一种隧道施工人员安全监测方法

技术领域

本发明涉及施工人员安全监测技术领域，特别是涉及一种隧道施工人员安全监测方法。

背景技术

隧道施工的潜在危险程度居于其他行业之首，隧道施工人员在每天工作场地复杂，经常多种作业交叉进行，工作环境恶劣，劳动强度较高，职业安全与健康研究表明，人在隧道施工环境中非常容易发生危险事故，大量的事故分析结果表明，施工人员生理机能下降和危险的施工环境在事故的诱发因素中占据重要的成分。

现今一些研究对劳动人员生理机能等级进行了划分，但较少预测危险事故发生的时间，能量代谢率是评价劳动人员生理机能的理想指标，但测量过程过于繁琐，医学领域研究证明，体力劳动中心率与生理机能之间有着密切的关系，当人们从事体力劳动时，他们的心率明显上升，当劳动人员的生理机能下降时，心率会随之改变，心率变异(HRV)反映了自主神经系统(ANS)的活性，定量地估计了交感神经和迷走神经在心脏的张力和平衡，心率变异性是体现生理机能的可靠指标，然而随着科学技术的进步，一些穿戴式传感器对心率、血压等生理参数进行方便的监测，所以从施工人员的生理机能和施工环境两个方面对隧道施工人员进行安全监测方法是可行的。

发明内容

为解决现有技术的缺乏以及监测手段的局限，本发明提供了一种隧道施工人员安全监测方法，可以很好地解决难于实时监测施工人员安全状态的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种隧道施工人员安全监测方法，主要由生理信息监测单元、环境监测单元、信息传输单元、后台处理单元来实现，所述监测手段为：

1)组建信息传输单元；

通过基于AC+AP的无线组网模式，AP与AC之间的连接方式采用有线+无线两种连接方式。

2)采集隧道施工人员生理数据和隧道环境数据；

生理信息监测单元采集手腕处ECG信号，环境监测单元采集视频、音频、氧气浓度、温度和湿度等数据。

3)通过信息传输单元将采集的生理数据和隧道环境数据传输至后台处理单元；

生理信息监测单元和环境监测单元通过信息传输单元，将采集的生理信息数据和隧道环境数据发送至后台处理单元。

4)对数据进行处理分析；

通过对接受到的心电信号进行处理，计算HRV的各项指标，根据各项HRV指标是否超出预先设定的阈值判断隧道施工人员是否处于危险状态，对隧道环境的视频、音频、氧气浓度、温度和湿度等数据进行监测，根据各项指标是否超出预先设定的阈值来判定该区域隧道施工环境为是否处于危险状态。

优选的，所述隧道施工人员安全监测方法，适用于在所有正常供电的隧道施工场地上对施工人员安全监测。

优选的，所述后台处理单元包括通过信息传输单元接受生理数据和隧道环境数据，对接受到的心电信号进行处理，首先心电信号进行基线偏移修正，再对噪声信号进行滤除，通过算法计算HRV的各项指标，根据各项HRV指标是否超出预先设定的阈值判断隧道施工人员是否处于危险状态，若超出预先设定的阈值，则在手环上显示为危险状态，并通过震动提示施工人员，或在施工人员摘下该手环时，则在后台处理单元界面突出显示该施工人员，并显示该施工人员当前所处位置，对隧道环境的视频、音频、氧气浓度、温度和湿度等数据进行监测，若指标超出预先设定的阈值，则判定该区域隧道施工环境为危险状态，并且在后台处理单元的屏幕上突出显示该段区域的环境信息为危险状态，并且在该环境监测单元底部两边的指示灯闪烁红色灯光来提示施工人员，并通过环境监测单元底部中间的扬声器播放警报提示音，以此来向该区域的施工人员发送警报信息，环境监测单元内置电源，如遇紧急情况，环境监测单元底部两边的指示灯可以作为应急照明使用。

1.本发明提供了一种隧道施工人员安全监测方法，通过生理监测单元和环境监测单元，同时监测隧道施工人员的生理状态和隧道施工环境的状态，基于隧道施工人员的生理机能和所处的施工环境来监测隧道施工人员的安全状态，判断隧道施工人员的生理信息是否达到预先设定的阈值，监测环境的各项指标是否达到预先设定的阈值，从而选择是否触发报警系统。

2.与传统隧道施工人员的安全监测手段相比，本发明采用监测方式更加适合隧道施工这种环境下的安全监测，而且可以节约大量的人力物力，装置实用便捷，能够很好地实现对隧道施工人员的安全监测。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的运行流程示意图。

图中：1.生理信息监测单元外壳；2.生理信息监测单元外壳上端的绑扎结构；3.生理信息监测单元外壳下端的绑扎结构；4.生理信息监测单元屏幕；5.生理信息监测单元电源开关；6.生理信息监测单元屏幕开关；7.生理信息监测单元紧急报警SOS按钮；8.环境监测单元外壳；9.环境监测单元的摄像头保护罩；10.无线局域网信号扩展端的无线局域网发射天线；11.环境监测单元的红外夜视摄像头；12.环境监测单元的麦克风；13.环境监测单元的氧气浓度传感器；14.环境监测单元的温度传感器；15.环境监测单元的湿度传感器；16.环境监测单元的指示灯；17.环境监测单元的扬声器；18.后台处理单元的外壳；19.后台处理单元的散热孔；20.后台处理单元的储物柜；21.无线局域网的主控设备；22.后台处理单元的信息处理器；23.后台处理单元的操作台；24.后台处理单元的显示器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅附图，本发明提供一种技术方案：一种隧道施工人员安全监测方法，主要由生理信息监测单元、环境监测单元、信息传输单元、后台处理单元实现，其包括如下具体步骤:

步骤1:组建信息传输单元；

基于无线局域网的主控设备21和无线局域网信号扩展端10组成，无线局域网的主控设备21集成于后台处理单元外壳18内，无线局域网信号扩展端10集成于环境监测单元外壳8内，环境监测单元用螺栓固定于工地的墙壁上，并且无线局域网的主控设备21和无线局域网信号扩展端10之间的连接方式采用有线与无线两种方式，优先采用有线连接的方式，当有线连接的架设条件困难时采用无线中继的连接方式。

步骤2:采集隧道施工人员生理数据和隧道环境数据；

生理信息监测单元采集手腕处ECG信号，环境监测单元采集视频、音频、氧气浓度、温度和湿度等数据。

步骤3:通过信息传输单元将采集的生理数据和隧道环境数据传输至后台处理单元；

生理信息监测单元和环境监测单元通过信息传输单元，将采集的生理信息数据和隧道环境数据发送至后台处理单元。

步骤4:对数据进行处理分析；

通过对接受到的心电信号进行处理，计算HRV的各项指标，根据各项HRV指标是否超出预先设定的阈值判断隧道施工人员是否处于危险状态，对隧道环境的视频、音频、氧气浓度、温度和湿度等数据进行监测，根据各项指标是否超出预先设定的阈值来判定该区域隧道施工环境为是否处于危险状态。

在后台处理单元接收到生理数据之后，首先采用滑动平均法对收到的ECG心电信号进行基线偏移修正，再利用巴特沃斯滤波器对噪声信号进行滤除，从而根据处理后的ECG信号，利用算法找出两个QRS波群极值点R之间的间隔时间，从而用统计分析的手法提取出HRV指标：正常心跳间期均值(NN.mean)，心跳间期是指相邻两个QRS波群极值点R之间的间隔时间，正常心跳间期均值是通过计算时间窗内的平均正常心跳间期时间取均值得到，其公式为：

式中N为心搏总数，NN

将ECG心电信号通过快速傅里叶变换(FFT)运算之后，绘制出功率谱图(横坐标为频率(Hz)，纵坐标为功率谱密度)，然后进行分析得到0-0.4Hz区间的功率谱密度为总功率谱密度(TP),对于0.04-0.15Hz区间的功率谱密度为低频段功率谱密度(LF)。

从而判断HRV指标是否超过预先设定的阈值，若超过预先设定的阈值，则触发报警，并且在后台处理单元显示器24显示该施工人员状态为异常状态，在生理信息监测单元的屏幕4上显示为危险状态，同时生理信息监测单元通过震动的方式提醒施工人员。分析结果显示该施工人员是疲劳状态时，在手环上显示为疲劳状态，并通过震动提示施工人员，或在施工人员摘下该手环时，在报警系统界面突出显示该施工人员，并显示该施工人员当前所处位置，如果分析结果正常，则继续监测。

在生理监测的同时，将红外夜视摄像头11采集的视频数据环境监测单元的麦克风12采集的音频数据，氧气浓度传感器13采集的施工环境的氧气浓度信息，温度传感器14采集的温度信息和湿度传感器15采集的湿度信息，通过信息传输单元上传至信息处理器22进行分析，判断各项环境指标是否超过预先设定的阈值，若超过预先设定的阈值，则触发报警，在后台处理单元显示器24显示该环境监测单元周围区域为危险状态，并通过环境监测单元底部两边的指示灯16闪烁红色灯光来提示施工人员，并通过环境监测单元底部中间的扬声器17播放警报提示音，以此来向该区域的施工人员发送警报信息，环境监测单元内置电源，如遇紧急情况，环境监测单元底部两边的指示灯16可以作为应急照明使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。