CN104361714B - 基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，包括：佩戴装置、摄像装置、图像分析系统和报警装置。其中，佩戴装置包含本体及设置在本体上的多个感应标识点，用于获取佩戴装置的图像。图像分析系统包括：计算单元、存储单元和分析单元，用于处理所获取的佩戴装置的图像并识别出多个感应标识点的第一拓扑结构，将第一拓扑结构与正确使用佩戴装置时多个感应标识点的第二拓扑结构进行比较，以判断佩戴装置是否正确使用。在佩戴装置未正确佩戴时，报警装置发出警报。本发明的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置运用了智能化可穿戴技术，能够及时、准确地判断施工人员是否正确使用佩戴装置。

Description

基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置

技术领域

本发明涉及安全装置领域，特别是涉及一种基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置。

背景技术

高空作业是指人在一定位置为基准的高处进行的作业。国家标准GB/T3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”根据这一规定，在建筑业中涉及到高处作业的范围是相当广泛的。在建筑物内作业时，若在2m以上的架子上进行操作，即为高处作业。根据规定，高空作业必须采用一定的安全防护措施。个人基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置有安全帽和安全带等。安全带是通过围绕在固定构造物上的绳或带将人体绑定在固定的构造物附近，使作业人员的双手可以进行其他操作的安全带。

在水利施工现场，由于普遍存在高差的关系，各种形式的洞口与临边性质的作业、悬空与攀登作业、操作平台与立体交叉作业，以及在结构主体以外的场地上和通道旁的各类洞、坑、沟、槽等工程的施工作业中，具体操作人员往往处于高空或悬空作业，所以安全防护至关重要。因此，在有关安全考核和安全巡查的规章管理制度中强制使用安全绳。另外，现阶段大型水利施工建筑中操作工多为当地民工，流动性大，安全培训不到位，且安全意识薄弱，对高空作业危险认识不够，自觉性差。当遇到安全绳索给操作造成一定不便时，有些操作工会采取作弊行为，或者不悬挂安全绳到安全位置，而将安全绳悬挂在自身；或者不使用安全绳，使安全绳失去作用。一旦发生坠落事故，将造成严重的后果。

目前，大多施工单位按照相关规定采用简单的安全绳索进行保护，通常需要人工监督和个人自觉，但电子化、智能化的设备并未采用，不能从技术手段上有效杜绝灾难事故的发生。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置。

本发明较佳实施方式的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置包括佩戴装置、摄像装置、图像分析系统及报警装置。所述佩戴装置包含本体及设置在所述本体上的多个感应标识点。所述摄像装置用于获取所述佩戴装置的图像。所述图像分析系统包括计算单元、存储单元及分析单元。所述计算单元用于处理所述图像以识别出所述多个感应标识点并确定所述多个感应标识点的第一拓扑结构。所述存储单元用于存储正确使用所述佩戴装置时所述多个感应标识点的第二拓扑结构。所述分析单元，用于比对所述第一拓扑结构与所述第二拓扑结构是否近似以判断所述佩戴装置是否正确使用，若所述第一拓扑结构与所述第二拓扑结构近似，则所述佩戴装置正确使用，否则所述佩戴装置未正确使用。所述报警装置在所述佩戴装置未正确使用时发出警报。

根据本发明实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置运用计算机视觉技术判断出所述佩戴装置是否正确使用，并在未正确使用时发出警报，实现了安全装置的智能化、电子化，提高了安全装置的安全性。

在一些示例中，所述本体包括线性部分和环形部分。所述多个感应标识点包括第一感应标识点和第二感应标识点。所述第一感应标识点沿线性部分分布，所述第二感应标识点沿环形部分分布。所述第二拓扑结构包括：所述第一感应标识点形成直线；所述第二感应标识点只有一半可识别；及所述第一感应标识点形成的直线和所述第二感应标识点形成的环状没有交叉。

在一些示例中，所述线性部分的一端包含第一紧固装置，用于与固定物的紧固连接。所述线性部分的另一端和所述环形部分紧固连接,所述在环形部分包含第二紧固装置。

在一些示例中，所述第一紧固装置和所述第二紧固装置分别设置有压力传感器，用于判断所述第一紧固装置和所述第二紧固装置处于紧固状态或者自由状态以判断所述佩戴装置是否正确使用，所述佩戴装置正确使用时，所述第一紧固装置和所述第二紧固装置处于紧固状态。

在一些示例中，所述报警装置采用蜂鸣器。

在一些示例中，所述数据存储单元采用非易失性存储介质，还用于存储所述第一拓扑结构的数据。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置的结构框图；

图2是本发明一个实施例的佩戴装置的示意图；和

图3是本发明一个实施例的判断佩戴装置是否正确佩戴的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

参照图1，本发明实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10包括：佩戴装置12、摄像装置14、图像分析系统16及报警装置18。佩戴装置12包含本体122及设置在本体122上的多个感应标识点。摄像装置14用于获取佩戴装置12的图像。其中，图像分析系统16包括计算单元162、存储单元164及分析单元166。计算单元162用于处理图像以识别出多个感应标识点并确定多个感应标识点的第一拓扑结构。存储单元164用于存储正确使用佩戴装置时多个感应标识点的第二拓扑结构。分析单元166用于比对第一拓扑结构与第二拓扑结构是否近似以判断佩戴装置是否正确使用，若第一拓扑结构与第二拓扑结构近似，则佩戴装置12正确使用，反之，则佩戴装置12未正确使用。

在本发明的一个实施例中，本体为安全绳，如图2所示，包括线性部分1222和环形部分1224。感应标识点包括多个第一感应标识点1226及多个第二感应标识点1228。佩戴装置12还包括第一紧固装置124及第二紧固装置126。如图1所示，多个第一感应标识点1226为S1，S2，…，Sn，并沿所述线性部分1222分布,用于标示线性部分1222的空间姿态。多个第二感应标识点1228为IS1，IS2，…，ISn，并沿所述环形部分1224分布，用于标示环形部分1224的空间姿态。

佩戴装置12的本体122是可穿戴型的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置。作业人员不正确使用佩戴装置12的情况有：静止存放，不携带佩戴装置12，无法形成与第二拓扑结构近似的第一拓扑结构。携带佩戴装置12，但线性部分1222不悬挂在固定物20上，而是放在腰间，那么从形成的第一拓扑结构来看，线性部分1222和环形部分1224交叉，线性部分1222没有呈直线展开。携带佩戴装置12，但环形部分1224不系在腰间，那么从形成的第一拓扑结构来看，没有形成有效环形部分。有效环形部分指的是，如果佩戴装置12正确使用在腰间，通过计算机视觉识别，大概有一半左右的标识是不可见的，另外一半是可见的，从而判断佩戴装置12是否正确使用。固定物20可以是横梁。

在本发明的一个实施例中，线性部分1222的一端包含第一紧固装置124，环形部分1224包含第二紧固装置126。第一紧固装置124和第二紧固装置126分别设置有压力传感器，用于判断第一紧固装置124和第二紧固装置126处于紧固状态或者自由状态以判断佩戴装置12是否正确使用。佩戴装置12正确使用时，第一紧固装置124和第二紧固装置126都处于紧固状态。

在本发明的一个实施例中，摄像装置14优选广角摄像头组，对作业人员进行摄录获取图像。图像分析系统16采用了数学灰度处理和模式识别技术，从图像中识别出人的轮廓，进一步根据多个感应标识点判断出安全绳的姿态。

在本发明的一个实施例中，计算单元162用于处理摄像单元14获取的图像，识别出多个感应标识点，并确定多个感应标识点的第一拓扑结构。计算单元162可以采用运算能力较强的单片机或者通用计算机，包含程序存储器，中央处理器，定时器和各种输入输出。

存储单元164除用于存储第一拓扑结构和第二拓扑结构外，还用于存储压力传感器和图像分析系统16的判断结果。存储单元164采用非易失性存储介质，优选的，采用U盘或者TF卡。

分析单元166用于比对第一拓扑结构与第二拓扑结构是否近似以判断佩戴装置12是否正确使用，若第一拓扑结构与第二拓扑结构近似，则佩戴装置12正确使用，否则佩戴装置12未正确使用；

在本发明的一个实施例中，基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10还包括对外接口单元10a和电源单元10b。对外接口单元10a负责向基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10外发送接口数据，可以采用无线部分，将数据调制后通过一定的频率进行发射，上报到控制中心。同时也可以形成双工电路，接收控制中心发来的指令。通过通讯网络连入到一个实时监控系统中，优选采用外接无线连接，实时的将数据传送到网络上，如果联网条件不具备，定期采集数据也可以，更进一步的，指挥中心也可以通过网络传送相关指令，比如语音。电源单元10b用于负责基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10运行所需的能量，含充电电路，放电电路和电池组件，并且含有剩余电量指示装置。优选的，如果现场去电方便，也可以直接连接现场电源。

在本发明的一个实施例中，报警单元18采用声光报警，可以但不仅限于压电式蜂鸣器，用于在佩戴装置12未正确使用时发出警报。

此外，本发明实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10还具有自检功能。基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10首次上电运行，需进行自检，不通过的不能使用。自检包括如下步骤：

(1)自检开始，读取配置参数；

(2)基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10的各个部分之间连通，并读取数据，不正常者发送报警信息；

(3)检测电源单元10a的电量，低电量者告警；

(4)自检结束。

例如图3所示，本发明实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10判断佩戴装置12的是否正确使用的过程如下：

S110：基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置10首次上电进行自检；

S111：判断自检是否成功通过；

S112：压力传感器检测第二紧固装置126是否锁紧，如果锁紧，转下一步，否则，佩戴装置12为非正常使用，转步骤S117，进行报警；

S113：压力传感器检测第一紧固装置124是否锁紧，如果锁紧，转下一步，如果不是锁紧且距离上次非锁紧状态在时间阈值(比如1分钟)内，记录状态，转下一步，否则，佩戴装置12为非正常使用，转步骤S117，进行报警。

S114：获取第二感应标识点1228形成的空间姿态，判断获取的空间姿态是否形成有效环形部分，若是，转下一步，反之，佩戴装置12为非正常使用，属于危险状态，转步骤S117，进行报警。

S115：获取第一感应标识点1226形成的空间姿态，判断所获取的姿态是否形成有效的直线，若是，转下一步，反之，则为危险状态，转步骤S117，进行报警。

S116:判断线性部分1222和环形部分1224是否有交叉，若是，则佩戴装置12为非正常使用，转下一步，进行报警，反之，返回步骤S110，启动定时器，进行下次判断。

本发明实施例的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置运用计算机视觉技术判断出所述佩戴装置是否正确使用，并在未正确使用时发出警报，实现了安全装置的智能化、电子化，提高了安全装置的安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，其特征在于，包括：

佩戴装置，所述佩戴装置包含本体及设置在所述本体上的多个感应标识点；

摄像装置，所述摄像装置用于获取所述佩戴装置的图像；

图像分析系统，包括：

计算单元，用于处理所述图像以识别出所述多个感应标识点并确定所述多个感应标识点的第一拓扑结构；

存储单元，用于存储正确使用所述佩戴装置时所述多个感应标识点的第二拓扑结构；及

分析单元，用于比对所述第一拓扑结构与所述第二拓扑结构是否近似以判断所述佩戴装置是否正确使用，若所述第一拓扑结构与所述第二拓扑结构近似，则所述佩戴装置正确使用，否则所述佩戴装置未正确使用；及

报警装置，所述报警装置在所述佩戴装置未正确使用时发出警报；

其中，所述本体包括线性部分和环形部分，所述感应标识点包括多个沿所述线性部分分布的第一感应标识点及多个沿所述环形部分分布的第二感应标识点，所述第二拓扑结构包括：

所述第一感应标识点形成直线；

所述第二感应标识点只有一半可识别；及

所述第一感应标识点形成的直线和所述第二感应标识点形成的环状没有交叉；

所述基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置还具有自检功能，所述基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置用于执行以下步骤以进行所述自检，所述自检包括：

自检开始，读取配置参数；

所述基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置的各个部分之间连通，并读取数据，不正常的部分发送报警信息；

检测所述基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置的电源单元的电量，低电量者告警；

自检结束。

2.根据权利要求1所述的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，其特征在于，所述线性部分的一端包含第一紧固装置，用于与固定物的紧固连接；

所述线性部分的另一端和所述环形部分紧固连接，所述环形部分包含第二紧固装置。

3.根据权利要求2所述的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，其特征在于，所述第一紧固装置和所述第二紧固装置分别设置有压力传感器，用于判断所述第一紧固装置和所述第二紧固装置处于紧固状态或者自由状态以判断所述佩戴装置是否正确使用，所述佩戴装置正确使用时，所述第一紧固装置和所述第二紧固装置处于紧固状态。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，其特征在于，所述报警装置采用蜂鸣器。

5.根据权利要求4任意一项所述的基于计算机视觉的高空作业防作弊个人安全防护装置，其特征在于，所述存储单元采用非易失性存储介质，还用于存储所述第一拓扑结构的数据。