一种高空作业安全带的检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及高空作业安全带监测领域，尤其是涉及一种高空作业安全带的检测系统及检测方法。

背景技术

输电线路建设过程中，高空施工现场点多，高空作业面临风险高，难度大，现场高空作业人员安全意识薄弱，高空作业安全管理压力巨大，无法形成有效安全责任体系。正确佩戴安全带是高空作业人员的人身和生命安全保障的关键。传统安全带及监管的现状：

1、现有人工监督的方式在管理上容易操作，是施工现场最传统、应用最普遍的方式，但该方式也存在很多弊端，如管理中受到监管人员责任心、检查频次、检查质量的影响，容易出现遗漏，存在监管不到位而发生高空坠落事故的风险。

2、视频识别方式是通过视频图像分析来判别施工人员是否佩戴了安全带，发现异常及时告警，但这种方式也存在一定的问题：(1)识别分析依赖较高清晰度的视频，而且要求视频图像符合一定的角度，存在遮挡、图像模糊等情况下影响识别效果；(2)视频识别对于较大的安全带目标可以实现，但对于微小细节却难以奏效，如安全带是否已正确佩戴、安全钩是否锁闭等；(3)视频识别是通过数据分析后发出告警，再由监管人员现场核查，需要一个过程，存在监管不及时的问题，容易延误纠错时机，增加了因此带来的高空坠落事故风险。

中国发明专利名称：一种配网高空作业智能安全带及预警系统，专利号：CN113786566A，公开了一种配网高空作业智能安全带及预警系统，该高空智能安全带预警系统主要包括安全带本体、卡扣检测模块、挂钩检测模块、GPS模块、中央控制器、报警装置、供电模块、远程通信模块和后台管理系统，能够实时检测作业人员离地高度、安全带卡扣连接状态和挂钩连接状态等信息，结合其他参数信息进行综合监控，在存在不规范情况时进行实时报警，从而保障作业人员安全。

目前面临的问题是实际操作中，很多情况下因为操作人员意识薄弱、疏忽大意等导致未正确佩戴安全带，带来难以挽回的损失和影响。为有效解决高空作业防护根本顽疾，亟需研制一种高空作业安全带装置监控方法和监控系统，有效解决高空作业人员安全带正确使用的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高空作业安全带的检测系统及检测方法，在作业人员操作过程中，两个安全钩处于关闭状态，当其中一个安全钩被打开时，智能装置可以通过锁定装置的联动操作锁闭另外一个安全钩，使其无法打开，让双安全钩始终保持至少有一个处于挂接锁闭状态，防止两个安全钩同时打开而脱离挂接，带来风险，解决因作业人员意识薄弱或误操作情况下的高空坠落问题，从而保障高空施工人员安全带的正常使用，提升高空施工安全系数及高空作业防护安全管理水平。

本发明采用的技术方案如下：

一种高空作业安全带的检测系统，包括：

安全带本体，安全带本体上设置有检测模块、安全闭锁模块、控制模块及电源模块；

检测模块，与控制模块通信连接，用于检测安全带的安全钩的启闭状态，并将状态信号传输至控制模块；

安全闭锁模块，与控制模块通信连接，接收控制模块的控制指令，通过控制安全钩电源的通断，控制安全锁的启闭；

控制模块，与检测模块、安全闭锁模块通信连接，用于识别安全钩的启闭状态信号，并向安全闭锁模块发送控制指令；

电源模块，与检测模块、安全闭锁模块、控制模块电连接，用于供电。

一种高空作业安全带的检测方法，所述检测方法适用于所述的高空作业安全带的检测系统，包括如下步骤：

S1、判断安全钩是否挂接进安全杆，如果是，则拉线传感器采集拉线传感器内部拉绳的距离值；如果否，则判定拉线传感器数据异常；

S2、判定异常数据原因是否有误，如果是，则剔除异常数据，执行步骤S3；如果否，作业人员重新挂接安全钩；

S3、检测模块检测主安全钩或辅安全钩的状态，若主安全钩或辅安全钩为开启状态，则执行步骤S4；反之则执行步骤S5；

S4、锁定另一个安全钩，并反馈信号至控制模块；

S5、解锁另一个安全钩，并反馈信号至控制模块。

一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器处理时用于执行所述的高空作业安全带的检测方法。

本发明的有益效果为：本发明在作业人员操作过程中，两个安全钩处于关闭状态，当其中一个安全钩被打开时，智能装置可以通过锁定装置的联动操作锁闭另外一个安全钩，使其无法打开，让双安全钩始终保持至少有一个处于挂接锁闭状态，防止两个安全钩同时打开而脱离挂接，带来风险，解决因作业人员意识薄弱或误操作情况下的高空坠落问题，从而保障高空施工人员安全带的正常使用，提升高空施工安全系数及高空作业防护安全管理水平；本发明结合安全钩的结构功能进行结构模块布设，通过近距离感应实现启闭状态检测，并且结合自动识别与控制实现安全钩智能互锁。智能安全带检测与控制组件采用嵌入式安装固定，结构牢固，反应迅速，保证了安全带良好的操作使用效果。

附图说明

图1为本发明一种高空作业安全带的检测系统结构示意图；

图2为本发明安全带本体的结构示意图；

图3为本发明一种高空作业安全带的检测方法流程图；

检测模块1、安全闭锁模块2、电源模块及控制模块3。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明提供了一种高空作业安全带的检测系统，包括：

安全带本体，安全带本体上设置有检测模块、安全闭锁模块、控制模块及电源模块；

检测模块，与控制模块通信连接，用于检测安全带的安全钩的启闭状态，并将状态信号传输至控制模块；

安全闭锁模块，与控制模块通信连接，接收控制模块的控制指令，通过控制安全钩电源的通断，控制安全锁的启闭；

控制模块，与检测模块、安全闭锁模块通信连接，用于识别安全钩的启闭状态信号，并向安全闭锁模块发送控制指令；

电源模块，与检测模块、安全闭锁模块、控制模块电连接，用于供电。

如图2所示，为本发明安全带本体的结构示意图，安全带本体包括：安全绳、主安全钩、辅安全钩；主安全钩包括：第一钩体和锁止部，锁止部与钩体通过可活动连接的固定端连接，第一钩体安装有第一拉线传感器，第一检测模块固定于主安全钩锁止部一端与所述锁止部相对第一钩体处，第一安全闭锁模块设置于第一钩体的另一端；辅安全钩包括第二钩体与开合机构，第二钩体安装有第二拉线传感器，第二检测模块固定于辅安全钩开合机构一端与所述开合机构相对的第二钩体处，第二安全闭锁模块设置于第二钩体的另一端；主安全钩与辅安全钩与安全绳固定连接；电源模块与控制模块与安全绳固定连接；当作业人员在高空作业时，若主安全钩或辅安全钩任一个处于开启状态，则安全闭锁模块控制另一个安全钩闭合，用于保护作业人员的人身安全。

在安全钩的钩头上布设检测模块，根据安全钩结构及启闭对接间距，从尺寸、磁性、感应能力等方面，采用适合的感应及磁性装置，包括：适合其结构大小及形状的磁铁、磁感应单元(磁感应器)及数据连接线路，均以内嵌方式布设，不影响安全钩的启闭功能及操作。在主安全钩端，选择7mm直径、3mm厚的高磁力圆柱磁铁，镶嵌于安全钩固定端。在辅助安全钩上，选择6mm直径、3mm厚的高磁力圆柱磁铁，镶嵌于辅助安全钩活动端。磁铁材质为稀土钕铁硼，外表镀锌，工作温度80℃以下。

基于磁感应技术，当安全钩处于闭合状态时，磁铁与磁感应器之间的距离约在5mm，而根据磁感应测试，其有效检测距离在4～6mm。在实际应用中，通过安全钩的启闭，使启闭结构一端的磁铁磁场远离/靠近磁感应器，影响磁感应器内簧片的通断而实现启闭侦测。安全钩处于闭合状态时，磁感应器能感应到磁铁的磁性，在磁场磁力线的作用下，磁感应器内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使两个引脚所连接的电路连通，判定安全钩处于关闭状态。当安全钩打开时，磁感应器距离磁铁较远，超出其有效感应距离，无法感应到磁性存在，磁感应器的两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开，判定安全钩处于开启状态。

在安全钩的钩体一端布设适合其结构的安全闭锁模块，包括电磁锁单元、限位单元，平时电磁锁锁柄处于收缩状态，安全钩可以按压打开，当电磁锁通电锁闭时，锁柄弹出，直接卡在限位单元上，使按压端无法下压，安全钩无法打开。断电后，电磁锁柄收回，安全钩可以按压打开。

在安全钩后端的安全绳上设置有电源模块及控制模块，控制模块采用微型主板以降低重量及对操作的影响。根据被控对象之间的逻辑关系，结合控制程序，建立双安全钩联动控制规则，利用联锁条件和闭锁条件将被控对象的控制电路按要求互相联系在一起，以形成特定的逻辑关系，实现对主、辅安全钩的状态信息进行协同处理。基于安全钩实时侦测的启闭信息，当其中一个安全钩开启时，联动控制另外一个安全钩锁定，保证始终有一个安全钩处于锁闭状态，确保使用安全。根据安全钩启闭控制要求及主控制体结构，配置适合的电源模块，采用微型型锂电池，尺寸38mm×26mm×9mm，容量1300mAh，增加电源开关、电源指示灯，与控制模块集成一体，并通过低功耗设计与电源控制，实现持续、稳定的内部供电。

如图3所示，本发明提供了一种高空作业安全带的检测方法，所述检测方法适用于所述的高空作业安全带的检测系统，包括如下步骤：

S1、判断安全钩是否挂接进安全杆，如果是，则拉线传感器采集拉线传感器内部拉绳的距离值；如果否，则判定拉线传感器数据异常；

S2、判定异常数据原因是否有误，如果是，则剔除异常数据，执行步骤S3；如果否，作业人员重新挂接安全钩；

S3、检测模块检测主安全钩或辅安全钩的状态，若主安全钩或辅安全钩为开启状态，则执行步骤S4；反之则执行步骤S5；

S4、锁定另一个安全钩，并反馈信号至控制模块；

S5、解锁另一个安全钩，并反馈信号至控制模块。

具体地，判断安全钩是否挂接进安全杆，主要是检测安全钩是否已挂接进入安全杆，主要通过在安全钩的钩体安装拉线传感器，安全钩挂进安全杆后，拉线传感器输出的距离值反应出挂接的程度，通过这个参数能反应出安全钩的安全状态，具体包括：

S101、安全钩的拉线传感器数据的实时采集

考虑在线路高空的实际过程中，存在一个动态的过程，导致安全钩拉线传感器的数据输出有一个动态的范围，基于这个动态的数据，需要准确判断出当前安全挂钩是否挂接进入安全杆，是否发生脱钩，对线路工程的高空作业至关重要，因此首先全钩的拉线传感器数据的进行采集；然后判断数据波动程度，调整数据采集频率。

S102、判断安全钩的拉线传感器数据是否异常

针对检测的过程，需要判断是否错误的异常数据，异常的数据进行剔除，避免形成误判，数据异常判断采用了3倍标准差原则进行判断：

其中，L

测量的标准差σ的计算公式如下：

当测量的值超过

S103、安全钩的拉线传感器数据的自适应数据采集

采用动态自适应的数据采集方法，采集拉线传感器，获取实时数据，对采集到的数据进行分析处理后，对数据的波动大小进行评估。当数据变化平缓度较小时，则表明数据变化程度较为平缓。根据数据变化平缓度的大小来确定如何调整采样周期。

S104、安全钩数据异常的锁定保护

根据双钩的拉线传感器的异常数据，判断为安全钩脱杆，输出警示信息，同时对已经挂入安全杆的安全钩自动进行锁定保护。

检测模块检测主安全钩或辅安全钩的状态包括：当磁铁靠近时，利用磁感应单元的两个簧片被磁化产生不同极性的磁场；当磁场强度足够时，两个簧片就会吸合到一起，安全钩处于闭合状态；当磁铁远离时，簧片逐渐退磁断开，安全钩处于打开状态。

检测模块检测主安全钩或辅安全钩的状态还包括：安全钩一侧内置有磁铁，闭合时，安全钩的另外一侧采集磁力感应数据，采用卡尔曼滤波对下一时刻的磁力形成精准估计，与预定阈值进行比较，以此判断当前安全钩启闭端的状态。

输变电环境下的电磁场受环境影响，其通过磁吸力采集传感器获取磁吸力量的过程可以表示为一个离线的过程系统，用一个线性随机微分方程和磁吸力量观测方程来表述。

线性随机微分方程表示如下：

ε(k)＝Aε(k-1)+Bμ(k)+ω(k)

磁吸力量观测方程表示为：

Z(k)＝Hε(k)+ν(k)

ε(k)是k时间的磁吸力量预测值；μ(k)是k时间的对磁吸力量的影响因素；A和B是对磁吸力量观测的影响因子，针对复杂的电磁环境下，A和B为矩阵；Z(k)是k时间磁吸力量的观测值；H为传感器的特征参数；ω(k)和ν(k)表示为过程和测量的噪声。

对于满足上述条件，线性随机微分方程,过程和测量都是高斯白噪声，因此采用卡尔曼滤波获取准确安全钩吸合过程中的磁吸力量数据。

卡尔曼滤波递归处理过程如下：

递归过程是利用离线的过程系统的过程模型,来预测下一状态的系统，假设现在的系统状态是k，根据系统的模型，可以基于系统的上一状态而预测此刻出现在状态：

ε(k|k-1)＝Aε(k-1|k-1)+Bμ(k)

上式中，ε(k|k-1)是利用上一状态预测的结果，ε(k-1|k-1)是上一状态最优的结果，μ(k)是k时间的对磁吸力量的影响因素，对应于ε(k|k-1)的协方差用P表示：

P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A'+Q

式中，P(k|k-1)是ε(k|k-1)对应的协方差，P(k-1|k-1)是ε(k-1|k-1)时刻对应的协方差，其中A'是A的转置，Q是系统过程的协方差。

收集现在状态的测量值，结合预测值和测量值，得到现在状态k的最优化估算值ε(k|k)

ε(k|k)＝ε(k|k-1)+Kg(k)(Z(k)-Hε(k|k-1))

其中，Kg为卡尔曼增益。

结合上式，计算出K状态下，最优的最优化估算值ε(k|k)；

考虑安全钩在工作过程中的磁吸力量是一个持续的观测过程，因此上述的滤波处理过程需要持续进行运行，持续更新K状态下的ε(k|k)的协方差，

P(k|k)＝(I-Kg(k)H)P(k|k-1)

其中，针对磁吸力量观测为单模量，I为1；当系统进入到k+1时刻，P(k|k)这个过程持续自回归进行计算。

本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器处理时用于执行所述的高空作业安全带的检测方法。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。