种异物检测的方法的处理装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在另一种具体的实施例中，安全帽主要包括的设备如下：帽体，嵌入式控制器，云台、激光测距仪、声光报警器等设备。

本安全帽包含的硬件设备及传感器包括：嵌入式控制板，电子水平仪，激光测距仪，xyz轴步进电机，声光震动报警器，其中电子水平仪与激光测距雷达安装位置相同，便于直接获取激光测距雷达与水平面的角度值。

嵌入式控制板主以10Hz频率控制水平仪进行角度数据采集、激光测距仪数据采集和步进电机的旋转，同时通过数据汇总分析，判断是达到报警条件，如果达到，立即控制声光震动报警器进行报警信息输出。

具体方法如下：

头顶异物检测方法：

1、通过电子水平仪判断安全帽上的云台方向与水平方向的偏差。

水平仪获取角度以后，需要通过卡尔曼滤波算法进行滤波，过滤传感器内部产生的噪声，以及测量时产生的误差，同时对运动的趋势做预测。

卡尔曼滤波只需要知道上一状态的值和当前状态的测量值就可以预估出结果，不需要再之前的历史值，所以这种滤波方式的实时性很好，同时也不用占用很大的内存，所以采用卡尔曼滤波思想，通过优化后的公式，对电子水平仪x,y,z轴三个测量数值进行滤波处理。

具体方法如下：

以电子水平仪测量的X轴角度为例，假设电子水平仪水平时，输出值level_zero。k时刻，水平仪测量值为level_data，水平仪角度偏差值level_bias＝level_data-level_zero。设x_last为k-1时刻的预测角度。先设置k-1时刻的协方差矩阵P_last＝0.2，k时刻的估计值协方差矩阵P_now＝0。

第一步更新k时刻的估计值协方差矩阵P_now，用到公式(1-1)，其中Q为经验参数。第二步更新卡尔曼滤波系数Kg，用到公式(1-2)，其中R为经验参数。第三步根据Kg还有P_now更新P_last的值，用到公式(1-3)。最后第四步计算k时刻的预测值x_now，用到公式(1-4)(等式右侧的x_last为k-1时刻的预测值)。卡尔曼滤波相当于不断用前一刻状态更新当前状态的方法，得到k时刻的预测值后，k+1时刻的真预测可以循环上面步骤得到。当得到真预测后，就是采用控制方法控制电机运动，将水平仪恢复水平。

P_now ＝ Q+P_last (1-1)

Kg＝P_now /(P_now+R) (1-2)

P_last ＝ (1-Kg)*P_now(1-3)

x_now＝x_last+Kg(level_bias-x_last) (1-4)

同理Y轴和Z轴也可以通过以上方法得到k时刻的预测值。

控制云台使激光测距仪永远垂直向上。

根据xyz角度的大小，控制步进电机的旋转速度和旋转方向。

以x轴为例，y轴，z轴同理。

考虑到电机物理特性，转动需要时间，也不可以不间断的改变转动方向，同时角度数据的采集频率是10Hz，所以采用100ms的控制周期。

已知控制周期，只需计算出x轴电机的转速，就可以得到每次控制周期的电机的旋转角位移。那么可以理解为通过控制电机转速来控制电机的旋转角度，进而控制云台使激光测距仪永远垂直向上。

以x轴电机为例，齿轮顺时针旋转，速度为正，齿轮逆时针旋转，速度为负。

嵌入式控制板输出PWM(脉冲宽度调制，简称脉宽调制)信号，输出不同的占空比信号，脉冲宽度越大即占空比越大，提供给电机的平均电压越大，电机转速就高。反之脉冲宽度越小，则占空比越小。提供给电机的平均电压越小，电机转速就低。因此对电机的速度控制就由PWM信号控制，只需要计算出嵌入式控制板需要输出的PWM值。

速度控制原理公式如下：

实际使用的时候，拆分成两个控制部分。

第一部分：PWM值输出v

这部分是为了偏差产生后，立即产生控制作用，快速消除角度偏移。

第二部分：PWM值输出

这部分主要用来消除静差，使控制的角度更精确。如果只用第一部分控制器就会因为速度改变过大，电机永远无法调整水平仪角度至水平，无法消除最后的一小点误差。这时候第二部分控制器就起作用了，矫正最后一点点的偏移。

最终电机的旋转速度调整，由两个部分得到的(v

旋转角度控制公式如下：旋转角度由速度控制。固定的控制周期，旋转角度＝电机速度*控制周期。

同时考虑到硬件(电机，云台)的使用寿命，当偏角小于等于3°的情况，调整控制策略，无论控制器计算出PWM值是多少，都不输出给电机，直到偏角大于3°。

2、安全风险判断方法及报警

测距仪接收到嵌入式控制板的采集指令后，测量异物与安全帽距离，当异物距离小于h1时，嵌入式控制板开始计算物体下降状态以及下降速率，当异物与安全帽距离小于距离h2时，嵌入式设备控制声光震动报警器进行报警，其中h1，h2可以根据现场作业情况进行配置。

当异物处于h1-h2区间时，报警装置是否报警的逻辑如下：

根据经验值，假设从接收到报警到人员撤离完成耗时t

具体过程如下：

(1)记录t

(2)再间隔k时间，即t

(3)根据现场作业经验，设定从接收到报警到人员撤离完成耗时t

基于现实情况t

(4)重复以上过程，循环计算是否满足报警条件，当连续3满足报警条件后，嵌入式控制板控制声光震动报警器进行报警。

3、设备异常判断方法及报警。

安全帽设备的正常工作才能保证安全帽工作安全可靠，当硬件出现故障时要能进行自检和报警。检测方法如下：

(1)硬件工作状态检测

当嵌入式控制板与水平仪通信中断超过s秒时，设备进行报警。

(2)云台机械硬件状态检测。

当水平仪处于非水平状态时，嵌入式控制板给步进电机发送调整信号，当信号发送连续发送超过t秒后，云台还未达到水平状态，说明云台机械硬件出现了故障，设备进行报警。

(3)通信是否存在故障。

嵌入式控制板与后端平台进行心跳通信，当心跳消失时，设备进行报警。

图6为本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图6所示，本实施例的电子设备600可以包括：存储器601和处理器602。

存储器601上存储有能够被处理器602加载并执行上述实施例中方法的计算机程序。

其中，处理器602和存储器601相连，如通过总线相连。

可选地，电子设备600还可以包括收发器。需要说明的是，实际应用中收发器不限于一个，该电子设备600的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器602可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器602也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。

总线可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线可以是PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

存储器601可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。

存储器601用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器602来控制执行。处理器602用于执行存储器601中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。

其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。还可以为服务器等。图6示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

本实施例的电子设备，可以用于执行上述任一实施例的方法，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上实施例中的方法的计算机程序。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。