基于電力系統(tǒng)應(yīng)用的智能化新型安全帽設(shè)計與開發(fā)

陳淼 李真璐

摘 要：針對現(xiàn)有電力行業(yè)安全帽智能設(shè)計與智能應(yīng)用不足的缺點，提出了實現(xiàn)實時監(jiān)測與通信功能的智能安全帽設(shè)計與開發(fā)。新型智能安全帽包括安全帽終端、智能監(jiān)控應(yīng)用平臺兩個部分，提出了智能安全帽終端的工業(yè)設(shè)計方案，構(gòu)建了智能監(jiān)控應(yīng)用平臺的功能架構(gòu)、數(shù)據(jù)接口及通信方式。樣機(jī)制造實現(xiàn)了作業(yè)現(xiàn)場實時監(jiān)測、通信、溫度濕度報警燈功能。

關(guān)鍵詞：安全帽 智能 監(jiān)控

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0045-03

安全防護(hù)一直是電力系統(tǒng)日常工作中非常重要的環(huán)節(jié)。為了減少巡視、檢修等日常工作過程中的意外傷害，往往要求工作人員根據(jù)實際工作環(huán)境佩戴個人防護(hù)設(shè)備（PPE），而安全帽幾乎是在所有工況下都需要佩戴的防護(hù)設(shè)備。相關(guān)研究表明，使用個人防護(hù)設(shè)備可以防止高達(dá)37%的職業(yè)傷害[1]，并且在物理防護(hù)的同時能夠增加工作者的心理安全感，進(jìn)而提升工作質(zhì)量與工作效率[2]。

然而，目前安全帽的設(shè)計與佩戴中，都只注重考慮了安全帽的基本功能，即安全防護(hù)性，而忽略了以安全帽為平臺的智能設(shè)計與應(yīng)用[3-5]。安全帽在電力行業(yè)日常工作中普及程度高，若能夠以安全帽為平臺進(jìn)行二次設(shè)計與二次開發(fā)，進(jìn)而實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的實時監(jiān)測與實時反饋，能夠有效促進(jìn)決策人員對實際現(xiàn)場情況的了解與把握，提高管理人員與現(xiàn)場工作人員的溝通效率，進(jìn)而實現(xiàn)管理決策與現(xiàn)場實際的有效聯(lián)動。本文以安全帽為基礎(chǔ)，基于人體工程學(xué)、集成電路技術(shù)、工業(yè)設(shè)計等理論，提出了實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測功能的智能安全帽技術(shù)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有安全帽中智能設(shè)計與智能應(yīng)用不足的缺點。

1 新型智能安全帽終端及其遠(yuǎn)程應(yīng)用平臺的設(shè)計

1.1 整體設(shè)計方案

新型智能安全帽旨在實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)實時監(jiān)測、實時通信、溫度濕度自動預(yù)警等智能化高級應(yīng)用，不再將安全帽視為一件普通的工作防護(hù)設(shè)備，而是將安全帽作為一個連接后方管理人員與前線作業(yè)人員的平臺。在本文提出的整體設(shè)計方案中，該平臺分為安全帽終端和智能監(jiān)控應(yīng)用平臺兩個部分。其中，安全帽終端旨在實現(xiàn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與通信，并集成溫度濕度預(yù)警、意外傷害防護(hù)等安全功能為一體；智能監(jiān)控應(yīng)用平臺旨在實現(xiàn)后臺的數(shù)據(jù)處理與傳輸、圖像識別、實時通話等功能，實現(xiàn)不同作業(yè)現(xiàn)場、不同作業(yè)人員的統(tǒng)一監(jiān)控與指揮。

安全帽終端與智能監(jiān)控平臺的整體功能設(shè)計具體包括以下幾項。

（1）集成耳機(jī)和麥克風(fēng)功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)語音通信功能，把現(xiàn)場的信息回傳給后臺。

（2）集成傳感器，具備GPS、溫度、濕度等功能，現(xiàn)場溫度或濕度過高后自動報警提示。

（3）集成攝像頭功能，可實現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)的實時監(jiān)控和采集。

（4）工作現(xiàn)場語音視頻信號在本地高效壓縮處理后，通過4G網(wǎng)絡(luò)實時傳至后臺服務(wù)器，實現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮監(jiān)控和現(xiàn)場雙向通話。

1.2 智能安全帽終端設(shè)計與開發(fā)

在硬件結(jié)構(gòu)方面，智能安全帽終端采取人體工程學(xué)設(shè)計，對攝像頭、集成電路班、內(nèi)部走線進(jìn)行協(xié)同考量與統(tǒng)一設(shè)計，最大限度地保證安全性與舒適性。攝像頭位于安全帽正面中心處，即佩戴人員額頭上方，方便取景，集成電路設(shè)計在安全帽左側(cè)，并對安裝集成電路部位的頭盔外形進(jìn)行重新設(shè)計，以適應(yīng)集成電路的安裝。安全帽終端的正面、側(cè)面如圖1所示。

值得指出的是，雖然增加了攝像頭、集成電路模塊等相關(guān)附件，但是整體重量并未出現(xiàn)明顯上升，足以保證安全帽的佩戴舒適性。另一方面，通過攝像頭、集成電路的合理布局與分區(qū)隔離設(shè)計，可以保證佩戴人員的安全防護(hù)。

在安全帽內(nèi)部安裝有集成電路板，集成電路板包含了供電電源模塊、GPS模塊、WiFi模塊、CMOS傳感器、主芯片等若干組成部分。集成電路起到了監(jiān)測、通信、預(yù)警決策等作用，是智能安全帽終端的核心部件，其各個組成部分如圖2所示。

由圖2可以看出，集成電路板由鋰電池及其管理芯片、按鍵和LED燈、主芯片、WiFi模塊、GPS模塊、CMOS傳感器構(gòu)成。其中，CMOS傳感器進(jìn)行溫度、濕度等環(huán)境指標(biāo)的測量感應(yīng)；WiFi模塊可以連接工作現(xiàn)場局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程平臺進(jìn)行通信；GPS模塊用于獲取位置坐標(biāo)信息；按鍵和LED燈用于用戶及時控制及狀態(tài)反饋；鋰電池則提供集成電路板正常運(yùn)行所需能量。

1.3 智能監(jiān)控應(yīng)用平臺設(shè)計開發(fā)

智能監(jiān)控應(yīng)用平臺是與智能安全帽終端配套使用的遠(yuǎn)程系統(tǒng)，平臺將集中展示所有在線并佩戴智能頭盔的現(xiàn)場施工人員，方便決策人員實時查看現(xiàn)場影像情況、定位施工人員工作位置、實現(xiàn)與現(xiàn)場工作實時對講，實現(xiàn)設(shè)備維護(hù)管理、工作單管理等流程的自動化辦公。除了這些基本功能，平臺可以加入圖像識別、視頻識別、虛擬現(xiàn)實等高級應(yīng)用功能，增加遠(yuǎn)程應(yīng)用平臺的智能性，對工作人員所做工作、設(shè)備現(xiàn)狀等進(jìn)行圖片、視頻智能識別，對設(shè)備現(xiàn)狀、潛在故障、工作人員作業(yè)過程是否達(dá)標(biāo)、是否符合安全規(guī)范等各個方面進(jìn)行綜合評價。遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用平臺的架構(gòu)圖如圖3所示，由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)整合層、基礎(chǔ)服務(wù)層、高級服務(wù)層等幾部分構(gòu)成。基礎(chǔ)設(shè)施層包括主機(jī)、操作系統(tǒng)、安全帽終端等硬件設(shè)施；數(shù)據(jù)接入層與數(shù)據(jù)整合層則接入不同類型的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行加工處理；基礎(chǔ)服務(wù)層包括了數(shù)據(jù)展現(xiàn)、圖形生成、報表生成、查詢統(tǒng)計等基礎(chǔ)服務(wù)；高級服務(wù)層則包含了作業(yè)場景分析、設(shè)備故障識別、危險動作預(yù)警、虛擬現(xiàn)實等高級功能。

2 結(jié)語

為提高在電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)的可控性，本文設(shè)計并研制了智能化與平臺化的新型智能安全帽系統(tǒng)，包括安全帽終端與智能監(jiān)控平臺兩個部分，在現(xiàn)場作業(yè)過程中可實時視頻對講，遠(yuǎn)程指揮，現(xiàn)場溫度濕度自動報警，現(xiàn)場人員實時定位、記錄自動保存并上傳到服務(wù)器等。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的高級功能將實現(xiàn)設(shè)備故障識別、危險動作預(yù)警等智能化應(yīng)用。通過安全帽與攝像機(jī)巧妙地結(jié)合起來，帽子總重量與現(xiàn)有安全帽一樣并不增加負(fù)擔(dān)，維持了人員配戴的舒適性，既保證人員安全又可以提高工作流程的自動化及智能化水平。值得指出的是，本文所提出的智能化安全帽及其應(yīng)用平臺具有通用性，不僅可以在電力行業(yè)進(jìn)行廣泛應(yīng)用，在工廠、建筑、橋梁、隧道等作業(yè)場所都可以根據(jù)本文進(jìn)行安全帽智能化改造，推廣應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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