智能安全帽技術(shù)綜述

馬思聰 白洪宸

杭州意能電力技術(shù)有限公司 浙江 杭州 310014

引言

在工程建設(shè)上一直使用的傳統(tǒng)安全帽不僅可以承受和分散高處掉落物品的沖擊力，還可以保護(hù)或減輕使用人員在高處墜落時頭部先著地時的撞擊力，是保證生命安全的重要個人防護(hù)用品[1]，在電力、建筑、日常生活以及其他領(lǐng)域等各方面起著至關(guān)重要的作用。

而智能安全帽是在科技發(fā)展下，由傳統(tǒng)安全帽逐漸衍生而來的，可以說是傳統(tǒng)安全帽的升級版本，除具備保護(hù)使用人員頭部安全的功能以外，為適應(yīng)工程現(xiàn)場的多樣性與需求性，加入智能集成模塊，具有視頻錄制[2]、實時定位[3-4]、語音對講[4]、遠(yuǎn)程協(xié)助、監(jiān)管考勤[5]、脫帽預(yù)警[5-6]等功能，同時配合管理服務(wù)平臺與手機APP，進(jìn)行實時高效管理，為企業(yè)提高整體安全性，實現(xiàn)降本增效。

本文主要闡述了智能安全帽現(xiàn)狀、組成、功能、存在的問題，并對未來安全帽發(fā)展提出一些設(shè)想與建議。

1 國內(nèi)現(xiàn)狀

當(dāng)前智能安全帽行業(yè)已經(jīng)在我國發(fā)展了近二十年左右，并已應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，其中主要應(yīng)用于傳統(tǒng)行業(yè)（電力、建筑、礦業(yè)等），隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的出現(xiàn)，進(jìn)一步助推了智能安全帽市場的快速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，在2019年智能安全帽行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到3500億元，同比增長19.6%，而且中央印發(fā)的《智能安全帽行業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中明確指出要求到2020年智能安全帽行業(yè)將增加30%，說明智能安全帽市場需求旺盛，行業(yè)發(fā)展長期向好,發(fā)展趨勢仍處于成長階段，但現(xiàn)階段整個產(chǎn)品技術(shù)已逐漸成形，產(chǎn)業(yè)特點、競爭狀態(tài)以及應(yīng)用領(lǐng)域比較明朗，企業(yè)進(jìn)入市場的壁壘相對提高，產(chǎn)品種類與競爭者繁多。

2 性能與功能

2.1 質(zhì)量與舒適性

智能安全帽最基本功能還是防止在物體打擊發(fā)生時用來減輕或避免沖擊頭部，造成傷害，也是保證人生命安全最最重要的功能，所以其質(zhì)量好壞[7-8]是保障安全的主要因素之一，而另一個因素是在實際工程現(xiàn)場中，不愿意佩戴安全帽[9-10]的現(xiàn)象屢見不鮮，相關(guān)研究表明，在作業(yè)場所物體打擊事故中，不佩戴安全帽的行為引發(fā)傷害占15%以上，這一現(xiàn)象國內(nèi)部分學(xué)者進(jìn)行了大量研究，得出帽體本身不但在結(jié)構(gòu)設(shè)計[11-13]上要起到防護(hù)作用，而且需要具備各種特殊技術(shù)性能[14]要求（如耐低溫、防靜電、電絕緣等），還要在舒適性[15-18]（散熱、吸汗、透氣等）上要符合人機工程學(xué),從而使佩戴者得到最好的感觀體驗，以應(yīng)對各種環(huán)境下佩戴需求。

2.2 組成與功能

工程施工現(xiàn)場往往存在大量不確定因素，而隨著城市不斷地建設(shè)與發(fā)展，現(xiàn)代化程度日益提高，工程規(guī)模也在逐漸擴大，正因為處于這樣一個高速發(fā)展的時期，更加劇工程施工現(xiàn)場的多樣性與復(fù)雜性，例如高壓線路檢修、安裝人員的工作特性，具有相對分散且難于管控，若工作地點又是位于山區(qū)，在4G信號缺失的情況下，無法進(jìn)行通信及定位，出現(xiàn)突發(fā)異常情況，會給救援帶來較大的難度，危及檢修人員的生命安全。

針對上述問題，現(xiàn)階段市面上的智能安全帽均具有嵌入式智能通信系統(tǒng)這一功能，通過北斗系統(tǒng)[19-21]、無線網(wǎng)絡(luò)與管理服務(wù)平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)人員定位、雙向語音、遠(yuǎn)程監(jiān)管、數(shù)據(jù)查詢等各種功能，在一定程度上大大提高人員安全性與效率、優(yōu)化管理模式。

2.2.1 硬件介紹。硬件系統(tǒng)基本是由智能安全帽，本地或云服務(wù)器所組成。其中智能安全帽包括帽體、透氣孔、散熱孔、內(nèi)飾卡扣，并裝設(shè)高清攝像頭、照明燈、SIM卡槽、喇叭孔、電池鎖扣，麥克風(fēng)、數(shù)據(jù)通信傳輸模塊、北斗定位模塊、相關(guān)操作按鍵（包括拍照、SOS、照明、通話、聲音調(diào)節(jié)，開關(guān)機等按鍵），同時配有本地存儲卡、便捷充電口、充電器等，整體設(shè)計既要考慮重量配比與舒適性，又要保證各組件的緊湊性與可靠性。

2.2.2 功能介紹。①定位跟蹤。通過帽體上的北斗定位模塊接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，解碼位置信息，通過4g/wifi/北斗與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，還可通過wifi或藍(lán)牙與手機APP進(jìn)行連接與控制，可實現(xiàn)人員高精確定位，并可繪制出人員的行動軌跡，方便管理人員查詢。②遠(yuǎn)程協(xié)助。在工程現(xiàn)場遇到技術(shù)問題或突發(fā)性事故，可利用帽體上的高清攝像頭、遠(yuǎn)程視頻、語音等功能，及時向相關(guān)專家匯報與記錄，可快速得到技術(shù)支持與解決方案，而且在當(dāng)下新冠疫情期間，不僅可使技術(shù)人員出差頻次減少，降低人員流動率，還可以解決一定的緊急問題。③遠(yuǎn)程監(jiān)管。管理人員需要進(jìn)入單位內(nèi)部或生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督檢查與驗收，可通過智能安全帽將相關(guān)現(xiàn)場畫面第一時間上傳至管理服務(wù)平臺，同時方便查閱與查詢，也可通過現(xiàn)場工作人員進(jìn)行記錄與上傳，保障工作與安全生產(chǎn)有序進(jìn)行。④巡檢排查。通過紅外檢測功能，可實時監(jiān)控現(xiàn)場工作人員是否發(fā)生脫帽行為[22]，實現(xiàn)違規(guī)事件自動記錄，并實時統(tǒng)計巡檢人員到達(dá)巡檢點的具體時間、路線、巡視到位率等數(shù)據(jù)，自動生成行動軌跡，達(dá)到可知可控狀態(tài)，保障安全工作順利進(jìn)行。⑤精準(zhǔn)考勤。將人臉面對攝像頭進(jìn)行“刷臉”操作，高清攝像頭會將作業(yè)人員的頭像上傳至管理服務(wù)平臺，與管理平臺上的照片、姓名、智能安全帽編號一一對應(yīng)并綁定，可為人員身份認(rèn)證、考勤、查詢進(jìn)行備份與使用。

3 應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 電力行業(yè)

在工作過程中，電力工作人員需要佩戴安全帽，執(zhí)行各種工作任務(wù)，主要包括巡檢、錄音、錄像、通話、設(shè)備操作、安全監(jiān)護(hù)等。將智能安全帽應(yīng)用于該領(lǐng)域后，則可代替各種電子設(shè)備，減少攜帶隨身攜帶的設(shè)備，降低生產(chǎn)維護(hù)成本，同時可實現(xiàn)各類型設(shè)備材料說明書、資料的集成。不僅使標(biāo)準(zhǔn)化流程從紙質(zhì)流改變?yōu)閿?shù)據(jù)流，帶來工作效率的提升，而且進(jìn)入危險場所或存在不正確的措施和行為可及時進(jìn)行預(yù)警提示，提升安全性。

3.2 建筑行業(yè)

在建筑工程上，同樣也存在較多的復(fù)雜工序，將智能安全帽應(yīng)用該領(lǐng)域后，可對施工工藝過程進(jìn)行掃描與記錄，對作業(yè)行為進(jìn)行監(jiān)督與管理，同時可查閱各種材料的資料與特性，快速掃描各種設(shè)備、部件的安裝角度、距離并進(jìn)行相應(yīng)的提示，提高安全性與效率，減少工作量。

3.3 其他行業(yè)

以智能化為前提，智能安全帽還可根據(jù)用戶需求環(huán)境與特點，進(jìn)行功能定制與開發(fā)，以適應(yīng)不同行業(yè)的相關(guān)需求。

4 存在的問題

4.1 平臺管理水平落后

智能安全帽行業(yè)生產(chǎn)商和消費者之間存在矛盾，部分智能安全帽生產(chǎn)企業(yè)以盈利為目標(biāo)，以致對加盟者審核不嚴(yán)格，存在服務(wù)水平參差不齊，所以目前尚未解決盈利問題，而利潤的主要來源來自于壓縮原材料，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量與服務(wù)，存在隱患。

4.2 供應(yīng)鏈整合度低

智能安全帽行業(yè)供應(yīng)鏈涉及品類繁多。其中小型企業(yè)難以生存，初期投資過大，很難打價格戰(zhàn)，而行業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度太低，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長且成本高。

4.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化程度低

智能安全帽行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度低，不能構(gòu)成獨立體系，服務(wù)質(zhì)量在很大程度上依賴于制造廠商、設(shè)計師等能力，難以形成規(guī)?；芾?，導(dǎo)致質(zhì)量問題頻發(fā)，管控監(jiān)控缺失，嚴(yán)重影響用戶體驗。

4.4 研發(fā)設(shè)計能力不足

智能安全帽行業(yè)研發(fā)設(shè)計人才供需存在失衡現(xiàn)象，有時無法滿足用戶所提出的個性化需求，導(dǎo)致行業(yè)設(shè)計不符合市場需求，交付給用戶的設(shè)計產(chǎn)品匹配性較差，后期服務(wù)更新較慢。

5 未來發(fā)展趨勢

5.1 需求定位

隨著大眾生活水平的提高，對安全方面的要求也隨之提高，所以越來越多的用戶對智能安全帽行業(yè)也更加重視，提出了更多更高的需求和建議，因此滿足用戶需求將是智能安全帽行業(yè)的未來立根之本。

5.2 帽體本身

由于材料技術(shù)工藝的改進(jìn)發(fā)展和成本的降低，為了進(jìn)一步保障人身安全性，帽體應(yīng)該會往更高強度、更低重量發(fā)展，其材質(zhì)必然會發(fā)生改變，會由當(dāng)前工程塑料向更先進(jìn)的納米、碳纖維等材質(zhì)方向逐漸轉(zhuǎn)變，在未來將具體采用何種材質(zhì)，尚無法估計。

5.3 硬、軟件部分

隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，許多事物都發(fā)生了翻天覆地的變化，例如發(fā)展至今的手機其操作性和功能性已比擬或超越普通計算機，又或者是汽車已逐漸往無人駕駛方向發(fā)展，而且AR技術(shù)、全息顯示技術(shù)、穿透式投影技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)也在不斷發(fā)展與革新，這些技術(shù)在未來也可應(yīng)用于智能安全帽之上，可能會賦予其全新的使命，不光從安全性能上所考慮，所以可造成的應(yīng)用價值也無法估量。

6 結(jié)束語

智能安全帽是將智能技術(shù)與傳統(tǒng)安全防護(hù)用具相結(jié)合的產(chǎn)物，實現(xiàn)對人與設(shè)備的實時感知、對安全生產(chǎn)過程的實時監(jiān)管，構(gòu)建了動態(tài)交互式的智能化監(jiān)控管理服務(wù)平臺，而當(dāng)下新技術(shù)比如云計算、大數(shù)據(jù)等的出現(xiàn)，給行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化問題提供了全新的思考空間，通過新技術(shù)在未來能夠更好地解決行業(yè)痛點和問題，保障行業(yè)服務(wù)效果，實現(xiàn)行業(yè)效率和用戶體驗的雙重提升，必將在各個領(lǐng)域發(fā)揮巨大效能。