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

随着港口物流需求的高速增长，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。且指挥手因为工作内容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，一旦指挥手上方出现异物坠落，指挥手来不及闪避就很容易出现人伤事故。

安全帽作为指挥手必不可少的一种安全保护装置，主要用于作业人员受到高处坠落物、硬质物体的冲击或挤压时，减少对头部的冲击力，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。

带有检测作用的警示安全帽也无法为指挥手检测来自上方的异物状态，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、感应装置、监测装置、控制装置和报警装置；

所述感应装置固定设置在所述帽体的外表面，所述监测装置固定安装在感应装置上；

所述控制装置分别与所述感应装置、所述监测装置、所述报警装置连接；

所述感应装置用于检测所述感应装置的检测范围内的异物状态数据，并将所述异物状态数据发送给所述控制装置；

所述监测装置用于监测感应装置的倾斜状态数据，并将所述倾斜状态数据发送给所述控制装置；

所述控制装置用于根据所述倾斜状态数据和所述异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据，基于所述佩戴者竖直上方的异物的状态数据进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送报警信号给报警装置；

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，监测装置实时监测调整感应装置的倾斜状态，控制装置根据倾斜状态数据和感应装置检测的异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据，控制装置再通过对竖直上方的异物的状态数据进行风险判断，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，所述感应装置包括固定设置在所述帽体的面阵测距雷达；

所述面阵测距雷达具有n*m个测距单元，所述测距单元用于按照预设检测频率检测对应的检测方向的异物距离数据，其中，任一所述测距单元对应的检测方向互不相同；

所述面阵测距雷达用于将所有所述测距单元检测的异物距离数据作为异物状态数据发送给所述控制装置；

所述控制装置根据所述倾斜状态数据和所有所述测距单元检测的异物距离数据确定佩戴者竖直上方的异物的距离，基于所述竖直上方的异物的距离进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送报警信号给报警装置。

通过本方案，利用由多个测距单元组成的面阵测距雷达可以实现对一个区域范围性的检测，从而能够为控制装置分析佩戴者竖直上方的异物的状态的分析提供比较全面、精准的数据基础，提高安全帽的防护效果。

可选的，所述监测装置包括电子水平仪；

以所述电子水平仪重心为原点，以所述原点所在水平面建立x/y轴平面且x轴、y轴过原点，以垂直水平面且穿过所述原点为准建立z轴，所述x轴、y轴、z轴两两垂直，所述x轴、y轴、z轴构成空间直角坐标系；

所述电子水平仪用于监测所述感应装置在所述空间直角坐标系中基于x轴、y轴、z轴的倾斜角度，作为倾斜状态数据发送给所述控制装置；

所述控制装置在根据所述倾斜状态数据和所述异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据时，具体用于：

处理所述倾斜角度，并根据处理结果和所述异物状态数据，确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

通过本技术方案，利用电子水平仪可以高效的监测感应装置发生的倾斜偏转的详细数据，控制装置利用该数据则可以更加快速从感应装置提供的异物状态数据筛选出佩戴者竖直上方的异物的状态数据，提高安全帽的防护效果。

可选的，所述控制装置在处理所述倾斜角度时，具体用于：

应用卡尔曼滤波算法，根据当前时刻监测装置监测的倾斜角度和上一时刻应用卡尔曼滤波算法得出的预估倾斜角度，得到当前时刻预估的倾斜角度；

所述控制装置根据处理结果和所述异物状态数据，确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据时，具体用于：

结合当前时刻预估的倾斜角度，判断所述异物状态数据中是否含有与z轴方向平行的异物的状态数据；

若含有，则将所述与z轴方向平行的异物的状态数据确定为佩戴者竖直上方的异物的状态数据；

若不含有，则根据所述异物状态数据中与z轴方向最接近的设定数量个异物的状态数据，计算得出与z轴方向平行的异物的状态数据，作为佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

通过本方案，利用卡尔曼滤波算法可以减少在控制装置处理来自监测装置监测感应装置时测量误差对测量结果的影响，使控制装置获取到更为接近真实的倾斜角度以计算出佩戴者竖直上方的异物的状态数据，提高安全帽的防护效果。

可选的，所述控制装置在基于所述竖直上方的异物的距离进行风险判断，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；

在确定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，根据所述各检测时刻对应的距离数据，确定所述各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和各检测时刻对应的距离数据，确定所述佩戴者竖直上方的异物坠落到佩戴者位置的时间；

针对每一检测时刻，根据所述佩戴者竖直上方的异物坠落到佩戴者位置的时间和设定逃离时间，确定所述佩戴者竖直上方的异物的风险等级；

根据所述佩戴者竖直上方的异物的风险等级，发送对应的报警信号给报警装置。

通过本方案，控制装置可以将感应装置的检测数据处理后进行风险判断，根据不同的判断结果，确定向报警装置是否发出报警信号，为佩戴者的安全状态进行主动的分析并进行防护。

可选的，所述控制装置还用于：

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水平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，利用控制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：

所述感应装置检测所述感应装置的检测范围内异物状态数据，并将所述异物状态数据发送给所述控制装置；

所述监测装置监测所述感应装置的倾斜状态数据，并将所述倾斜状态数据发送给所述所述控制装置；

所述控制装置根据所述倾斜状态数据和所述异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据；

所述控制装置根据所述佩戴者竖直上方的异物的状态数据进行风险判断，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控制装置，所述方法包括：

接收所述感应装置发送的异物状态数据，所述异物状态数据是所述感应装置检测所述感应装置的检测范围内的异物得到的；

接收所述监测装置发送的倾斜状态数据；所述倾斜状态数据是所述监测装置监测所述感应装置得到的；

处理所述倾斜状态数据和所述异物状态数据并根据结果确定佩戴者竖直上方的异物数据；

处理所述佩戴者竖直上方的异物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异物检测方法流程示意图；

图4为本申请一实施例提供的一种应用于控制装置的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电子设备的结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的一种感应装置应用示意图；

图7为本申请一实施例提供的一种感应装置检测范围示意图；

图8为本申请一实施例提供的一种检测点分布示意图。

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的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，目前警示安全帽只有在佩戴者抬头看向上方时，才能对佩戴者上方的异物进行检测和预警，无法在佩戴者正常活动时，时刻检测来自佩戴者上方的危险情况，也无法在佩戴者上方有下坠异物时起到主动警示的作用。

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、感应装置22、监测装置(图中未示出)、报警装置(图中未示出)和控制装置23。控制装置分别与监测装置、感应装置、报警装置连接，为了便于安装，在帽体上安装一个承载结构，控制装置、感应装置、报警装置、感应装置，上述装置基于承载结构进行安装，当中感应装置的检测方向向上，且固定设置在承载结构顶部，监测装置安装在感应装置上。

感应装置用于检测所述感应装置的检测范围内的异物状态数据，并将异物状态数据发送给控制装置；监测装置用于监测感应装置的倾斜状态数据，并将倾斜状态数据发送给控制装置；控制装置用于根据倾斜状态数据和异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据，控制装置基于竖直上方的异物的状态数据进行风险判断，并根据判断结果确定是否发送报警信号给报警装置；报警装置用于在获取到报警信号后发出警示。

由于控制装置需要的异物状态数据为佩戴者竖直上方的异物的状态数据，而感应装置的检测数据是的检测范围内的异物状态数据，而感应装置因为指挥手的走动、低头、弯腰等动作会使感应装置的检测方向发生改变，相对应的，感应装置的检测范围也发生改变，需要重新确定检测范围中检测佩戴者竖直上方的异物的状态数据。为了解决这一问题，利用监测装置时刻监测感应装置的倾斜状态数据，控制装置根据该倾斜状态数据重新确定在感应装置检测的异物状态数据中佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

其中，倾斜状态数据可以为表征感应装置检测范围变化的数据。例如，感应装置每一时刻的检测范围相对于竖直向上的倾斜角度。相对应的，监测装置将该倾斜角度发送给控制装置，控制装置可以根据获取的倾斜角度从感应装置倾斜后检测范围中确定佩戴者竖直上方的检测数据。

感应装置始终检测感应装置检测范围内的异物状态数据，异物的状态数据可以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。感应装置将该数据发送给控制装置，控制装置根据该数据中获取佩戴者竖直上方的异物的状态数据，并以该异物的状态数据对指挥手的风险程度进行判断，控制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，报警装置可以发出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。相对应的,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。

通过本方案，监测装置实时监测感应装置的倾斜状态，控制装置根据倾斜状态数据和感应装置检测的异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据，控制装置再通过对竖直上方的异物的状态数据进行风险判断，可以在佩戴者上方存在风险时对佩戴者发出必要的警示。

在一些具体的实施例中，上述的感应装置包括固定设置在所述帽体上的面阵测距雷达；所述面阵测距雷达具有n*m个测距单元，测距单元用于按照预设检测频率检测预设检测方向的异物距离数据，其中，任意所述测距单元的预设检测方向互不相同。面阵测距雷达用于不同时刻下检测与所述感应装置的检测范围内的异物之间的距离，作为异物状态数据发送给所述控制装置。

如图6所示，本实施例中感应装置的检测范围随着佩戴者的身体动作发生变化时，始终包含佩戴者的竖直上方，图中虚线则表征为感应装置在佩戴者竖直上方的检测。

相对应的，检测范围由面阵测距雷达上1024*128个测距单元共同实现，其中，测距单元按照行列方式排列，单个测距单元按照10Hz的频率检测异物距离数据，测距方法为时间飞行法，测距单元发射出经过调制的近红外光，光线遇物体后反射并再次被测距单元接收，测距单元通过计算光线发射和接收的相位差与时间差，来换算被检测到异物的距离。

如图7所示，佩戴者上方有一长方体异物，将每个测距单元发射的近红外光在该异物的反射点形成一个矩阵，并将该矩阵放入坐标系中表示，感应装置每行具有1024个测距单元负责检测x轴方向异物、每列具有128个所述测距单元负责检测y轴方向异物。

任意单独一行测距单元对应同一纵向角度，任意相邻两行测距单元间隔角度为0.17°，任意单独一列测距单元对应同一个横向角度，任意相邻两列测距单元间隔角度为0.7°。每个测距单元在面阵测距雷达中都可以用唯一一个角度索引表示。

测距单元每次接收反射回的近红外光时，同时通过该反射回的近红外光的回波强度可以判断本次近红外光是由碰到异物反射而回，还是没有碰到异物由空气中的粉尘等杂质反射而回，进而更方便控制装置从所有测距单元的检测数据中选取关于异物的状态数据。

每个测距单元将每次测量的异物距离数据做为异物状态数据发送给控制装置。

通过本方案，利用由多个测距单元组成的面阵测距雷达可以实现对一个区域范围性的检测，从而能够为控制装置分析佩戴者竖直上方的异物的状态提供比较全面、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，监测装置可以为电子水平仪，电子水平仪固定安装在感应装置上，电子水平仪检测到的倾斜状态数据可以作为感应装置的倾斜状态的表征。

以电子水平仪的重心为原点，以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X/Y/Z三轴过原点建立第一空间直角坐标系。

当测距雷达的测量方向因佩戴者动作产生偏移时，电子水平仪实时监测感应装置相对于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控制装置，控制装置根据该角度和感应装置检测的异物状态数据确认佩戴者竖直上方的异物状态数据。

通过本技术方案，利用电子水平仪可以高效的监测感应装置发生的倾斜的详细数据，控制装置利用该数据则可以更加快速从感应装置提供的异物状态数据中确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据，提高安全帽的防护效果。

在另一些实施例中，控制装置在处理倾斜角度时，具体用于：应用卡尔曼滤波算法，根据当前时刻监测装置监测的倾斜角度和上一时刻应用卡尔曼滤波算法得出的预估倾斜角度，得到当前时刻预估的倾斜角度。控制装置根据处理结果和异物状态数据，确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据时，具体用于：结合当前时刻预估的倾斜角度，判断异物状态数据中是否含有与z轴方向平行的异物的状态数据，若含有，则将与z轴方向平行的异物的状态数据确定为佩戴者竖直上方的异物的状态数据。若不含有，则根据异物状态数据中与z轴方向最接近的设定数量个异物的状态数据，计算得出与z轴方向平行的异物的状态数据，作为佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

其中，控制装置可以为嵌入式控制板，用于处理倾斜状态数据并根据结果表征所述感应装置在X轴、Y轴、Z轴方向的倾斜角度。

基于嵌入式控制板的计算能力和本申请对感应装置的异物状态数据中确定佩戴者竖直向上的异物的状态数据的精度要求，采用卡尔曼滤波算法优化了嵌入式控制板对监测装置发送的倾斜角度的处理过程，减小监测装置的测量误差。其中，卡尔曼滤波算法只需要上一时刻感应装置的倾斜角度和当前时刻监测装置测量出的感应装置的倾斜角度，就可以预估出当前时刻感应装置最接近真实值的倾斜角度。

电子水平仪测量到的感应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，同理本时刻感应装置相对于Y轴的预估倾斜角度也可以通过上述方法获得、感应装置相对于Z轴则可以通过计算获取。

根据上述预估的倾斜角度数据和上述感应装置的异物状态数据，判断所述异物状态数据中是否含有与z轴平行方向的异物状态数据，具体判断方式为：

异物状态数据中含有所有测距单元检测的异物状态数据，因为每个测距单元之间间隔角度为固定角度固定，根据上述本时刻预估的倾斜角度数据和本时刻的异物状态数据，确定本时刻佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

以感应装置的中心为原点，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X/Y/Z三轴过原点建立第二空间直角坐标系。

第一空间直角坐标系和第二空间直角坐标系的建立过程只有原点不同，感应装置在第一空间直角坐标的倾斜角度可以在第二空间直角坐标系中使用。

优选的，感应装置水平放置时有一测距单元检测方向与Z轴平行，以该测距单元为例表示测距单元在第二空间直角坐标系中相对X/Y/Z轴的角度数据。该测距单元相对于第二空间直接坐标系X轴、Y轴、Z轴的角度表示为(90°，90°，0°)，与该测距单元相邻四个测距单元相对于第二空间直接坐标系X轴、Y轴、Z轴的角度表示为(89.83°，90°，0.17°)、(90°，89.3°，0.7°)、(90.17°，90°，-0.17°)、(90°，90.7°，0.7°)。

控制装置确定所有测距单元中在本时刻检测方向是佩戴者竖直上方的测距单元时，可以分为两种情形，具体如下：

在佩戴者运动过程中，每一时刻计算得出有测距单元的检测方向与z轴平行，则取该测距单元的异物状态数据为佩戴者竖直上方的异物状态数据，例如：上一时刻检测方向与Z轴方向平行的测距单元在第二空间直角坐标系的角度表示为(90°，90°，0°)，本时刻预估的感应装置相对于第一空间直角坐标系X轴、Y轴、Z轴的倾斜角度数据为(0.17°，0°，-0.17°)，则本时刻面朝方向与Z轴方向平行的测距单元为上一时刻面朝方向为(90.17°，90°，-0.17°)的测距单元。

在佩戴者运动过程中，若计算得出没有测距单元的检测方向与z轴平行，则取所述与z轴平行方向角度最接近的四个测距单元的异物状态数据，根据所述四个异物状态数据计算得出与z轴平行方向的异物状态数据，计算过程如下：

由于感应装置的角分辨率相对较小，即相邻两个测距单元的间隔角度较小，可以近似为四个测距单元同时射在同一物体表面。如图8所示，P11、P22、P33、P44为四个测距单元射到物体表面的四个点。以测距单元的中包含的第二空间直角坐标系中的索引角度为(x，y，z)、本次测量的异物距离数据，得出测距单元在第二空间直角坐标系中的距离坐标(x1，y1，z1)。利用下述三维平面公式，计算待测点Z的距离：

Ax+By+Cz+D＝0

将P11、P22、P33、P44的距离坐标带入，求得A、B、C、D变量值，将Z点坐标(0、0、z)、A、B、C、D变量值带入，求得z值，该z值即为与Z轴方向平行的异物距离数据。

本实施例的另一种实现方式，监测装置监测的感应装置的倾斜状态数据可以是：本时刻感应装置和上一时刻感应装置的倾斜变化数据。根据该倾斜变化数据和上一时刻感应装置的异物状态数据，可以确定本时刻异物状态数据中佩戴者竖直向上的异物的状态数据。

通过本方案，控制装置利用卡尔曼滤波算法可以获取到感应装置更为接近真实的倾斜角度，并根据倾斜角度计算出佩戴者竖直上方的异物的状态数据，控制装置针对感应装置的异物状态数据没有直接检测到佩戴者竖直上方的异物的状态数据，控制装置可以利用三维平面公式和特定异物状态数据计算出佩戴者竖直上方的异物的状态数据，提高安全帽的防护效果。

在另一些实施例中，所述控制装置在基于所述竖直上方的异物的距离进行风险判断，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，在确定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，根据所述各检测时刻对应的距离数据，确定所述各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和各检测时刻对应的距离数据，确定所述佩戴者竖直上方的异物坠落到佩戴者位置的时间，针对每一检测时刻，根据所述佩戴者竖直上方的异物坠落到佩戴者位置的时间和设定逃离时间，确定所述佩戴者竖直上方的异物的风险等级。根据所述佩戴者竖直上方的异物的风险等级，发送对应的报警信号给报警装置。

风险等级的判断过程具体为：

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，控制装置开始计算异物的下降状态和下降速率，具体方式为：

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

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。

通过本方案，控制装置可以将感应装置的检测数据处理后进行风险判断，根据不同的判断结果，确定向报警装置是否发出报警信号，为佩戴者的安全状态进行主动的分析并进行防护。

在本实施例另一种可能实现中，嵌入式控制板对佩戴者竖直上方异物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。

记录t

再间隔k时间，即t

当计算的异物下降速度v

当计算的异物下降速度v

当计算的异物下降加速度a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a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。

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，感应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感应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感应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3所示，包括：

所述感应装置检测所述感应装置的检测范围内的异物状态数据，并将所述异物状态数据发送给所述控制装置。

所述监测装置监测感应装置的倾斜状态数据，并将所述倾斜状态数据发送给所述所述控制装置。

所述控制装置根据所述位置装置数据和所述异物状态数据确定佩戴者竖直上方的异物的状态数据。

所述控制装置根据所述竖直向上的异物的状态数据进行风险判断，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。

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控制装置，具体功能流程图如图4所示，包括：

S401、接收所述感应装置发送的异物状态数据，所述异物状态数据是所述感应装置检测所述感应装置的检测范围内的异物得到的。

S402、接收所述监测装置发送的倾斜状态数据；所述倾斜状态数据是所述监测装置监测所述感应装置得到的。

S403、处理所述倾斜状态数据和所述异物状态数据并根据结果确定佩戴者竖直上方的异物数据。

S404、处理所述竖直上方的异物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。

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控制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。

在一种实施例中，本申请包含的硬件设备及传感器包括：嵌入式控制板，电子水平仪，3D激光测距雷达，声光震动报警器，嵌入式控制板主要用于数据采集、数据分析，硬件控制以及与手持端进行通信，具体方法如下：

1、头顶异物检测方法

(1)3D激光测距雷达数据处理

3D激光雷达x轴方向扫描角度为180度，共可测量1024个点的距离，角分辨率为0.17度，y轴方向扫描角度为90度，共可以测量128点，角分辨率为0.7，扫描频率为10Hz，每个测量点数据包括：

(1)测量点的(x,y)坐标索引序号。

(2)此点测量的回波强度。

(3)此点与测距仪的距离z。

扫描点坐标系如下：

(2)电子水平仪判断安全帽与水平方向的偏差

嵌入式控制板通过串口实时获取电子水平仪测得当前3D激光测距雷达与水平面的x、y轴角度，同时通过卡尔曼滤波算法，减少x、y轴角度出现跳变或噪声干扰，以及对运动趋势做预判。

具体方法如下：

我们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)。最后第四步我们计算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，我们得到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。当我们得到真预测后，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轴也可以通过以上方法得到k时刻的预测值。

(3)头顶异物与安全帽距离的计算电子水平仪与3D激光测距雷达安装在一个平台上一起运动，通过之前计算得到了x轴方向的角度P

根据雷达可以得到P11，P22，P33，P44的三维点坐标。P11，P22，P33，P44可以定位一个平面(由于雷达的角分辨率相对较小，X轴角分辨率为0.17度，y轴角分辨率为0.7度，我们可以近似看成雷达四个点射在物体表面，四点之间确定的是一个平面)。利用三维平面公式(2-3-1)

Ax+By+Cz+D＝0(2-3-1)

将P11，P22，P33，P44四点的三维坐标(x,y,z)带入公式可以求得变量A,B,C,D。

我们默认雷达的中心为三维坐标原点(0,0,0)，我们将z点坐标(0,0,z’)代入上面求得的公式(2-3-1)，求解出z’的值，即可得到z点坐标。

(4)通过异物距离判断头顶异物状态。

测距仪实时测量头顶异物与安全帽距离，当异物距离小于t1时，开始测算物体下降状态以及下降速率。

3、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。

4、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。

图5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5所示，本实施例的电子设备500可以包括：存储器501和处理器502。

存储器501上存储有能够被处理器502加载并执行上述实施例中方法的计算机程序。

其中，处理器502和存储器501相连，如通过总线相连。

可选地，电子设备500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500的结构并不构成对本申请实施例的限定。

处理器502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502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(ExtendedIndustry 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501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(ElectricallyErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(CompactDiscRead 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501用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器502来控制执行。处理器502用于执行存储器501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5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。