CN103116963B - 一种基于音频信号的安全防卫系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种基于音频信号的安全防卫系统及其应用方法，该安全防卫系统包括音频收发装置、感知设备、远程计算机以及现场报警装置，所述音频收发装置安装于重型施工设备上，同时感知设备佩戴于施工人员身上；所述音频收发装置实时向外发送音频信号，音频信号的覆盖半径限于该重型施工设备的N米非安全区域内，当施工人员进入该非安全区域并长时间逗留，则感知设备接收到音频信号之后得到触发并将带有唯一ID号的音频信号反馈回音频收发装置，所述远程计算机获取该异常信息后判断是否要启动现场的报警装置。本发明的优点是，安全防卫系统构成简单，成本较低，可实时全面地监测重型施工设备周围非安全区域内的情况，有效避免人员伤亡。

Description

一种基于音频信号的安全防卫系统及其应用方法

技术领域

本发明属于工程施工安全预警领域，具体涉及一种用于重型施工设备上的基于音频信号的安全防卫系统及其应用方法。

背景技术

随着国家装备制造业的快速发展，在各种道路、桥梁和房屋建筑的建设施工中，以及在重工业产品的生产和运输等行业领域中，都少不了各种重型施工设备的身影，例如起重机、塔吊、挖掘机、卷扬机、打桩机等。由于上述的各种重型施工设备体积巨大，无论是发生绳索断裂或者施工设备的倾覆，都将造成施工区域内严重的人员伤亡和财产经济损失。

为了确保施工作业现场的安全，技术人员一方面提高重型施工设备产品的本身性能，提高其负载能力并增加超负荷报警装置，减少绳索断裂或设备翻覆的情况；另一方面，施工作业现场实行有力的安全保障，通过安全员巡视、工程监理、工程测量等方法，但各方信息来源、比对分析、会商统计、安全预警及命令传递存在问题。

专利（CN 201392471 Y）公开了“一种基于现场数字视觉差异的工程施工安全预警装置”，该装置利用施工现场的摄像机、无线通讯器件以及计算机实现了现场安全信息的智能采集、无线发送和安全信息的定点广播，解决了工程安全数据的智能定点采集和现场安全信息的反馈。该方案虽然实现了施工作业现场信息的智能采集，但是需要人工实时观察摄像机所采集回的图像，耗时费力，难免发生疏忽，无法完全防止闲杂人员进入施工现场或重型施工设备的下方，避免施工设备发生事故时造成无谓的人员伤亡。

因此本领域的技术人员急需一种可以有效防止施工作业现场发生人员伤亡的安全防卫系统。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于音频信号的安全防卫系统及其应用方法，该安全防卫系统通过在重型施工设备上设置音频收发装置，并使其所发射的音频信号仅覆盖于重型施工设备的非安全区域内或通过音频测距的方法，以达到实时监测是否有施工人员闯入该非安全区域内的目的。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种基于音频信号的安全防卫系统，涉及施工现场的重型施工设备，其特征在于所述安全防卫系统包括音频收发装置、感知设备以及远程计算机；所述音频收发装置安装于所述重型施工设备上，所述感知设备佩戴于施工人员的安全帽上或腰间；     所述音频收发装置由处理器、发射电路以及中转电路构成，所述发射电路包括音频放大器和音频发射单元，所述中转电路包括麦克风和无线网络装置；其中所述发射电路用于向所述感知设备发送音频信号，所述中转电路用于接收所述感知设备反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送；     所述感知设备由麦克风、计时模块以及音频发射单元构成。

所述音频信号可以为声波或超声波。

所述远程计算机与一报警装置相连。

所述感知设备的计时模块内设有一存储器，所述存储器内存储有该感知设备的唯一ID号，同时在所述远程计算机内建有数据库，所述数据库内包含有所有施工人员的各自ID号、基本信息以及其所属的工程信息。

所述音频发射单元为一电声转换器。

一种涉及上述权利要求的基于音频信号的安全防卫系统的应用方法，其特征在于所述应用方法至少包括如下步骤：所述音频收发装置的处理器通过内部运算将数字信号调制到一个具有一定频率的音频信号上，所述调制好的音频信号通过所述发射电路内的音频放大器放大并输出，用以推动所述音频发射单元向外发射音频信号；其中所述音频发射单元向外发送的所述音频信号覆盖区域为所述重型施工设备的N米范围区域内，以构成所述重型施工设备的非安全区域；当施工人员进入所述非安全区域内，所述感知设备内的麦克风将接收到所述音频信号，所述计时模块开始计时；若所述麦克风持续接收所述音频信号的时间短于预设逗留时间值，则表明施工人员只是途经所述非安全区域，所述设置于施工现场的报警装置不报警；若所述麦克风持续接收所述音频信号的时间长于预设逗留时间值，则表明施工人员长时间逗留于所述重型施工设备的非安全区域内存在危险，所述音频发射单元调用所述计时模块内存储的唯一ID号，向设置于所述音频收发装置内的麦克风发送，之后通过所述处理器解码所述反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送所述ID号，所述远程计算机调用内建数据库内该唯一ID号相对应的施工人员信息，以确定该施工人员是否有进入所述非安全区域内的权限，若无则及时启动所述报警装置以警示该施工人员迅速离开所述重型施工设备的非安全区域。

一种涉及上述权利要求的基于音频信号的安全防卫系统的应用方法，其特征在于所述应用方法至少包括如下步骤：将所述重型施工设备的N米范围区域内设定为非安全区域；所述音频收发装置的处理器通过内部运算将数字信号调制成音频信号，所述调制好的音频信号每间隔X秒通过所述发射电路内的音频放大器放大并输出，用以推动所述音频发射单元向外发射音频信号；处于施工现场的各施工人员，其所佩戴的感知设备内的麦克风接收到所述音频信号并即刻反射回所述音频收发装置内的麦克风，所述处理器记录该音频信号往返所需的时间并计算出所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离；若所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离大于N米，则表明施工人员的位置不在所述非安全区域内，设置于施工现场的所述报警装置不报警；若所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离小于N米，则表明施工人员的位置处于所述非安全区域内存在安全隐患，所述音频收发装置在下一次发送音频信号时，通过所述处理器将带有ID码请求指令的数字信息调制成音频信号，所述调制好的音频信号通过所述音频发射单元向外发送，之后所述感知设备内的麦克风接收到所述带有ID码请求指令的音频信号，所述感知设备内的音频发射单元调用存储于所述计时模块内的唯一ID号，向设置于所述音频收发装置内的麦克风发送，之后通过所述处理器解码所述反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送所述ID号，所述远程计算机调用内建数据库内该唯一ID号相对应的施工人员信息，以确定该施工人员是否有进入所述非安全区域内的权限，若无则及时启动所述报警装置以警示该施工人员迅速离开所述重型施工设备的非安全区域。

本发明的优点是，安全防卫系统构成简单，可实时全面地监测重型施工设备周围非安全区域内的情况，避免人工巡检造成的监测死角以及人力浪费，有效避免重型施工设备发生事故时造成的人员伤亡；同时感知设备制造成本较低，便于携带，适合大规模推广使用。

附图说明

图1为本发明中安全防卫系统的构成框图；

图2为本发明中安全防卫系统设置于重型施工设备上的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-2，图中标记1-4分别为：音频收发装置1、感知设备2、非安全施工区域3、重型施工设备4。

实施例1：如图1和2所示，本实施例涉及一种基于音频信号的安全防卫系统，用于监测重型施工设备4周围区域内是否逗留有无关闲杂人员，以防止人员伤亡事故的发生。该安全防卫系统包括音频收发装置1、感知设备2、远程计算机以及报警装置，其中音频收发装置1与感知设备2之间通过音频信号互相交换收发信息，而远程计算机则用于通过无线网络接收音频收发装置1监测采集的数据，并遥控施工作业现场的报警装置是否报警，其中述及的音频信号可以为声波或超声波。

如图1所示，音频收发装置由处理器、发射电路以及中转电路构成并封装于一盒体内，该发射电路包括音频放大器和音频发射单元，该中转电路包括无线网络装置以及麦克风。感知设备具体由麦克风、计时模块以及音频发射单元构成，每个感知设备均具有其唯一的ID码，该ID码具体存储于计时模块内的存储器中。同时在远程计算机内建有数据库，该数据库内包含有施工人员的各自ID码、基本信息以及其所属的工程信息。其中述及的音频发射单元是一个电声转换器，可以是电磁式扬声器、压电式蜂鸣器、压电式扬声器、静电扬声器等电声转换装置。

如图1、2所示，本安全防卫系统的具体应用方法如下：

①首先将音频收发装置1安装于重型施工设备4上，具体安装于重型施工设备4的何处视机器的类别而定，通常安装于其吊钩上或桁架上；之后将感知设备2分发至各施工人员，具体可固定于其安全帽上或佩戴于腰间；同时在施工作业现场布设报警装置，并通过网线或无线网络与远程计算机相连；

②其后启动所述各单元构件，使各单元构件处于实时工作状态。安装于重型施工设备4上的音频收发装置1内的处理器通过内部运算将预设的数字信号调制到一定频率的音频信号上，并将这个调制好的信号通过自身的I/O口或D/A转换口输出，之后音频放大器接收到该调制好的信号并将其放大输出，用以推动音频发射单元向外发射音频信号；其中音频放大器将调制后的音频信号放大并最终通过mos管实现推挽输出；

③以重型施工设备4的吊钩为中心的3m半径范围内均为非安全区域3，逗留于此非安全区域3内的施工人员均存在危险；通过音频放大器使音频发射单元的音频信号正好覆盖于此非安全区域3中；

④当施工人员进入非安全区域3时，施工人员身上所佩戴的感知设备2内的麦克风将收到此区域内的音频信号，与此同时，其内的计时模块开始计时，用以计算持续接收音频信号的时间：

若感知设备内的麦克风持续接收音频信号的时间短于预设的逗留时间值，则表明该施工人员只是途经非安全区域3并已迅即离开，不存在安全隐患，因此设置于施工作业现场的报警装置不报警；

若感知设备内的麦克风持续接收音频信号的时间长于预设的逗留时间值，表明该施工人员长时间逗留于非安全区域3内，计时模块判断此时存在安全隐患，向与其连接的音频发射单元发送带有ID号信息的音频信号，之后通过该音频发射单元向外发射；其后设置于音频收发装置1内的麦克风接收到此带有ID码信息的音频信号，通过与其连接的处理器将该音频信号解码，并通过无线网络装置向远程计算机发送，远程计算机接收到该ID码之后调用内建数据库，查询该ID码相对应的施工人员信息，以确定其是否具有进入非安全区域3内的权限；若有，则报警装置不报警；若无权限，则远程计算机第一时间启动现场的报警装置发出蜂鸣以警示该施工人员迅速离开重型施工设备4的非安全区域3内，同时监控室内派出人员确认施工作业现场的安全隐患是否排除。

本实施例可有效排除施工现场的安全隐患，实时监测，避免重型施工设备下方发生人员伤亡事故。

实施例2：如图1、2所示，本安全防卫系统通过音频信号测距的方法来达到在非安全区域内实时监测的目的，具体步骤如下：

①首先将音频收发装置1安装于重型施工设备4上，具体安装于重型施工设备4的何处视机器的类别而定，通常安装于其吊钩上或桁架上；之后将感知设备2分发至各施工人员，具体可固定于其安全帽上或佩戴于腰间；同时在施工作业现场布设报警装置，并通过网线或无线网络与远程计算机相连；

②以重型施工设备4的吊钩为中心的3m半径范围内均为非安全区域3，逗留于此非安全区域3内的施工人员均存在危险；

③其后启动上述各单元构件，使各单元构件处于实时工作状态；设置于重型施工设备4上的音频收发装置1内的处理器通过内部运算将数字信号调制成音频信号，该调制好的音频信号每间隔2秒通过音频放大器放大并输出，用以推动音频发射单元向外发射该音频信号；

④处于施工现场的各施工人员，在其身上所佩戴的感知设备2内的麦克风接收到该音频信号并即刻反射回音频收发装置1内的麦克风，其内的处理器记录该音频信号往返所花费的时间，之后根据音频信号的传播速度计算出音频收发装置1与感知设备2之间的距离：

若感知设备2与音频收发装置1之间的距离大于3m，则表明施工人员的实时位置不在重型施工设备4所划定的非安全区域3内，设置于施工现场的报警装置不报警；

若感知设备2与音频收发装置1之间的距离小于3m，则表明施工人员的实时位置处于重型施工设备4所划定的非安全区域3内，存在安全隐患，因此音频收发装置1在间隔2秒之后再次发送音频信号时，通过其内的处理器将带有ID码请求指令的数字信息调制成音频信号，该调制好的音频信号通过音频发射单元向外发送，之后感知设备2内的麦克风接收到该带有ID码请求指令的音频信号，感知设备2内的音频发射单元其后调用存储于计时模块内的唯一ID码，并向外发射带有唯一ID码的音频信号，设置于音频收发装置1内的麦克风接收到此带有ID码信息的音频信号，通过与其连接的处理器将该音频信号解码，并通过无线网络装置向远程计算机发送，远程计算机接收到该ID码之后调用内建数据库，查询该ID码相对应的施工人员信息，以确定其是否具有进入非安全区域3内的权限；若有，则报警装置不报警；若无权限，则远程计算机第一时间启动现场的报警装置发出蜂鸣以警示该施工人员迅速离开重型施工设备4的非安全区域3内，同时监控室内派出人员确认施工作业现场的安全隐患是否排除。

Claims (7)

1.一种基于音频信号的安全防卫系统，涉及施工现场的重型施工设备，其特征在于所述安全防卫系统包括音频收发装置、感知设备以及远程计算机；所述音频收发装置安装于所述重型施工设备上，所述感知设备佩戴于施工人员的安全帽上或腰间；所述音频收发装置由处理器、发射电路以及中转电路构成，所述发射电路包括音频放大器和音频发射单元，所述中转电路包括麦克风和无线网络装置；其中所述发射电路用于向所述感知设备发送音频信号，所述中转电路用于接收所述感知设备反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送；所述感知设备由麦克风、计时模块以及音频发射单元构成。

2.根据权利要求1所述的一种基于音频信号的安全防卫系统，其特征在于所述音频信号为声波或超声波。

3.根据权利要求1所述的一种基于音频信号的安全防卫系统，其特征在于所述远程计算机与一报警装置相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于音频信号的安全防卫系统，其特征在于所述感知设备的计时模块内设有一存储器，所述存储器内存储有该感知设备的唯一ID号，同时在所述远程计算机内建有数据库，所述数据库内包含有所有施工人员的各自ID号、基本信息以及其所属的工程信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于音频信号的安全防卫系统，其特征在于所述音频发射单元为一电声转换器。

6.一种涉及权利要求1-5所述的基于音频信号的安全防卫系统的应用方法，其特征在于所述应用方法至少包括如下步骤：所述音频收发装置的处理器通过内部运算将数字信号调制到一个具有一定频率的音频信号上，所述调制好的音频信号通过所述发射电路内的音频放大器放大并输出，用以推动所述音频收发装置内的所述音频发射单元向外发射音频信号；其中所述音频收发装置内的所述音频发射单元向外发送的所述音频信号覆盖区域为所述重型施工设备的N米范围区域内，以构成所述重型施工设备的非安全区域；当施工人员进入所述非安全区域内，所述感知设备内的麦克风将接收到所述音频信号，所述计时模块开始计时；若所述麦克风持续接收所述音频信号的时间短于预设逗留时间值，则表明施工人员只是途经所述非安全区域，所述设置于施工现场的报警装置不报警；若所述麦克风持续接收所述音频信号的时间长于预设逗留时间值，则表明施工人员长时间逗留于所述重型施工设备的非安全区域内存在危险，所述感知设备内的所述音频发射单元调用所述计时模块内存储的唯一ID号，向设置于所述音频收发装置内的麦克风发送，之后通过所述处理器解码所述反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送所述ID号，所述远程计算机调用内建数据库内该唯一ID号相对应的施工人员信息，以确定该施工人员是否有进入所述非安全区域内的权限，若无则及时启动所述报警装置以警示该施工人员迅速离开所述重型施工设备的非安全区域。

7.一种涉及权利要求1-5所述的基于音频信号的安全防卫系统的应用方法，其特征在于所述应用方法至少包括如下步骤：将所述重型施工设备的N米范围区域内设定为非安全区域； 所述音频收发装置的处理器通过内部运算将数字信号调制成音频信号，所述调制好的音频信号每间隔X秒通过所述发射电路内的音频放大器放大并输出，用以推动所述音频收发装置内的所述音频发射单元向外发射音频信号；处于施工现场的各施工人员，其所佩戴的感知设备内的麦克风接收到所述音频信号并即刻反射回所述音频收发装置内的麦克风，所述处理器记录该音频信号往返所需的时间并计算出所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离； 若所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离大于N米，则表明施工人员的位置不在所述非安全区域内，设置于施工现场的所述报警装置不报警；若所述音频收发装置与所述感知设备之间的距离小于N米，则表明施工人员的位置处于所述非安全区域内存在安全隐患，所述音频收发装置在下一次发送音频信号时，通过所述处理器将带有ID码请求指令的数字信息调制成音频信号，所述调制好的音频信号通过所述音频收发装置内的所述音频发射单元向外发送，之后所述感知设备内的麦克风接收到所述带有ID码请求指令的音频信号，所述感知设备内的音频发射单元调用存储于所述计时模块内的唯一ID号，向设置于所述音频收发装置内的麦克风发送，之后通过所述处理器解码所述反馈回的音频信号并通过所述无线网络装置向所述远程计算机发送所述ID号，所述远程计算机调用内建数据库内该唯一ID号相对应的施工人员信息，以确定该施工人员是否有进入所述非安全区域内的权限，若无则及时启动所述报警装置以警示该施工人员迅速离开所述重型施工设备的非安全区域。