CN105094029A - 安全管理系统和方法 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
- G05B19/048—Monitoring; Safety
Abstract
本发明提供了安全管理系统和方法。该系统包括多个第一信号采集单元、多个第二信号采集单元、信号处理单元和多个本地警报单元。每个第一信号采集单元采集多个用户之一的生理参数。每个第二信号采集单元采集与多个用户之一所处的环境有关的信息。信号处理单元至少部分地基于生理参数来计算多个用户中的相应用户的疲劳值，利用疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号。每个本地警报单元响应于相应的控制信号而发出本地警报。根据本发明的实施方式，可以针对工业环境提供结构简单、设计合理、功能完备、便于操作的高可靠性的安全性系统，填补了工业领域安全管理系统中的漏洞。
Description
技术领域
[0001] 本发明的实施方式涉及智能安全保护领域，更具体地，涉及一种安全管理系统和方法。
背景技术
[0002] 随着科技的发展，现代工业领域的安全管理系统得到广泛应用，成为促进工业发展的有利推动力。然而，工业领域中一些安全隐患仍然存在，易导致重大事故的发生。大量的调查统计表明，人的不安全行为是导致安全事故的主要原因。这些不安全行为常常发生在执行需要高度集中精神的工作时，例如，在行车驾驶或高危作业环境中，由于作业人员在疲劳状态下警觉性、持续注意力、工作记忆力、判断力等能力的下降，作业人员极易出现违规操作，从而引发安全事故。在现有的用于工业领域的安全管理系统中，通过对作业人员进行定位，能够对作业人员实现实时监控，便于事故发生后快速抢救伤亡人员。但是这些手段都是滞后性的，已经造成不可避免的伤亡及重大损失，而且这些系统也缺乏对作业人员个人精神状态的实时监控，不能准确判断出作业人员的精神状态，以致精神状态欠佳的作业人员继续工作，留下很大的安全隐患。
[0003] 对于此，现有的判定疲劳的手段例如借助于捕获用户的体温、脉搏等生理体征或运动状态，或者用视频拍摄捕获用户的面部及眼部变化等视频图像来判断。然而，一方面，这些判定手段比较简单和单一化，精确度不够，容易导致误判。另一方面，由于工业环境的特殊性和复杂性，上述手段也难以直接适用于工业领域中。例如，视频拍摄手段在应用于工业环境时会受到环境的限制，致使精确度降低。再者，以往的判定疲劳的手段是针对普通用户群体的，缺乏个体针对性，容易在对作业人员判定疲劳状态时出现假阳性现象。
[0004] 此外，影响工业领域安全性的另一方面在于工业环境本身。在工业环境中往往存在一些有毒气体等影响作业人员健康。然而现有技术缺乏对这些有毒气体的灵活、方便的检测。如果检测、报告不及时，往往使得作业人员的安全遭受危害。
[0005] 由此，亟需提出一种客观、可靠、实时、以及个性化的、适用于各种工业环境的安全管理系统和方法。
发明内容
[0006] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本说明书提出如下方案。
[0007] 根据本发明实施方式的第一方面，提供了一种安全管理系统。所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、多个第二信号采集单元、信号处理单元和本地警报单元。每个所述第一信号采集单元采集所述安全管理系统的多个用户之一的生理参数。每个所述第二信号采集单元采集与所述多个用户之一所处的环境有关的信息，每个所述第二信号采集单元与所述多个第一信号采集单元之一相关联。所述信号处理单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号。所述本地警报单元响应于所述控制信号而发出本地警报。
[0008] 在一个示例性实施方式中，所述信号处理单元位于所述多个用户的远端；并且所述安全管理系统还包括位于所述多个用户的本地的多个控制单元，每个所述控制单元与所述多个第一信号采集单元之一以及所述多个第二信号采集单元之一相关联，以控制所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元之间的通信。
[0009] 在一个示例性实施方式中，每个所述控制单元还包括状态检测模块，所述状态检测模块检测所述信号处理单元与所关联的第一和第二信号采集单元之间的通信链路状态。
[0010] 在一个示例性实施方式中，每个所述控制单元包括数据存储模块和数据处理模块；所述数据存储模块存储来自于所关联的第一信号采集单元的生理参数以及来自于所关联的第二信号采集单元的与环境有关的信息；并且所述数据处理模块响应于所述通信链路状态指示所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元的通信受阻，至少部分地基于所述生理参数来计算相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据所述第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和所述第二预定策略而产生本地控制信号；以及所述本地警报单元还响应于所述本地控制信号而发出本地警报。
[0011 ] 在一个示例性实施方式中，所述数据存储模块还存储所述数据处理模块所计算的疲劳值；并且每个所述控制单元还包括数据传输模块，所述数据传输模块响应于所述通信链路状态指示所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元的通信恢复，向所述信号处理单元传输所述数据存储模块中所存储的生理参数、与所述环境有关的信息以及所述疲劳值。
[0012] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统还包括监控单元；所述监控单元从所述状态检测模块获取所述通信链路状态，以监控相应的第一和第二信号采集单元的工作状态；所述监控单元还基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
[0013] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统还包括多个第三信号采集单元，每个所述第三信号采集单元采集相应用户的动作行为参数，并且与所述多个第一信号采集单元之一相关联，并且所述信号处理单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括所述信号处理单元基于所述相应用户的所述动作行为参数及所述生理参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0014] 在一个示例性实施方式中，所述信号处理单元包括解析模块、确定模块和控制信号生成模块；所述解析模块将来自于所述信号采集单元的信息解析成适于由所述确定模块处理的数据；所述确定模块基于经解析的数据来计算所述相应用户的疲劳值并且确定与所述环境有关的信息是否满足预定标准；并且所述控制信号生成模块至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据所述第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和所述第二预定策略而产生控制信号。
[0015] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统包括训练系统，所述训练系统基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标，并且所述信号处理单元使用所述一项或多项特定于相应用户的疲劳指标作为计算相应用户的疲劳值的标准。
[0016] 根据本发明实施方式的第二方面，提供了一种安全管理系统。所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、位于所述多个用户的本地的多个控制单元、以及多个用户警报单元。每个所述第一信号采集单元采集所述安全管理系统的多个用户之一的生理参数；每个所述控制单元与所述多个第一信号采集单元之一相关联，至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略而产生本地控制信号；每个所述用户警报单元与所述多个控制单元之一相关联，并且响应于所述本地控制信号而向相应用户发出警报。
[0017] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统还包括监控单元，并且每个所述控制单元包括数据存储模块和数据传输模块；所述数据存储模块存储来自于所关联的第一信号采集单元的生理参数以及所计算的疲劳值；并且所述数据传输模块向所述监控单元传输所述数据存储模块中所存储的生理参数以及所述疲劳值；所述监控单元基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
[0018] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统还包括多个第二信号采集单元，每个所述第二信号采集单元采集相应用户的动作行为参数，并且与所述多个第一信号采集单元之一相关联，所述控制单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括所述控制单元基于所述生理参数和所述相应用户的所述动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0019] 在一个示例性实施方式中，每个所述第二信号采集单元包括本地警报模块，所述本地警报模块响应于所述本地控制信号而发出本地警报。
[0020] 在一个示例性实施方式中，每个所述控制单元与所述多个用户警报单元之一相集成。
[0021] 在一个示例性实施方式中，所述安全管理系统包括训练系统，所述训练系统基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标，并且所述控制单元使用所述一项或多项特定于相应用户的疲劳指标作为计算相应用户的疲劳值的标准。
[0022] 根据本发明实施方式的第三方面，提供了一种安全管理方法。该方法包括:采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数；采集与每个所述用户所处的环境有关的信息；至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生针对相应用户的控制信号；以及响应于所述控制信号而发出警报。
[0023] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括:采集每个所述用户的动作行为参数；以及所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0024] 在一个示例性实施方式中，产生所述控制信号的步骤包括:将所述生理参数和与所述环境有关的信息解析成具有适当格式的数据；基于经解析的数据来计算所述相应用户的疲劳值并且确定与所述环境有关的信息是否满足预定标准；以及响应于所述疲劳值超过预定阈值和/或与所述环境有关的信息不满足所述预定标准而产生所述控制信号。
[0025] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括:基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
[0026] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
[0027] 根据本发明实施方式的第四方面，提供了一种安全管理方法。该方法包括:采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数；至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略而产生针对相应用户的本地控制信号；以及响应于所述本地控制信号而向相应用户发出警报。
[0028] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括:基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别；按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序；以及针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施。
[0029] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括:采集每个所述用户的动作行为参数；以及所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0030] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括:基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
[0031] 在一个示例性实施方式中，所述方法还包括基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
[0032] 由于采用上述技术方案，本发明的有益效果如下:
[0033] 1、所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、多个第二信号采集单元、信号处理单元和多个本地警报单元；或者，所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、位于所述多个用户的本地的多个控制单元以及多个用户警报单元，这样，通过信号采集单元实时采集参数或者环境有关的信息，并通过信号处理单元或者控制单元实时处理，能够准确判断出作业人员的精神状态，通过及时报警提醒精神状态欠佳的作业人员，避免了安全隐患；另外，本发明的安全管理系统采用上述结构，结构简单使得数据能够及时传输并处理，数据处理速度快而使得报警及时，是针对工业环境提供结构简单、设计合理、功能完备、便于操作的高可靠性的安全性系统，可广泛应用于铁路、航空、核电、冶金等工业领域，实现对作业人员工作状态的控制和管理；再者，上述管理系统中，由每一个信号采集单元采集一种参数(比如，第一信号采集单元采集生理参数、第二信号采集单元采集与环境有关的参数、第三信号采集单元采集动作行为参数)，通过这种方式，功能易于固定，更加模块化以及易于扩展功能。
[0034] 2、由于所述状态检测模块实时检测所述信号处理单元与所关联的第一和第二信号采集单元之间的通信链路状态，这样，可以实时获知通信链路的通信状态，在通信受阻时通过本地的控制单元实现本地报警，在通信畅通时，通过远端的信号处理单元实现本地报警，这两种手段的结合使得报警及时且不会发生漏报。
[0035] 3、由于监控单元能够监控信号采集单元的工作状态，还按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施，这样，在作业人员未对所述警报做出反应时，及时提醒作业人员使得作业人员的安全更有保证；再者，通过对作业人员的疲劳值进行排序也可以及时获知所有作业人员的精神状态，便于对作业人员工作的安排和调度。
[0036] 3、由于将动作行为参数和生理参数相结合来计算疲劳值，这样，疲劳状态检测手段丰富且能提高检测精度；而且，动作行为参数和生理参数不受工业环境的特殊性和复杂性的限制而导致精度低的问题。
[0037] 4、由于信号处理单元包括解析模块、确定模块和控制信号生成模块，这样，该信号处理单元架构简单，数据处理速度快以使得能够及时产生报警信号。
[0038] 5、由于基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或者多项特定于用户的疲劳指标，使用所述一项或多项特定于相应用户的疲劳指标作为计算相应用户的疲劳值的标准，这样，每个用户具有自身的疲劳值，由此，疲劳判断更精确，服务更优个性化。
[0039] 本领域技术人员能够理解，上述方法技术方案也具有与安全管理系统中的相应方案的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
[0040] 通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0041] 图1示出了根据本发明实施方式第一方面的安全管理系统的框图；
[0042] 图2示出了图1中的安全管理系统的一种示意性实现；
[0043] 图3是根据一个实施方式的控制单元的组件的示意图；
[0044] 图4是根据一个实施方式的信号处理单元的组件的示意图；
[0045] 图5示出了基于图2中的示例性实现的工业生产安全管理系统的示意图；
[0046] 图6示出了在图5的工业生产安全管理系统中使用的监控和告警过程的时序图；
[0047] 图7示出了根据本发明实施方式第二方面的安全管理系统的框图；
[0048] 图8示出了图7中的安全管理系统的一种示意性实现；
[0049] 图9示出了根据本发明实施方式第三方面的安全管理方法的流程图；以及
[0050] 图10示出了根据本发明实施方式第四方面的安全管理方法的流程图。
具体实施方式
[0051] 下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。贯穿全部附图，相同或相似的标号代表相同或相似的部件。
[0052] 图1示出了根据本发明实施方式第一方面的安全管理系统100的框图。如图所示，该安全管理系统100可以包括第一信号采集单元11(^至110 n(统称为第一信号采集单元110)，第二信号采集单元12(^至120 n (统称为第二信号采集单元120)，信号处理单元130以及本地警报单元^(^至140 n(统称为本地警报单元140)。应当理解，第一信号采集单元110的数目n、本地报警单元的数目η以及第二信号采集单元110的数目η均与用户的数目相同，即针对一个用户配备一个第一信号采集单元110、一个第二信号采集单元120和一个本地警报单元140。
[0053] 每个第一信号采集单元110采集安全管理系统100的多个用户之一的生理参数。这里所称的生理参数可以例如包括脑电图(EEG，Electro Encephalo Graph)、眼电图(EOG，Electro Oculogram Graph)、心电图(Electrocard1gram，ECG)、肌电图(Electromyogram, EMG)、体温和脉搏中的至少一项。根据本发明的示例实施方式，第一信号采集单元110的布置位置根据其所需采集的参数决定、例如，当第一信号采集单元110用于采集脑电图、眼电图时，其可以被布置在头部可穿戴设备上，比如安全帽、制服帽、遮阳帽、日用帽体、头盔、发带上，仅需适配于工业环境即可。本发明在此方面不受限制。
[0054] 每个第二信号采集单元120采集与多个用户之一所处的环境有关的信息。此外，每个第二信号采集单元120与多个第一信号采集单元110之一相关联，此处的关联是指每个用户都配备有一个第二信号采集单元120和一个第一信号采集单元110。在工业环境中，往往存在一些有毒有害气体影响作业人员健康状态，而工业环境温度过高也可能对作业人员造成危害，比如说在冶金行业中。因此需要对作业人员的工作环境进行实时监测，提醒作业人员所处环境是否存在有毒气体、其浓度情况以及所处环境的温度等等与作业环境有关的信息。根据本发明的示例实施方式，与环境有关的信息包括但不限于环境的辐射信息、有害气体信息(诸如一氧化碳、硫化氢之类的有害气体或其他可燃气体的浓度)、该环境的温度以及氧气信息等等。采集方式可以是单一气体检测，也可以是多种气体同时检测，根据工业环境需求而定。在实现中，第二信号采集单元120可以通过例如头部可穿戴设备来实现，但本发明并不局限于此。其他可以采集与环境有关的信息的部件均可以用于实现该第二信号采集单元120。
[0055] 信号处理单元130至少部分地基于第一信号采集单元110所采集的生理参数来计算相应用户的疲劳值，利用该疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号。术语“至少部分地”表明信号处理单元130除了可以基于生理参数来计算用户的疲劳值之外，还可以可选地基于生理参数及其他信息来计算用户的疲劳值，例如动作行为参数(后文详述)。基于生理参数来计算用户的疲劳值可以通过现有技术中的任何可能方式来进行。在实践中，可以主要依赖于脑电图来计算用户的疲劳值。然而，依赖于前述各种生理参数的任意组合也可以计算用户的疲劳值。可以根据需要和实际情况来具体选用，本发明在此方面不受限制。
[0056] 可以理解，“利用该疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号”是指可以单独地利用用户的疲劳值并根据第一预定策略或利用与环境有关的信息和第二预定策略、或者将二者相结合来产生控制信号”。
[0057] 在一个实施例中，第一预定策略可以包括:如果用户的疲劳值连续超过预定阈值达到预定次数，则产生所述控制信号，否则不产生该控制信号。例如，可以每10秒计算一次用户的疲劳值，如果用户的疲劳值连续5次超过预定阈值(例如45)，则产生该控制信号，否则不产生该控制信号。此外，第一预定策略还可以包括:如果用户的疲劳值连续超过预定阈值达到预定次数，并且在该时间段内用户没有取消(例如手动取消)过警报，则产生该控制信号；如果用户的疲劳值连续超过预定阈值达到预定次数，但是在该时间段内用户取消(例如手动取消)过警报，则不产生该控制信号。例如，可以每10秒计算一次用户的疲劳值，如果用户的疲劳值连续5次超过预定阈值(例如45)，并且在该时间段(50秒)内用户没有取消(例如手动取消)过警报，则产生该控制信号；如果用户的疲劳值连续5次超过预定阈值(例如45)，并且在该时间段(50秒)内用户取消(例如手动取消)过警报，则不产生该控制信号。由此，可以避免频繁地产生控制信号而触发向用户发出警报，从而影响用户的正常作业。
[0058] 类似地，第二预定策略可以包括:如果与环境有关的信息不满足预定标准达到预定时间(例如2分钟)，则产生该控制信号，否则不产生该控制信号；或者，第二预定策略包括环境有关的信息在预定时间段内不满足预定标准的次数超过阈值，这表明与环境有关的信息所针对的情况在变差，必须及时让作业人员离开现场，以阈值为2且在I分钟内为例进行说明，在该分钟的第30秒时，环境有关的信息不满足预定标准；在该分钟的第40秒时，环境有关的信息仍然不满足预定标准；在该分钟的第50秒时，与环境有关的信息仍然不满足预定标准，这种情况下，就产生所述控制信号。与环境有关的信息不满足预定标准可以包括辐射超标、(一种或多种)有害气体浓度超标、温度过高或过低、氧气含量不足等等。
[0059] 另外，应当理解，第一预定策略和第二预定策略均可以根据情况来设定，并且可以在需要时进行调整，以适应工业环境的需求，本发明在此方面不受限制。此外，上述预定阈值也可以是特定于用户的个性化值(将在后文详述)。
[0060] 每个所述本地警报单元140响应于信号处理单元130所生成的相应的控制信号而发出本地警报。此处，相应的控制信号是指一个本地警报单元响应信号处理单元130针对一个用户所产生的控制信号，本地警报单元140和第一信号采集单元110和/或第二信号采集单元是一一对应的关系，比如，本地警报单元^(^响应信号处理单元针对第一个用户产生的控制信号，该用户配备有一个第一信号采集单元IlOJP—个第二信号采集单元1201;本地警报单元140 2响应第二个用户的控制信号，该用户配备有第一信号采集单元IlO2和第二信号采集单元120 2，以此类推。在根据本发明的实施方式中，本地警报是指向用户发出的警报，用于提醒用户(即作业人员)停止当前工作或离开危险环境。在实现中，可以采用多种类型的本地警报方式，包括OLED屏幕闪烁以及信息显示、蜂鸣器告警等等，从而针对工厂等噪音嘈杂环境，形成可听及可视的综合警报。
[0061] 可见，第一信号采集单元110、第二信号采集单元120、信号处理单元130以及本地警报单元140已经构成了基本的安全管理系统。虽然图1中示出的系统100还可以包括其他单元，但本领域技术人员应当理解，这些单元仅为了说明各示例性实施方式，而不作为对本发明的限制。通过该基本系统，可以在工业领域中实时、多渠道且有效地监控作业环境情况和用户的疲劳状态。与传统的方法相比，其特别适用于工业领域不同环境中，同时可具有较高的精确度。
[0062] 为了提高检测的准确度，根据本发明的示例实施方式，安全管理系统100还可以包括多个第三信号采集单元(图1中未示出)，每个第三信号采集单元用于采集安全管理系统100的一个用户的动作行为参数，并且与多个第一信号采集单元110之一相关联。这些动作行为参数包括但不限于用户的运动情况、面部变化和眼部变化(例如，眨眼频率、睁闭目艮、面部表情、慢闭眼情况等)。在实现中，第三信号采集单元可以通过陀螺仪、3D加速度计以及可能的其他设备来实现。在引入了第三信号采集单元的情况下，信号处理单元130除了基于生理参数之外、还基于第三信号采集单元所采集的相应用户的动作行为参数来计算相应用户的疲劳值。第三信号采集单元的引入使得能够进一步引入检测手段，全方位地检测作业人员的疲劳状态，提高检测的精确度。
[0063] 图2示出了安全管理系统100的示意性实现200。如图2所示，安全管理系统100的示意性实现200包括位于用户本地的终端系统21(^至210 n (统称为终端系统210)、以及位于用户远端的管理端系统220。应当理解，终端系统210的数目η与用户的数目相同，SP针对一个用户配备一个终端系统210。
[0064] 终端系统21(^至210 η包括信号采集单元240 1至240 η (统称为信号采集单元240)以及控制单元23(^至230 η(统称为控制单元230)。
[0065] 信号采集单元240可以用于实现图1中所示的第一信号采集单元110、第二信号采集单元120，以及附加的第三信号采集单元的功能。每个控制单元230与一个信号采集单元240相关联，以控制所关联的信号采集单元与管理端系统220之间的通信。
[0066] 图3是根据一个实施方式的控制单元230的组件的示意图。如图3所示，控制单元230包括身份识别模块231、状态监测模块232、数据存储模块233、数据处理模块234、数据传输模块235以及报警和显不模块236。
[0067] 身份识别模块231采用诸如RFID技术，负责识别作业人员身份。
[0068] 状态监测模块232实时检测信号采集单元240与管理端系统220之间的通信链路状态，具体的，监控所述信号采集单元的工作状态是指在信号采集单元240包括第一信号采集单元和第二信号采集单元时，检测该两个信号采集单元与信号处理单元之间的通信链路；在彳目号米集单兀240包括第一彳目号米集单兀、第二彳目号米集单兀和第二彳目号米集单兀时，检测该三个信号采集单元与信号处理单元之间的通信链路。
[0069] 数据存储模块233存储来自信号采集单元240或者云端数据中心280的数据。例如，数据存储模块233存储来自信号采集单元240的生理参数、与环境有关的信息以及所计算的疲劳值等。
[0070] 数据处理模块234响应于通信链路状态指示信号采集单元240与管理端系统220 (具体的与信号处理单元260)的通信受阻，至少部分地基于生理参数来计算用户的疲劳值，利用疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与环境有关的信息和第二预定策略而产生本地控制信号。为控制单元230配置数据处理功能能够在网络信号差或者无网络连接的情况下自主地判定环境的情况和用户的疲劳状态，使得安全管理系统100更为稳定以及报警更及时。
[0071] 数据传输模块235负责终端系统210与管理端系统220之间的数据传输(诸如W1-F1、GPRS、3G、4G等)及控制单元230与信号采集单元240之间的数据传输(诸如bluetooth、zegbee等)。例如，数据传输模块235响应于通信链路状态指示信号采集单元240与管理端系统220的通信恢复，向管理端系统220传输数据存储模块233中所存储的生理参数、与环境有关的信息以及疲劳值。应当理解，可以采取的传输方式不限于举例说明的这几种传输方式。
[0072] 报警和显示模块236可以是图1中所示的本地警报单元140，还可以是通过响应于本地控制信号而发出本地警报而作为图1所示本地警报单元140的补充的模块，比如，本地警报单元140通过声音发出警报时，该报警与现实模块236通过光和振动方式进行报警，此种情况下，达到通过声、光和振动三种方式共同报警的目的，作业人员感受明显。
[0073] 此外，控制单元230还可以可选地包括诸如电源模块和充电模块(图3中未示出)，以供信号采集单元240中的设备充电。本领域技术人员应当理解，图3中所示出的控制单元230的组件是示意性的，不能作为对本发明的限制。在实践中，可以根据需要增加或者减少组件。
[0074] 返回图2，管理端系统220包括信号处理单元260。如前所述，信号处理的功能可以在用户的远端实现。就此而言，信号采集单元240所采集的信号通过控制单元230经由网络250 (或其他信号传递方式)发送到远端的管理端系统220，从而由管理端系统220中的信号处理单元260进行处理；本领域技术人员也可以理解，在未设置控制单元230的实施例中，信号采集单元240所采集的信号可以通过其他方式发送到管理端系统220，比如，此时的第一信号采集单元240具有发送模块，该发送模块将采集的信号发送至管理端系统220。
[0075] 图4是根据一个实施方式的信号处理单元260的组件的示意图。如图4所示，信号处理单元260包括解析模块261、确定模块262和控制信号生成模块263。
[0076] 解析模块261将来自于信号采集单元240的信息解析成适于由确定模块262处理的数据。确定模块262基于经解析的数据来计算相应用户的疲劳值并且确定与环境有关的信息是否满足预定标准。控制信号生成模块263至少部分地基于生理参数来计算多个用户中的相应用户的疲劳值，利用疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号。
[0077] 本领域技术人员应当理解，图4中所示出的信号处理单元260的组件是示意性的，不能作为对本发明的限制。在实践中，可以根据需要增加或者减少组件。
[0078] 返回图2，管理端系统220还包括监控单元270。监控单元270从图3中的状态检测模块232获取信号处理单元260与信号采集单元240之间的通信链路状态，以监控信号采集单元240的工作状态。此外，监控单元270还基于每个用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照疲劳级别对疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施。例如，可以预先确定疲劳预警阈值(例如45)和告警阈值(例如70)。将小于45的疲劳值确定为清醒级别，将位于45〜70范围内疲劳值确定为中度疲劳级别，而将大于70的疲劳值确定为过度疲劳级别。接下来，可以按照过度疲劳级别、中度疲劳级别和清醒级别来对疲劳值进行排序。进一步，对于清醒级别的疲劳值采用绿色来显示，对于中度疲劳级别的疲劳值采用黄色来显示，而对于过度疲劳级别的疲劳值采用红色来显示。此外，对于采用不同颜色来显示其疲劳值的用户，监控人员可以采取不同的疲劳干预措施。例如，对于采用黄色来显示疲劳值的用户，监控人员可以例如通过发送短消息来提醒用户；对于采用红色来显示疲劳值的用户，监控人员可以例如通过打电话来提醒用户。另外，所述监控单元还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析，比如，将一个用户一个小时内的所有疲劳值生成疲劳曲线，通过该曲线，即可获知该用户在该预设时段内疲劳程度的变化趋势，进而，便于工作调度以及数据分析。
[0079] 应当理解，疲劳级别、疲劳预警阈值和告警阈值均可以根据实际情况来设定，并且可以在需要时进行调整，以适应工业环境的需求，本发明在此方面不受限制。此外，上述阈值也可以是特定于用户的个性化值(将在后文详述)。
[0080] 此外，管理端系统220还包括云端数据中心280。信号采集单元240所采集的信号可以经由网络250发送到云端数据中心280进行存储，以供后续分析和处理。此外，信号处理单元260所产生的控制信号也可以以控制消息的形式存储于云端数据中心280。
[0081 ] 另外，管理端系统220还可以包括训练系统(未示出)。该训练系统基于对每一个用户进行疲劳训练为相应用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标。为此，训练系统可以预先对用户进行疲劳训练，采集用户的疲劳数据，将疲劳数据存储于云端数据中心280中，通过对采集用户的疲劳数据进行分析而获得一项或多项疲劳指标。在
[0082] 这种情况下，信号处理单元260可以使用该一项或多项特定于用户的疲劳指标来作为计算用户疲劳值的标准。通过引入个性化的疲劳指标，除了可以大众化地检测所有用户的疲劳之外，还可以针对由于个体差异导致的异常情况进行个性化监控，降低由于个体因素导致的疲劳状态误判率，确保安全管理系统的准确性和可靠性，预防重大事故的发生。
[0083] 如图2所示的示例性实现200可以实施于工业生产安全管理系统(如冶金行业)中。图5示出了基于示例性实现200的工业生产安全管理系统500的示意图。
[0084] 在工业生产安全管理系统500中，头盔510可以实现以下功能中的至少一项:EEG采集、阻抗采集、CO浓度采集、告警提醒、蓝牙通信维护和事件上报。具体而言，头盔510中的EEG传感器511可以用于实现图1中所示的第一信号采集单元110的功能，头盔510中的CO(—氧化碳)传感器512可以用于实现图1中所示的第二信号采集单元120的功能。此外，头盔510还包括用于执行逻辑运算、顺序控制等的运行逻辑控制模块514，其内部存储有各种程序，包括用于执行初始化的程序(图5所示的初始化过程)、用于执行信号采集频率控制的程序(图5所示的频率过程)，等等。另外，头盔510还包括BLE (低功耗蓝牙)模块513，用于将所采集的EEG信号和CO浓度数据传输至随身保530 (后文详述)。
[0085] 手环520可以实现以下功能中的至少一项:3D数据采集、3D数据上报、告警提醒、告警手工取消、蓝牙通信维护和事件上报。具体而言，手环520中的3D传感器521可以用于实现前述的第三信号采集单元110的功能，即采集用户的动作行为参数，包括但不限于用户的运动情况等。此外，手环520还包括用于执行逻辑运算、顺序控制等的运行逻辑控制模块523，其内部存储有各种程序，包括用于执行初始化的程序(图5所示的初始化过程)、用于执行信号采集频率控制的程序(图5所示的频率过程)，等等。另外，手环520还包括BLE模块522，用于将所采集的3D数据传输至随身保530。
[0086] 随身保530被定义为本发明实施例中适合于工业生产环境中的便携式控制台，其可以实现以下功能中的至少一项:C0计算、3D数据接收、EEG数据接收、阻抗数据接收(EEG叠加)、阻抗检测、数据上报、身份验证、设备管理、告警管理、BLE通信维护、WIFI通信维护、本地存储、日志记录、事件和状态上报、调试以及维护。
[0087] 具体而言，随身保530包括用于执行逻辑运算、顺序控制等的运行逻辑控制模块533，其内部存储有各种程序，包括用于执行初始化的程序(图5所示的初始化过程)、用于执行信号采集频率控制的程序(图5所示的频率过程)，等等。另外，随身保530还包括用于与头盔510和手环520进行通信的BLE模块531、以及用于与监控告警服务单元540进行通信的WIFI模块532。
[0088] 监控告警服务单元540可以用于实现图2中所示的信号处理单元260和云端数据中心280的功能。具体而言，监控告警服务单元540中的以下模块用于实现信号处理单元260的功能:基础TCP通信服务模块541用于控制数据接收模块542和数据发送模块543与随身保之间的通信、数据接收模块542由基础TCP通信服务模块541控制而接收来自随身保530的EEG数据、CO数据、头盔和手环的设备状态(设备状态比如是EEG传感器和CO传感器的工作状态、设备剩余电量等)、数据发送模块543由基础TCP通信服务模块控制向随身保530和/或手环520发送控制信号以及对手环520和头盔530中的EEG传感器和CO传感器等的控制信号(电量不足时的报警、关机之类的控制信号)、缓冲器544对数据接收模块542接收的数据进行缓存、解析模块545 (相当于解析模块261)至少对EEG数据和CO数据进行解析，将解析的CO数据以及EEG传感器和CO传感器的设备状态传输至监控与告警服务逻辑模块552，解析的EEG数据传输至确定模块547和存储模块548并通过文件服务器554形成文件、缓冲器546对解析模块545解析的EEG数据进行缓存以便于存储模块548存储数据、确定模块547 (相当于确定模块262)、存储模块548存储解析模块545解析的EEG数据、文件服务器554对解析的EEG数据形成文件、计算结果消息队列549控制确定模块547和监控与告警服务逻辑模块552之间的疲劳值的传输、控制消息队列550用于控制解析模块545解析的数据向监控与高进服务逻辑模块552之间的传输、控制消息队列551用于控制监控与告警服务逻辑模块542与数据发送模块543之间的数据传输，这里的数据至少包括所述控制信号、用于控制手环的控制信号以及用于控制随身保的控制信号(这里的控制信号至少包括在随身保和手环电量不足等情况下关机的控制信号)、监控与告警服务逻辑模块552 (相当于控制信号生成模块263)至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号。此外，监控告警服务单元540中的数据库(DB)服务器553用于实现云端数据中心280的功能。手环520和/或随身宝530用于实现所述本地警报单元140的功能。
[0089] 监控终端560可以用于实现图2中所示的监控单元270的功能。具体而言，监控终端560包括用于输入的活动消息队列(Active Message Queue，AMQ) 561、用于输出的活动消息队列562、以及监控应用系统管理模块563。
[0090] 图6示出了在图5的工业生产安全管理系统500中使用的监控和告警过程600的时序图。过程600包括系统常规运行过程610，采集、传输、计算及监控过程620，CO超标告警过程630，后台告警指示过程640，以及前端设备取消告警过程650。
[0091] 在系统常规运行过程610中，随身保530通过检测心跳来确定头盔510和手环520是否已经连接到随身保530。在检测到心跳后，随身保530通过图5所示的WIFI模块532将心跳数据发送到监控告警服务单元540，从而与之建立连接。随后，随身保530检测头盔510、手环520与监控告警服务单元540之间的通信链路状态，并将所检测的通信链路状态以设备状态报告的形式发送至监控告警服务单元540。监控告警服务单元540随后将所接收的设备状态报告经由AMQ561传送至监控终端560，以便监控终端560监控头盔510和手环520的工作状态。具体的，通信链路状态以设备状态报告的形式发送至数据接收模块542，然后由后续模块进行各自模块的处理后通过监控与服务逻辑模块552发送至监控终端 560。
[0092] 在采集、传输、计算及监控过程620中，手环520将所采集的用户的3D数据上报至随身保530，随身保530随后将3D数据上报至监控告警服务单元540的基础TCP通信服务模块541，然后该单元540中的其他模块进行相应处理(比如，监控告警服务单元540随后将所接收的3D数据存储到监控告警服务单元540本地的文件服务器554中、将3D数据传输至确定模块547等等)。类似地，头盔510将所采集的EEG信号上报至随身保530，随身保530随后将其上报至监控告警服务单元540。此外，头盔510还将所采集的CO浓度数据上报至随身保530，随身保530随后将其上报至监控告警服务单元540，监控告警服务单元540继而将其经由AMQ 561传送至监控终端560，以便监控终端560对用户的工作环境进行实时监控。另外，由于CO浓度数据是用于指示用户的工作环境优劣的重要数据，因此监控告警服务单元540还将CO浓度数据经由AMQ 561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。
[0093] 此外，在采集、传输、计算及监控过程620中，监控告警服务单元540还基于所接收的3D数据来检测用户所执行的动作，并且将动作检测结果经由AMQ 561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。再者，监控告警服务单元540还基于所接收的EEG信号检测用户的疲劳状态以及计算用户的疲劳值，并且将疲劳检测结果(疲劳值)经由AMQ 561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。
[0094] 在CO超标告警过程630中，响应于所接收的CO浓度数据超过预定阈值，监控告警服务逻辑单元540中的逻辑与告警服务逻辑模块552产生本地控制信号，即CO超标告警信号，在一种实施方式中，随身宝530响应该本地控制信号而发出本地警报，在其他的实施方式中，手环520也可以响应该本地控制信号发出本地警报；还将CO超标告警信号以控制消息的形式上报至监控告警服务单元540。监控告警服务单元540继而将该控制消息经由AMQ561上报至监控终端560，以便于监控人员采取紧急措施。此外，监控告警服务单元540还将该控制消息经由AMQ 561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。
[0095] 在后台告警指示过程640中，监控告警服务单元540中的确定模块547基于头盔510所采集的EEG信号来计算用户的疲劳值，利用疲劳值并根据第一预定策略而产生控制信号、即图6所示的疲劳告警信号)。随后，监控告警服务单元540的数据发送模块543以及基础TCP通信服务模块541将所产生的疲劳告警信号传送至随身保530。随身保530响应于该疲劳告警信号而产生本地控制信号，并且随身保530中的报警和显示模块236可以发出例如声和/光形式的本地警报。此外，随身保530还将该疲劳告警信号传送至手环520。手环520中可内置微型马达，该微型马达可以响应于该疲劳告警信号而产生振动，以提醒用户，达到发出本地警报的效果。此外，监控告警服务单元540还将所产生的疲劳告警信号经由AMQ 561传送至监控终端560。监控告警服务单元540还将该疲劳告警信号经由AMQ561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。
[0096] 在前端设备取消告警过程650中，手环520上可设置有告警取消模块(未示出)，从而在手环520上的微型马达产生振动后，用户可以操作以取消告警。响应于用户执行取消告警操作，手环520可以以事件报告的形式将其上报至监控告警服务单元540，监控告警服务单元540继而可以将该事件报告上报至监控终端560，并且经由AMQ561和DB访问服务程序555传送至DB服务器553进行存储，以便于后续分析。
[0097] 图7示出了根据本发明实施方式第二方面的安全管理系统700的框图。如图所示，该安全管理系统700可以包括第一信号采集单元了^^至710 n(统称为第一信号采集单元710)，位于安全管理系统700的多个用户的本地的控制单元7201至720 n (统称为控制单元720)，以及用户警报单元7301至730 n (统称为用户警报单元730)。应当理解，第一信号采集单元710的数目n、控制单元720的数目η以及用户警报单元730的数目η均与用户的数目相同，即针对一个用户配备一个第一信号采集单元710、一个控制单元720以及一个用户警报单元730。
[0098] 每个第一信号采集单元710采集安全管理系统700的多个用户之一的生理参数。如前所述，该生理参数可以例如包括脑电图(EEG，Electro Encephalo Graph)、眼电图(EOG，Electro Oculogram Graph)、心电图(Electrocard1gram，ECG)、肌电图(Electromyogram, EMG)、体温和脉搏中的至少一项。根据本发明的示例实施方式，第一信号采集单元710可以根据其所需采集的参数而被布置在例如头部可穿戴设备以及身体可穿戴设备中的至少一项上。例如，当第一信号采集单元710用于采集脑电图、眼电图时，其可以被布置在头部可穿戴设备上，比如安全帽、制服帽、遮阳帽、日用帽体、头盔、发带上，仅需适配于工业环境即可。当第一信号采集单元710用于采集心电图和肌电图时，其可以被布置在诸如胸带式设备之类的身体可穿戴设备上。
[0099] 每个控制单元720与一个第一信号采集单元710相关联(此处关联是指每个用户配备一个第一信号采集单元和一个控制单元)，至少部分地基于第一信号采集单元710所采集的生理参数来计算相应用户的疲劳值，利用该疲劳值并根据第一预定策略而产生本地控制信号。术语“至少部分地”表明控制单元720除了可以基于生理参数来计算用户的疲劳值之外，还可以可选地基于其他信息来计算用户的疲劳值，例如动作行为参数(后文详述)。基于生理参数来计算用户的疲劳值可以通过现有技术中的任何可能方式来进行。在实践中，可以主要依赖于脑电图来计算用户的疲劳值。然而，依赖于前述各种生理参数的任意组合也可以计算用户的疲劳值。可以根据需要和实际情况来具体选用，本发明在此方面不受限制。
[0100] 如前所述，第一预定策略可以根据情况来设定，并且可以在需要时进行调整，以适应工业环境的需求，本发明在此方面不受限制。此外，上述预定阈值也可以是特定于用户的个性化值(将在后文详述)。
[0101] 每个用户警报单元730与一个控制单元720相关联，并且响应于控制单元720所产生的本地控制信号而向相应用户发出警报。此处关联是指针对一个用户配备一个控制单元720以及一个用户警报单元730。所述相应用户发出警报是指用户报警单元、控制单元和第一信号采集单元是一一对应的关系，一个用户警报单元只对相应与之对应的控制单元720产生的控制信号。在实现中，用户警报单元730可以通过在可穿戴设备上配置报警与显示模块来实现多种类型的报警方式，包括振动警示、OLED屏幕闪烁以及信息显示、蜂鸣器告警等等，从而针对火车、工厂等噪音嘈杂环境，形成体感、可听及可视的综合报警。在具体的示例中，譬如可以在头部可穿戴设备上设置声/光报警；在手部可穿戴设备内置微型实时振动报警提醒，同时采用OLED显示屏便于佩戴者及时查看相关信息，等等。
[0102] 为了提高检测的准确度，根据本发明的示例实施方式，安全管理系统700还可以包括多个第二信号采集单元(图7中未示出)，每个第二信号采集单元用于采集安全管理系统700的相应用户的动作行为参数，并且与多个第一信号采集单元710之一相关联(关联是指每个用户配备一个第一信号采集单元710和一个第二信号采集单元)。这些动作行为参数包括但不限于用户的运动情况、面部变化和眼部变化(例如，眨眼频率、睁闭眼、面部表情、慢闭眼情况等)。在实现中，第二信号采集单元可以通过陀螺仪、3D加速度计之类的设备来实现。在引入了第二信号采集单元的情况下，控制单元720除了基于生理参数之外、还基于第二信号采集单元所采集的相应用户的动作行为参数来计算相应用户的疲劳值。第二信号采集单元的引入使得能够进一步引入检测手段，全方位地检测作业人员的疲劳状态，提高检测的精确度。
[0103] 图8示出了安全管理系统700的示意性实现800。如图8所示，安全管理系统700的示意性实现800包括位于用户本地的终端系统81(^至810 n (统称为终端系统810)、以及位于用户远端的管理端系统820。应当理解，终端系统810的数目η与用户的数目相同，SP针对一个用户配备一个终端系统810。
[0104] 在一个实施方式中，终端系统81(^至810 „包括第一信号采集单元830 1至830 η (统称为第一信号采集单元830)、控制单元84(^至840 η(统称为控制单元840)、以及第二信号采集单元85(^至850 η (统称为第二信号采集单元850);在某一些实施方式中，终端系统810也包括83(^至830 η(统称为第一信号采集单元830)、控制单元84(^至840 η(统称为控制单元 840)ο
[0105] 第一信号采集单元830可以用于实现图7中所示的第一信号采集单元710的功能。第二信号采集单元850可以用于采集安全管理系统700的相应用户的动作行为参数，并且与一个第一信号采集单元830相关联。此处，关联是指一个用户配备有一个第一信号采集单元830和一个第二信号采集单元850。
[0106] 每个控制单元840与一个第一信号采集单元830以及一个第二信号采集单元850相关联，此处关联是指每个用户配备一个第一信号采集单元830和一个第二信号采集单元850。控制单元840至少部分地基于第一信号采集单元830所采集的生理参数和第二信号采集单元850所采集的动作行为参数来计算相应用户的疲劳值，利用该疲劳值并根据第一预定策略而产生本地控制信号。
[0107] 在图8所示的实现中，每个所述第二信号采集单元850中还包括本地警报模块，其响应于控制单元840所产生的本地控制信号而发出本地警报，向相应用户发出警报。
[0108] 此外，每个控制单元840还可以包括数据存储模块(未示出)和数据传输模块(未示出)。该数据存储模块存储来自于所关联的第一信号采集单元830的生理参数以及所计算的疲劳值。该数据传输模块通过网络860向管理端系统820传输该数据存储模块中所存储的生理参数以及疲劳值。
[0109] 另外，每个控制单元840与所述多个用户警报单元之一相集成，其响应于控制单元840所生成的本地控制信号而发出本地警报。在实现中，可以采用多种类型的警报方式，包括OLED屏幕闪烁以及信息显示、蜂鸣器告警等等，从而针对工厂等噪音嘈杂环境，形成可听及可视的综合警报。
[0110] 管理端系统820包括监控单元870。监控单元870从控制单元840接收每个用户的疲劳值，基于每个用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照该疲劳级别对疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；另外，所述监控单元还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析，比如，将一个用户一个小时内的所有疲劳值生成疲劳曲线，通过该曲线，即可获知该用户在该预设时段内疲劳程度的变化趋势，进而，便于工作调度以及数据分析。
[0111] 例如，可以预先确定疲劳预警阈值(例如45)和告警阈值(例如70)。将小于45的疲劳值确定为清醒级别，将位于45〜70范围内疲劳值确定为中度疲劳级别，而将大于70的疲劳值确定为过度疲劳级别。接下来，可以按照过度疲劳级别、中度疲劳级别和清醒级别来对疲劳值进行排序。进一步，对于清醒级别的疲劳值，监控单元870采用绿色来显示，对于中度疲劳级别的疲劳值采用黄色来显示，而对于过度疲劳级别的疲劳值采用红色来显示。此外，对于采用不同来显示其疲劳值的用户，监控人员可以采取不同的疲劳干预措施。例如，对于采用黄色来显示疲劳值的用户，监控人员可以例如通过发送短消息来提醒用户；对于采用红色来显示疲劳值的用户，监控人员可以例如通过打电话来提醒用户。
[0112] 应当理解，疲劳级别、疲劳预警阈值和告警阈值均可以根据实际情况来设定，并且可以在需要时进行调整，以适应工业环境的需求，本发明在此方面不受限制。
[0113] 此外，管理端系统820还包括云端数据中心880。信号采集单元830和850所采集的信号以及控制单元840所计算的疲劳值可以经由网络860发送到云端数据中心880进行存储，以供后续分析和处理。此外，控制单元840所产生的控制信号也可以以控制消息的形式存储于云端数据中心880。
[0114] 另外，管理端系统820还可以包括训练系统(未示出)。该训练系统基于对每个所述用户的疲劳训练为每个用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标。为此，训练系统可以预先对用户进行疲劳训练，采集用户的疲劳数据，将疲劳数据存储于云端数据中心880中，对这些数据进行分析而获得一项或多项特定于用户的疲劳指标。在这种情况下，控制单元840可以使用该一项或多项特定于用户的疲劳指标来作为计算用户疲劳值的标准。
[0115] 如图8所示的示例性实现800可以实施于在诸如铁路行业之类的行车安全智能管理系统中。在行车安全智能管理系统的示例中，图8中的终端系统810可以实现为铁路机车系统，而管理端系统820可以实现为铁路地面系统。控制单元840可以实现为车载控制器(也可以称之为车载台)；第一信号采集单元830可以实现为能够采集脑电信号的安全保，也可以如前述头盔中EEG传感器及与该EEG传感器相配套的诸如蓝牙传输模块之类的模块来实现，第二信号采集单元850可以实现为安全手表(可以如前述的手环来实现)，该安全手表具备采集动作行为参数的功能，也具备由本地报警模块实现的报警功能，这种报警功能包括但不限于振动。
[0116] —种典型的车载控制器可以具有如下功能:身份识别功能；一组BT4.0模块，与安全保/安全手表之间进行有效通信；可切换式WIFI/3G/4G模块设计，将数据传至云端数据中心；LED显示屏，警报信息及后方指令直观显示；电源适配器，随车充电，简单方便；大容量数据存储模块，冗余设计(专为偏僻路线定制)；以及预留的Micro USB充电接口，可为安全保/安全手表充电。在本文中，术语“安全保”被定义为本发明实施例中应用于工业环境中的一种实用功能部件，其包括以下中的一项或多项功能:(1)对脑电信号实时进行高精度采集；(2)内置BT4.0模块，与车载控制器之间实时数据通信；(3)抽换式/嵌入式可充电锂电池，Micro USB充电接口 ；以及(4)多种类型报警方式(例如具有声/光报警功能)。安全保可以和不同的帽子组合形成头部可穿戴设备。术语“安全手表”被定义为本发明实施例中应用于工业环境中的手表，其可以内置有陀螺仪和3D加速度计，对佩戴者进行动作识别；并内置微型马达实时振动报警提醒。此外，安全手表还可以具有OLED显示屏便于佩戴者及时查看相关信息、嵌入式可充电锂电池、Micro USB充电接口以适配于工业环境，并内置BT4.0无线模块，以便与控制器之间进行实时数据通讯。
[0117] 图9示出了根据本发明实施方式第三方面的安全管理方法900的流程图。
[0118] 如图9所示，方法900在开始以后，首先进到步骤S910，采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数。接着，方法900进到步骤S920，采集与每个用户所处的环境有关的信息。接下来，方法900进到步骤S930，至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生针对相应用户的控制信号。此后，方法900进到步骤S940，响应于所述控制信号而发出警报。
[0119] 在一个示例性实施方式中，方法900还包括:采集每个所述用户的动作行为参数；以及所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0120] 在一个示例性实施方式中，产生所述控制信号的步骤包括:将所述生理参数和与所述环境有关的信息解析成具有适当格式的数据；基于经解析的数据来计算所述相应用户的疲劳值并且确定与所述环境有关的信息是否满足预定标准；以及响应于所述疲劳值超过预定阈值和/或与所述环境有关的信息不满足所述预定标准而产生所述控制信号。
[0121] 在一个示例性实施方式中，方法900还包括:为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
[0122] 图10示出了根据本发明实施方式第四方面的安全管理方法1000的流程图。
[0123] 如图10所示，方法1000在开始以后，首先进到步骤S1010，采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数。接着，方法1000进到步骤S1020，至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略而产生针对相应用户的本地控制信号。此后，方法1000进到步骤S1030，响应于所述本地控制信号而向相应用户发出警报。
[0124] 在一个示例性实施方式中，方法1000还包括:基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别；按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序；以及针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施。
[0125] 在一个示例性实施方式中，方法1000还包括:采集每个所述用户的动作行为参数；以及所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
[0126] 在一个示例性实施方式中，方法1000还包括:为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
[0127] 应当理解，方法900中的步骤可以通过分别参考图1至6所描述的系统来执行，而方法1000中的步骤可以通过分别参考图7至8所描述的系统来执行。因此，上文结合图1至8描述的特征同样适用于方法900和1000，并且具有同样的效果，具体细节不再赘述。
[0128] 上文已经结合若干具体实施方式阐释了本发明的精神和原理。根据本发明的在工业生产中确定用户疲劳状态的方法和系统相对于现有技术具有诸多优点。例如，本发明通过采用集成化、模块化的设计，结构简单、设计合理、操作方便、系统稳定性高。此外，本发明功能完备，不仅能够监控作业人员疲劳状态，还能方便、灵活地监控工业作业环境内有毒气体浓度、环境温度。辐射信息和氧气信息等，判断作业环境是否安全。再者，本发明能够全方位、多手段、实时检测出作业人员的疲劳状态，综合运用多种手段进行信号采集，包括脑电图、眼电图、视频拍摄、脉搏、运动状态、体温、心电图和肌电图等，能够精确地进行疲劳状态评判，提醒作业人员当前状态，合理安排疲劳作业人员休息，减少作业人员的人为失误，填补了工业领域安全管理系统中的漏洞。另外，本发明的实用性广，通过疲劳实验训练系统，预先采集作业人员的疲劳特征，不仅能够大众化监测所有作业人员的疲劳状况，还能针对由于个体差异导致的异常情况进行个性化监控，从而准确判断出每个作业人员的疲劳状况，降低由于个体因素导致的疲劳状态误判率，从而确保了安全管理系统中作业人员疲劳检测的准确性和可靠性，同时也预防已经处于疲劳状态的作业人员进入作业区作业，预防重大事故的发生。而且，本发明的应用性强，对所有作业人员信息形成数据库，监管者可以通过监控中心服务器快速查询作业人员状态，预防由于作业人员疲劳而导致的重大事故，同时以防由于作业人员人数众多导致的监控遗漏，及时对处于异常状态的作业人员采取相应措施。综上所述，本发明结构简单、设计合理、功能完备、操作便捷、易于管理、可靠性高、稳定性好、实时性强、实用性广、个体针对性强，避免了与现有技术中的评判疲劳状态指标单一、个体针对性不强、防范措施欠妥、受工作环境限制大等相联系的一系列问题。在现今及以后的工业领域安全管理中具有很大的应用价值，便于推广使用。
[0129] 应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0130] 应当注意，尽管在上文详细描述中提及了系统的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。
[0131] 此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
[0132] 虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。
Claims (25)
1. 一种安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、多个第二信号采集单元、信号处理单元和多个本地警报单元，其中， 每个所述第一信号采集单元采集所述安全管理系统的多个用户之一的生理参数； 每个所述第二信号采集单元采集与所述多个用户之一所处的环境有关的信息，每个所述第二信号采集单元与所述多个第一信号采集单元之一相关联； 所述信号处理单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生控制信号； 每个所述本地警报单元响应于相应的所述控制信号而发出本地警报。
2.根据权利要求I所述的安全管理系统，其特征是：所述信号处理单元位于所述多个用户的远端；并且 所述安全管理系统还包括位于所述多个用户的本地的多个控制单元，每个所述控制单元与所述多个第一信号采集单元之一以及所述多个第二信号采集单元之一相关联，以控制所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元之间的通信。
3.根据权利要求2所述的安全管理系统，其特征是：每个所述控制单元还包括状态检测模块，所述状态检测模块实时检测所述信号处理单元与所述信号采集单元之间的通信链路状态。
4.根据权利要求3所述的安全管理系统，其特征是：每个所述控制单元包括数据存储模块和数据处理模块； 所述数据存储模块存储来自于所关联的第一信号采集单元的生理参数以及来自于所关联的第二信号采集单元的与环境有关的信息；并且 所述数据处理模块响应于所述通信链路状态指示所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元的通信受阻，至少部分地基于所述生理参数来计算相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据所述第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和所述第二预定策略而产生本地控制信号；以及 所述本地警报单元还响应于所述本地控制信号而发出本地警报。
5.根据权利要求4所述的安全管理系统，其特征是：所述数据存储模块还存储所述数据处理模块所计算的疲劳值；并且 每个所述控制单元还包括数据传输模块，所述数据传输模块响应于所述通信链路状态指示所关联的第一和第二信号采集单元与所述信号处理单元的通信恢复，向所述信号处理单元传输所述数据存储模块中所存储的生理参数、与所述环境有关的信息以及所述疲劳值。
6.根据权利要求3所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统还包括监控单元; 所述监控单元从所述状态检测模块获取所述通信链路状态，以监控所述信号采集单元的工作状态；所述监控单元还基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
7.根据权利要求I所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统还包括多个第三信号采集单元，每个所述第三信号采集单元采集相应用户的动作行为参数，并且与所述多个第一信号采集单元之一相关联， 并且所述信号处理单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括所述信号处理单元基于所述相应用户的所述动作行为参数及所述生理参数来计算所述相应用户的疲劳值。
8.根据权利要求I所述的安全管理系统，其特征是：所述信号处理单元包括解析模块、确定模块和控制信号生成模块； 所述解析模块将来自于所述信号采集单元的信息解析成适于由所述确定模块处理的数据； 所述确定模块基于经解析的数据来计算所述相应用户的疲劳值并且确定与所述环境有关的信息是否满足预定标准；并且 所述控制信号生成模块至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据所述第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和所述第二预定策略而产生控制信号。
9.根据权利要求I所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统包括训练系统，所述训练系统基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标， 并且所述信号处理单元使用所述一项或多项特定于相应用户的疲劳指标作为计算相应用户的疲劳值的标准。
10. 一种安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统包括多个第一信号采集单元、位于所述多个用户的本地的多个控制单元以及多个用户警报单元，其中， 每个所述第一信号采集单元采集所述安全管理系统的多个用户之一的生理参数； 每个所述控制单元与所述多个第一信号采集单元之一相关联，至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略而产生本地控制信号； 每个所述用户警报单元与所述多个控制单元之一相关联，并且响应于所述本地控制信号而向相应用户发出警报。
11.根据权利要求10所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统还包括监控单元，并且每个所述控制单元包括数据存储模块和数据传输模块； 所述数据存储模块存储来自于所关联的第一信号采集单元的生理参数以及所计算的疲劳值；并且 所述数据传输模块向所述监控单元传输所述数据存储模块中所存储的生理参数以及所述疲劳值； 所述监控单元基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
12.根据权利要求10所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统还包括多个第二信号采集单元，每个所述第二信号采集单元采集相应用户的动作行为参数，并且与所述多个第一信号采集单元之一相关联， 所述控制单元至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括所述控制单元基于所述生理参数和所述相应用户的所述动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
13.根据权利要求12所述的安全管理系统，其特征是：每个所述第二信号采集单元包括本地警报模块，所述本地警报模块响应于所述本地控制信号而发出本地警报。
14.根据权利要求I或13所述的安全管理系统，其特征是：每个所述控制单元与所述多个用户警报单元之一相集成。
15.根据权利要求10所述的安全管理系统，其特征是：所述安全管理系统包括训练系统，所述训练系统基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标， 并且所述控制单元使用所述一项或多项特定于相应用户的疲劳指标作为计算相应用户的疲劳值的标准。
16. 一种安全管理方法，包括： 采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数； 采集与每个所述用户所处的环境有关的信息； 至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略和/或利用与所述环境有关的信息和第二预定策略而产生针对相应用户的控制信号；以及 响应于所述控制信号而发出警报。
17.根据权利要求16所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括： 采集每个所述用户的动作行为参数；以及 所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
18.根据权利要求16所述的安全管理方法，其特征是：产生所述控制信号的步骤包括： 将所述生理参数和与所述环境有关的信息解析成具有适当格式的数据； 基于经解析的数据来计算所述相应用户的疲劳值并且确定与所述环境有关的信息是否满足预定标准；以及 响应于所述疲劳值超过预定阈值和/或与所述环境有关的信息不满足所述预定标准而产生所述控制信号。
19.根据权利要求16所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括： 基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及 使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
20.根据权利要求16所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
21.—种安全管理方法，包括： 采集安全管理系统的多个用户中的每个用户的生理参数； 至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值，利用所述疲劳值并根据第一预定策略而产生针对相应用户的本地控制信号；以及 响应于所述本地控制信号而向相应用户发出警报。
22.根据权利要求21所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括： 基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别； 按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序；以及 针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施。
23.根据权利要求21所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括： 采集每个所述用户的动作行为参数；以及 所述至少部分地基于所述生理参数来计算所述多个用户中的相应用户的疲劳值包括基于相应用户的生理参数和动作行为参数来计算所述相应用户的疲劳值。
24.根据权利要求21所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括： 基于对每个所述用户的疲劳训练为每个所述用户建立一项或多项特定于相应用户的疲劳指标；以及 使用所述一项或多项特定于所述相应用户的疲劳指标作为确定所述相应用户的疲劳状态的标准。
25.根据权利要求21所述的安全管理方法，其特征是：所述方法还包括：所述方法还包括基于每个所述用户的疲劳值来确定相应用户的疲劳级别，按照所述疲劳级别对所述疲劳值进行排序，并且针对不同的疲劳级别采用不同的颜色来显示所述疲劳值，以指示监控人员采取不同的疲劳干预措施；还对每个所述用户在预设时段的疲劳值生成疲劳趋势曲线以便进行疲劳趋势分析。
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