一种识别电力工人工作状态的智能安全帽及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种智能安全帽，尤其涉及一种识别电力工人工作状态的智能安全帽及其工作方法。

背景技术

随着城市建设现代化，电力企业的发展日新月异。但电力工作属于高危行业，电力工人需要频繁的高空作业，存在极大风险。电力高空坠落事故频发，且出现救治不及时的情况。一旦发生高空坠落事故应把握每分每秒，挽救电力工人的生命。并且在电力工人日常高空作业时，缺乏对其工作状态与工作内容的实时检测，无法实时知晓其时时工作进度与身体状态。在复杂工况下，缺少对电力工人工作方法与内容的指导。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种识别电力工人工作状态的智能安全帽及其工作方法。

本发明的第一方面提供一种识别电力工人工作状态的智能安全帽，包括安全帽本体，安全帽本体包括帽壳(1)、帽衬(13)、下颏带(7)、后箍(8)和帽檐，下颏带(7)连接在帽壳(1)的左右两侧，下颏带(7)上设有下巴托(8)，后箍(8)设置在帽壳(1)的后端，帽衬(13)设置在帽壳(1)内，帽壳(1)前侧固定连接有帽檐，帽檐的上方设有探照灯(10)，所述帽檐上安装有智能环状模块组件(2)，智能环状模块组件(2)包括半环状的壳体，壳体的中部靠近探照灯(10)的一侧向下凹陷形成一用以避让探照灯(10)的沉台；壳体的左侧内部设有左侧模块安装槽(11)，左侧模块安装槽(11)内安装有电池模块(12)；壳体的右侧内部设有右侧模块安装槽(3)，右侧模块安装槽(3)内安装有通信模块(15)、体征监测模块(16)、近电告警模块(17)和听筒模块(4)；壳体的中部内设有摄像模块(9)；帽衬(13)的顶部设有镂空垫片(14)，镂空垫片(14)与帽壳(1)之间安装有通讯模块(20)、定位模块(19)温度传感器模块(21)和MPU-9250微处理器(18)；

所述MPU-9250微处理器(18)的顶部连接有测控电路板，测控电路板内部集成有三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，MPU-9250微处理器(18)根据三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计的数据判断电力工人的作业状态，当作业状态处于跌落状态时，向后台管理系统发送急救信号；

所述摄像模块(9)与MPU-9250微处理器(18)电连接，摄像模块(9)实时采集电力工人的工作画面信息，并将工作画面信息传送至MPU-9250微处理器(18)；

所述听筒模块(4)与MPU-9250微处理器(18)电连接，听筒模块(4)采集音频输入信息并传送至MPU-9250微处理器(18)，同时接收MPU-9250微处理器(18)发送的音频输出信息并播放；

所述定位模块(19)与MPU-9250微处理器(18)电连接，定位模块(19)实时采集电力工人的地理位置信息并传送至MPU-9250微处理器(18)；

所述体征监测模块(16)与MPU-9250微处理器(18)电连接，体征监测模块(16)检测佩戴者的体征信息并传输至MPU-9250微处理器(18)，MPU-9250微处理器(18)判根据体征信息判断电力工人的生命体征是否异常，生命体征异常时向后台管理系统发送急救信号；

所述温度传感器模块(21)与MPU-9250微处理器(18)电连接，温度传感器模块(21)采集头顶温度信息及头顶温度持续时间并传输至MPU-9250微处理器(18)，MPU-9250微处理器(18)根据头顶温度信息及头顶温度持续时间获取所述智能安全帽的佩戴状态信息；

所述近电告警模块(17)与MPU-9250微处理器(18)电连接，近电告警模块(17)接收电场信号并发送至MPU-9250微处理器(18)，当电场信号大于预设的告警阈值时，MPU-9250微处理器(18)向发送近电告警模块(17)告警信号，近电告警模块(17)接收到告警信号时发出警报；

所述通讯模块(20)与MPU-9250微处理器(18)电连接，MPU-9250微处理器(18)通过通讯模块(20)与后台管理系统连接；MPU-9250微处理器(18)将工作画面信息、地理位置信息、佩戴状态信息、体征信息、音频输入信息和告警信号发送至后台管理系统，并接收后台管理系统发送的音频输出信息；

所述电池模块(12)与MPU-9250微处理器(18)电连接，向MPU-9250微处理器(18)、通讯模块(20)、近电告警模块(17)、定位模块(19)、温度传感器模块(21)、体征监测模块(16)和听筒模块(4)提供电能。

进一步，所述智能环状模块组件(2)的两端设有卡扣(5)，帽壳(1)上设有与卡扣(5)相匹配的卡槽，智能环状模块组件(2)与帽壳(1)通过卡扣(5)和卡槽卡接在一起。

本发明的第二个方面提供一种识别电力工人工作状态的智能安全帽的工作方法，包括以下步骤：

S1电力工人带上安全帽后，调节后箍与下颏带，并将下巴托(8)护住下巴，完成佩戴；

S2开启左侧模块安装槽中的电池模块，智能安全帽启动，并与后台管理系统建立连接；

S3智能安全帽上的摄像模块、MPU-9250微处理器、定位模块、温度传感器模块，通讯模块、体征监测模块、近电告警模块开始运作，并与后台管理系统交互信息。

进一步，所述步骤S3中，MPU-9250微处理器的运作步骤如下：

S3.1 MPU-9250微处理器事先获取6种工作状态所产生的加速度数据，6种工作状态分别为登高作业、打桩、钻深、开挖、地下采掘和坠落；在经过低通滤波后对所采集到的数据进行分段处理，确定每个完整动作的起始位置，并对每个工作状态分别在时域和频率上进行特征提取，利用计算信息增益的方法对特征规约，去除非关键特征；采用决策树与支持向量机结合使用的方法实现对6种工作状态的多分类识别；分类识别方法为在决策树各节点处对支持向量机分类器进行训练，再对其进行样本识别和分类的测试；

S3.2分类时特征值的选取对使用二叉树思想进行行为识别至关重要，通过步骤S3.1的分析与提取后在分类前仍需对处理后的特征进行人工筛选加以详细分析，提取出针对每种行为不同的特征值，提高分类效率的同时降低时间、空间开销；

S3.3完成预加载工作后，电力工人实际工作中，根据温度传感器模块传送的数据判断电力工人是否佩戴智能安全帽，根据体征监测模块传送的数据判断电力工人的生命体征是否异常；若电力工人佩戴智能安全帽且生命体征良好，则进行加速度数据采集，分析加速度数据可判别电力工人作业状态的类别，并将作业状态实时反馈至后台管理系统；若作业状态处于跌落状态，则发送地理位置信息和急救信号至后台管理系统，后台管理系统转发至急救中心，请求救援；若电力工人的生命体征处于异常状态，则发送地理位置信息和急救信号至后台管理系统，后台管理系统转发至急救中心，请求救援。

本发明的有益效果是：实现对电力工人工作状态与工作内容的实时检测，当检测到电力工人处于危险情况，及时预警与救援，保障其生命安全。

附图说明

图1是本发明的侧面立体图；

图2是本发明的俯视立体图；

图3是本发明的仰视立体图；

图4是智能环状模块组件的立体图；

图5是镂空垫片与帽壳之间的模块安装示意图；

附图标记说明：1、帽壳；2、智能环状模块组件；3、右侧模块安装槽；4、听筒；5、卡扣；6、后箍；7、下颏带；8、下巴托；9、摄像模块；10、探照灯；11、左侧模块安装槽；12、电池模块；13、帽衬；14、镂空垫片；15、通讯模块；16、体征监测模块；17、近电告警模块；18、MPU-9250微处理器；19、定位模块；20、通讯模块；21、温度传感器模块。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利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。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，本发明的第一个实施例提供一种识别电力工人工作状态的智能安全帽，包括安全帽本体，安全帽本体包括帽壳1、帽衬13、下颏带7、后箍8和帽檐，下颏带7连接在帽壳1的左右两侧，下颏带7上设有下巴托8，后箍8设置在帽壳1的后端，帽衬13设置在帽壳1内，帽壳1前侧固定连接有帽檐，帽檐的上方设有探照灯10，

所述帽檐上安装有智能环状模块组件2，智能环状模块组件2包括半环状的壳体，壳体的中部靠近探照灯10的一侧向下凹陷形成一用以避让探照灯10的沉台；壳体的两端朝向帽壳的一侧分别设有一个卡扣5，帽壳1上设有与卡扣5相匹配的卡槽，智能环状模块组件2与帽壳1通过卡扣5和卡槽卡接在一起。智能环状模块组件2也易拆卸，拆除后可当普通安全帽使用。

所述壳体的左侧内部设有左侧模块安装槽11，左侧模块安装槽11内安装有电池模块12；壳体的右侧内部设有右侧模块安装槽3，右侧模块安装槽3内安装有通信模块15、体征监测模块16、近电告警模块17和听筒模块4；壳体的中部内设有摄像模块9；

所述帽衬13的顶部设有镂空垫片14，镂空垫片14与帽壳1之间安装有通讯模块20、定位模块19温度传感器模块21和MPU-9250微处理器18；通讯模块20、定位模块19温度传感器模块21和MPU-9250微处理器18安装在镂空垫片14上方，并位于电力工人头顶位置。能够使定位模块19更为精准的测量其地理位置，MPU-9250微处理器18测得更为准确的X、Y、Z轴三个方向上的加速度，识别结果更加精准。温度传感器模块21测量电力工人头顶温度，检测结果更为稳定，不会出现温度过高或过低的情况。通讯模块支持4G全网通传输，实现设备采集的所有硬件数据，通过无线网络传输到后台管理系统进行数据分析。

所述MPU-9250微处理器18的顶部连接有测控电路板，测控电路板内部集成有三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，MPU-9250微处理器18根据三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计的数据判断电力工人的作业状态，当作业状态处于跌落状态时，向后台管理系统发送急救信号；

所述摄像模块9与MPU-9250微处理器18电连接，摄像模块9实时采集电力工人的工作画面信息，并将工作画面信息传送至MPU-9250微处理器18；

所述听筒模块4与MPU-9250微处理器18电连接，听筒模块4采集音频输入信息并传送至MPU-9250微处理器18，同时接收MPU-9250微处理器18发送的音频输出信息并播放，实现后台管理系统与电力工人的语音通讯；

所述定位模块19与MPU-9250微处理器18电连接，定位模块19实时采集电力工人的地理位置信息并传送至MPU-9250微处理器18；

所述温度传感器模块21与MPU-9250微处理器18电连接，温度传感器模块21采集头顶温度信息及头顶温度持续时间并传输至MPU-9250微处理器18，预设温度阈值A1以及对应的持续阈值T1，当检测的头顶温度t≥A1，且头顶温度持续时间大于T1,则判断佩电力工人佩戴安全帽，MPU-9250微处理器18将判断的佩戴状态信息发送至台管理系统；

所述体征监测模块16与MPU-9250微处理器18电连接，体征监测模块16检测佩戴者的体征信息并传输至MPU-9250微处理器18，MPU-9250微处理器18判根据体征信息判断电力工人的生命体征是否异常，生命体征异常时向后台管理系统发送急救信号；具体的，体征信息包括电力工人的心率、体温等参数，预设心率、体温阈值范围A2、A3，以及对应的持续阈值T2、T3。当温度传感器模块21检测并判断工人已携带安全帽，并且体征监测模块检测到心率、体温在阈值范围A2、A3内，持续时间大于T2、T3，则判断工人生命体征良好；若在携带安全帽时，心率、体温长时间未在A2、A3范围内，则需及时利用通信模块对其询问体征状态或将其地理位置发送至急救中心，请求救援。

所述近电告警模块17与MPU-9250微处理器18电连接，近电告警模块17接收电场信号并发送至MPU-9250微处理器18，当电场信号大于预设的告警阈值时，MPU-9250微处理器18向发送近电告警模块17告警信号，近电告警模块17接收到告警信号时发出警报；

所述通讯模块20与MPU-9250微处理器18电连接，MPU-9250微处理器18通过通讯模块20与后台管理系统连接；MPU-9250微处理器18将工作画面信息、地理位置信息、佩戴状态信息、体征信息、音频输入信息和告警信号发送至后台管理系统，并接收后台管理系统发送的音频输出信息；

所述电池模块12与MPU-9250微处理器18电连接，向MPU-9250微处理器18、通讯模块20、近电告警模块17、定位模块19、温度传感器模块21、体征监测模块16和听筒模块4提供电能。

本发明的第二个实施例提供一种识别电力工人工作状态的智能安全帽的工作方法，包括以下步骤：

S1.电力工人带上安全帽后，调节后箍与下颏带，并将下巴托8护住下巴，完成佩戴；

S2.开启左侧模块安装槽中的电池模块，智能安全帽启动，并与后台管理系统建立连接；

S3.智能安全帽上的摄像模块、MPU-9250微处理器、定位模块、温度传感器模块，通讯模块、体征监测模块、近电告警模块开始运作，并与后台管理系统交互信息。

具体的，所述MPU-9250微处理器的运作步骤如下：

S3.1MPU-9250微处理器事先获取6种工作状态所产生的加速度数据，6种工作状态分别为登高作业、打桩、钻深、开挖、地下采掘和坠落；在经过低通滤波后对所采集到的数据进行分段处理，确定每个完整动作的起始位置，并对每个工作状态分别在时域和频率上进行特征提取，利用计算信息增益的方法对特征规约，去除非关键特征；采用决策树与支持向量机结合使用的方法实现对6种工作状态的多分类识别；分类识别方法为在决策树各节点处对支持向量机分类器进行训练，再对其进行样本识别和分类的测试；

S3.2分类时特征值的选取对使用二叉树思想进行行为识别至关重要，通过步骤S3.1的分析与提取后在分类前仍需对处理后的特征进行人工筛选加以详细分析，提取出针对每种行为不同的特征值，提高分类效率的同时降低时间、空间开销；

S3.3完成预加载工作后，电力工人实际工作中，根据温度传感器模块传送的数据判断电力工人是否佩戴智能安全帽，根据体征监测模块传送的数据判断电力工人的生命体征是否异常；若电力工人佩戴智能安全帽且生命体征良好，则进行加速度数据采集，分析加速度数据可判别电力工人作业状态的类别，并将作业状态实时反馈至后台管理系统；若作业状态处于跌落状态，则发送地理位置信息和急救信号至后台管理系统，后台管理系统转发至急救中心，请求救援；若电力工人的生命体征处于异常状态，则发送地理位置信息和急救信号至后台管理系统，后台管理系统转发至急救中心，请求救援。

本发明的核心在于：(1)将安全帽与救援系统相结合，发生险情时，能够快速了解事故信息，制定救援方案，缩短黄金救援时间；(2)利用MPU-9250微处理器测得6种工作状态所产生的加速度数据进行学习，实现对6种工作状态的识别；(3)将体征监测模块和温度传感器模块作为测控电路板检测的前置参数，当电力工人佩戴智能安全帽且生命体征良好时，才开始进行加速度数据采集。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。