基于智能傳感的高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測預警技術研究

國網河南省電力有限公司蘭考縣供電公司 李 明 徐 嵐 暢廣輝 李寒雨 張昊迪 趙明星 張麗瑋

隨著電子技術、無線通信技術與微電機技術的不斷發(fā)展與進步，我國在人體生命體征實時監(jiān)測方面的研究已經取得了一定的成績[1]。輔助智能化技術進行高空作業(yè)人員行為、身體的監(jiān)測已經不僅停留在理論研究層面。部分科研單位已經開發(fā)了便攜式、智能化、可佩戴的生命體感儀，通過對高空作業(yè)人員各項身體指標的監(jiān)測，實時感知人的身體是否存在異常[2]。

目前，我國已上市的監(jiān)測儀包括智能手環(huán)、血氧實時監(jiān)測儀等。盡管現(xiàn)有的體感監(jiān)測裝置已經滿足了使用中的靈活性與實時性需求，但在實際應用中，仍普遍存在預警指標單一、監(jiān)測數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)差異較大的問題，這些問題直接影響了終端對高空作業(yè)人員身體指標的監(jiān)測，甚至無法精準進行人體健康數(shù)據(jù)的預警，從而導致現(xiàn)有的研究成果一直無法在市場內推廣使用[3]。為實現(xiàn)對現(xiàn)有研究成果的優(yōu)化，提高對人體生命的智能感知，本文將在此次研究中，引進智能傳感技術，設計一種針對高空作業(yè)人員生命體征的全新監(jiān)測預警方法，通過此種方式，為不同領域內高空作業(yè)人員的生命安全提供保障。

1 高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測預警方法設計

1.1 基于智能傳感的生命體征數(shù)據(jù)采集

為實現(xiàn)對高空作業(yè)人員生命體征的監(jiān)測，本文引進智能傳感技術，進行人體生命體征數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)實際監(jiān)測需求，明確采集數(shù)據(jù)的過程需要大量傳感節(jié)點作為支撐，而對應的傳感節(jié)點由傳感器、電源、MCU、網絡構成[4]。將對應的智能傳感器安裝在便攜式裝置上，連接網絡后，進行數(shù)據(jù)的獲取，為避免獲取的數(shù)據(jù)中存在大量冗余數(shù)據(jù)，需要在數(shù)據(jù)采集過程中，對數(shù)據(jù)進行平滑處理，此過程可表示為下述計算公式：

1.2 高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸

為實現(xiàn)對高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)的安全、穩(wěn)定傳輸，將對應的數(shù)據(jù)反饋接口與TXD藍牙進行連接，此時智能傳感器反饋的數(shù)據(jù)，可以通過無線組網與TCP協(xié)議進行引腳連接。此時，對應的反饋數(shù)據(jù)將通過藍牙與SPP協(xié)議進行發(fā)送，此過程如圖1所示。

圖1中（1）表示為啟動線程；（2）表示為結果反饋；（3）表示為執(zhí)行傳輸；（4）表示為持續(xù)線程。

監(jiān)測數(shù)據(jù)在傳輸過程中，需要檢索接口函數(shù)，并通過對周邊藍牙設備的掃描進行數(shù)據(jù)傳輸?？蓪⒏呖兆鳂I(yè)人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸過程表示為下述計算公式：

公式（3）中，E表示為人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸過程；O表示為神經網絡；W表示為輸入單元層；j表示為數(shù)據(jù)傳輸信道；k表示為終端數(shù)據(jù)庫；r表示為數(shù)據(jù)推送過程。按照上述方式，實現(xiàn)對監(jiān)測人體生命數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3 基于健康風險評估的生命體征安全預警

實現(xiàn)對高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測的監(jiān)測后，設置智能傳感數(shù)據(jù)的健康風險評估范圍。以高空作業(yè)人員心率指標為例，可按照下述計算公式，進行心率健康風險的評估。

公式（4）中，γ表示為高空作業(yè)人員心率健康風險評估結果；γ1表示為高空作業(yè)人員最大心率；γ2表示為高空作業(yè)人員在安靜狀態(tài)下的心率；γ3表示為高空作業(yè)人員在靜止狀態(tài)下的心率；A表示為環(huán)境影響系數(shù)。按照上述方式，對高空作業(yè)人員的不同健康指標進行風險評估。結合高空作業(yè)人員的常規(guī)體檢數(shù)據(jù)，設置針對不同個人的安全風險預警范圍，并按照圖2所示的流程，進行生命體征健康預警。

圖2中，MagFlage表示為數(shù)據(jù)是否接收完備。按照上述方式，對高空作業(yè)人員生命體征進行實時反饋與評估，實現(xiàn)對作業(yè)人員生命體征的安全預警。

2 實例應用分析

上文從三個方面完成了基于智能傳感的高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測預警方法設計，但此方法還需要通過全面的檢測后，才能被投入相關領域內使用。

為保證測試結果的真實性，選擇某高空作業(yè)現(xiàn)場作為此次研究的試點場所。通過與現(xiàn)場管理人員的交涉，對現(xiàn)場執(zhí)行高空作業(yè)的工作人員進行身體素質進行綜合評估，并選擇了一名身體素質較強的高空作業(yè)人員作為此次測試對象。在征求了其個人的同意后，獲取此名參與實驗人員的個人信息。明確了此名工作人員具有高空作業(yè)資格證書，且從事此行業(yè)已超過了3年，具有較為豐富的工作經驗，工作期間并未出現(xiàn)過由于個人原因造成的安全事故。排除現(xiàn)場外界因素對此次實驗的干擾后，將本文設計的方法安裝在測試對象隨身攜帶的生命監(jiān)測儀器上。在此過程中，需要先設置高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測傳感器，根據(jù)此次實驗需求，設置如表1所示的生命體征數(shù)據(jù)采集智能傳感器。

表1 生命體征數(shù)據(jù)采集智能傳感器

完成對生命體征數(shù)據(jù)采集智能傳感器的設置后，對被測對象進行生命體征數(shù)據(jù)主動獲取。在此基礎上，在監(jiān)測現(xiàn)場布置藍牙與無線傳感裝置，進行高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)該作業(yè)人員的身體綜合情況，設置安全評估指標，通過智能傳感反饋的數(shù)據(jù)，進行高空作業(yè)人員生命體征的安全預警。

為檢驗本文設計的方法具有一定可行性，將本文設計的方法部署在終端，在此基礎上，設置數(shù)據(jù)通過路徑，獲取此名參與測試人員的血壓實時反饋數(shù)據(jù)。通常情況下，人體的舒張壓在60～90mmHg；收縮壓在90～140mmHg，以此為標準，進行測試人員血壓安全閾值的設置。

大量實驗表明，影響紙漿洗滌質量的因素有：上漿濃度、上漿流量、清水加入量、漿層厚度、真空度、漿種、洗滌水溫度、紙漿硬度、制漿方法。需將這些相關的過程變量壓縮為少數(shù)獨立的變量，從而對過程進行有效控制。通過數(shù)據(jù)分析和積累的經驗，利用動態(tài)PCA方法篩選出了建立紙漿洗滌過程數(shù)學模型的輸入變量，計算步驟如下。

截取部分時段下的反饋結果作為測試結果，如圖3所示。

從圖3反饋的數(shù)據(jù)可以看出，在連續(xù)9min的監(jiān)測中，被測對象的舒張壓與收縮壓均在安全范圍內。由此可見，被測人員在此階段作業(yè)過程中未發(fā)生生命體征監(jiān)測預警，血壓指標在安全閾值范圍內。

通過對上述反饋曲線的分析可知，反饋信息具有連續(xù)性，且反饋的數(shù)據(jù)符合此名人員日常高空作業(yè)行為習慣，無明顯異常，由此可以說明本文此次研究設計的方法，在實際應用中具有一定可行性。

在此基礎上，對本文設計方法的監(jiān)測精度進行檢驗。在使用本文設計的方法進行高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測時，同步使用專業(yè)的醫(yī)療儀器進行被測人員生命體征的測試，將醫(yī)療儀器的測試結果作為標準值，將其與本文設計方法的監(jiān)測結果進行對比。計算本文設計的監(jiān)測預警技術在實際應用中，對人體生命體征各項指標測量時的相對誤差。相對誤差計算公式如下：

公式（5）中，P表示為高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測結果相對誤差；x1表示為測量結果；x2表示為計算結果。

表2 高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測結果對比

通過上述試驗結果可知，本文設計的基于智能傳感的高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測預警方法在實際應用中，對人體各項生命體征的監(jiān)測相對誤差較小。

3 結語

為滿足市場內不同行業(yè)的發(fā)展需求，各行各業(yè)的發(fā)展都會在建設工程項目中選擇部分身體素質較強或具有專業(yè)資質證書的工作人員，執(zhí)行高空作業(yè)任務。肩負此類工作崗位的人員不僅具有較高的危險性，還會承擔較重的心理壓力與負擔。當高空作業(yè)人員在極大的心理壓力下執(zhí)行任務時，極易出現(xiàn)突發(fā)性疾病，而此類疾病在常規(guī)的檢查中又難以發(fā)現(xiàn)，一旦受到外界因素的影響或遭受外部環(huán)境的刺激，便會誘發(fā)非正常死亡。包括心臟病、高血壓、腦出血等。為實現(xiàn)對此類安全事故的規(guī)避，本文從生命體征數(shù)據(jù)采集、高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸、基于健康風險評估的生命體征安全預警三個方面，對基于智能傳感的高空作業(yè)人員生命體征監(jiān)測預警技術展開了研究。實踐結果證明，本文設計的方法在實際應用中具有一定可行性，可以實現(xiàn)對高空作業(yè)人員身體各項生命體征的高精度監(jiān)測。