CN106383463A - 一种基于安全帽的施工环境监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于安全帽的施工环境监测系统及方法，该系统包括搭载有环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置及警报装置的安全帽、数据存储服务器及监测管理处理器。本发明通过定位装置及环境监测传感器实时获得工人作业地点信息及环境监测信息，并通过无线传输装置将数据传送至数据存储服务器中，监测管理处理器实时将其同步至BIM模型中进行直观展示。根据预设的报警规则，当环境监测指标中的一项或多项指标超过安全值，或者工人在超出安全环境阈值的环境下工作时间超过规定时间，系统可以通过安全帽上的警报装置自动进行报警，提示现场施工工人离开作业环境。

Description

一种基于安全帽的施工环境监测系统及方法
技术领域
本发明属于工程环境监测领域，更具体地，涉及一种基于安全帽的施工环境监测系统及方法。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，它具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点，但是目前的BIM模型只用于模拟建筑模型的建筑信息。
根据事故致因理论，安全事故是由于人的不安全行为、机(物)和环境的不安全状态以及人-机(物)-环境的不协调所致。环境因素是导致人的不安全行为的重要因素之一。工人作业的环境因素，如温度、湿度、噪声、有害气体等若超过了工人身体承受的限制，不仅会损害工人的身体健康，并且会增加安全风险。
发明内容
针对现有技术的缺失，本发明旨在建立一种有效的监测手段，对工人的作业环境进行实时监测，不仅可以提示施工人员目前环境状况不适宜开展作业，也可以协助管理人员及时采取相应的管理措施降低对工人的影响。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于安全帽的施工环境监测系统，包括：安全帽本体、环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置、警报装置、数据存储服务器、监测管理处理器，环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置以及警报装置搭载在安全帽本体上；
环境监测传感器、定位装置的输出端连接数据转换装置，警报装置的输入端连接数据转换装置，数据转换装置连接无线传输装置，无线传输装置连接监测管理处理器，监测管理处理器连接数据存储服务器，数据存储服务器中存有BIM模型、环境安全规则；
环境监测传感器用于实时检测周围的环境信息，定位装置用于实时定位；数据转换装置用于将环境信息、定位信息转换为统一格式的数字信号，无线传输装置用于实时将转换后的数字信号发送至监测管理处理器；监测管理处理器用于将获取的环境信息和定位信息实时输入到数据存储服务器的BIM模型中将环境信息、定位信息、BIM模型三者进行关联，并与环境安全规则进行比较，根据比较得出的结果通过无线传输装置发送报警控制指令给警报装置。
进一步地，警报装置包括AR眼镜，AR眼镜的输入端连接无线传输装置，监测管理处理器将比较得出的结果通过无线传输装置发动至AR眼镜进行显示。
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)安全帽实时监测工人所在位置及该位置周围的环境信息；
(2)数据转换装置将上述位置信息和环境信息转换为数字信号，实时通过无线网络传输至监测管理处理器；
(3)监测管理处理器将位置信息和环境信息实时更新至BIM模型中，并将位置信息、环境信息、BIM模型三者进行关联；
(4)监测管理处理器调取与上述位置信息对应的系统预设安全规则，并将环境信息与系统预设安全规则进行对比，判断是否需要报警，如果需要报警，则通过无线网络传输控制警报装置发出报警信息。
进一步地，步骤(4)中，预设环境监测指标安全阈值，当监测管理处理器比较的结果是某项指标超出安全阈值时则通过无线网络传输控制警报装置发出报警信息；
或者，预设安全阈值及超过安全阈值时的最长工作时间，当处理器比较得出某项环境监测指标超过设定的安全阈值时，开始计时，若工人在当前超出安全阈值的环境下持续工作时间达到了监测管理处理器设定的最长工作时间，则监测管理处理器控制安全帽进行报警；若在设定的最长工作时间内检测到环境指标回到安全阈值内，则停止计时。
进一步地，步骤(3)中，位置信息、环境信息实时在BIM模型中显示。
进一步地，步骤(4)中，环境信息与系统预设安全规则的对比结果实时在BIM模型中显示。
进一步地，监测管理处理器将时间信息关联存储到BIM模型中，在BIM模型中实时显示当前工人所处位置周围的环境信息，并且通过折线图的形式显示过去时间该位置的环境信息变化情况。
进一步地，警报装置包括AR眼镜，AR眼镜的输入端连接无线传输装置，步骤(4)中，监测管理处理器将比较得出的结果通过无线传输装置发动至AR眼镜进行显示。
与现有技术相比，本发明的一种基于安全帽的施工环境监测系统及方法具有如下有益效果：
该系统集成BIM模型，可以通过实时读取数据存储服务器中的定位信息及环境信息将其更新至BIM模型中，在BIM模型中实时显示工人当前所处工作地点及周围实时环境状况，并根据预设的安全规则判断当前工作环境是否危险，从而及时发出警报信息，降低环境因素造成工程事故的概率；同时监控管理人员也可以通过BIM模型中实时显示的工人当前所处工作地点及周围环境的实时状况，实时了解工人当前的工作状态，及时采取相应的管控措施。
附图说明
图1是该系统的构成示意图；
图2是系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明一种施工环境监测安全帽，包括：安全帽本体、环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置、警报装置、后台数据存储器、监测管理处理器，环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置以及警报装置搭载在安全帽本体上；环境监测传感器、定位装置的输出端连接数据转换装置，警报装置的输入端连接数据转换装置，数据转换装置连接无线传输装置，无线传输装置连接监测管理处理器，监测管理处理器连接后台数据存储器。警报装置包括AR眼镜，警报装置发出声音或闪光进行报警并将具体的警报信息通过AR眼镜进行实时显示，以便工人根据具体的警报信息及时调整自己的行为。
基于上述安全帽，本发明一种基于安全帽的施工环境监测系统，包括：安全帽本体、环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置、警报装置、后台数据存储服务器、监测管理处理器，环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置以及警报装置搭载在安全帽本体上。
环境监测传感器、定位装置的输出端连接数据转换装置，警报装置的输入端连接数据转换装置，数据转换装置连接无线传输装置，无线传输装置连接监测管理处理器，监测管理处理器连接数据存储服务器，数据存储服务器中存有BIM模型、环境安全规则。
环境监测传感器实时检测周围的环境信息，定位装置实时定位，环境信息和定位信息实时通过数据转换装置转换为统一格式的数字信号发送至监测管理处理器，监测管理处理器将获取的环境信息和定位信息实时输入到后台数据存储服务器的BIM模型中将环境信息、定位信息、BIM模型三者进行关联，并与环境安全规则进行比较，监测管理处理器根据比较得出的结果通过无线传输装置发送报警控制指令给警报装置。报警控制指令可以通过数据转换装置解码后传递给警报装置，或者直接发送给警报装置。
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)安全帽实时监测工人所在位置及该位置周围的环境信息；
(2)数据转换装置将上述位置信息和环境信息转换为数字信号，实时通过无线网络传输至监测管理处理器；
(3)监测管理处理器将位置信息和环境信息实时更新至BIM模型中，并将位置信息、环境信息、BIM模型三者进行关联；
(4)监测管理处理器调取与上述位置信息对应的系统预设安全规则，并将环境信息与系统预设安全规则进行对比，判断是否需要报警，如果需要报警，则通过无线网络传输控制警报装置发出报警信息。
具体地，步骤(4)中，预设环境监测指标安全阈值，当监测管理处理器比较的结果是某项指标超出安全阈值时则通过无线网络传输控制警报装置发出声音或闪光或文字警报信息，警报装置也可以根据超标内容发出具体的相关语音提示；
或者，在一些特定施工场合或施工过程中，环境状况的改变只是暂时的，比如电焊会使周围温度或者有害气体含量暂时性的升高，但是电焊暂停或结束时周围温度或有害气体含量就会迅速下降，则应避免安全帽频繁报警以免干扰工人正常的施工。此时可以预设安全阈值及超过安全阈值时的最长工作时间，当处理器比较得出某项环境监测指标超过设定的安全阈值时，开始计时，若工人在当前超出安全阈值的环境下持续工作时间达到了监测管理处理器设定的最长工作时间，则监测管理处理器控制安全帽进行报警；若在设定的最长工作时间内检测到环境指标回到安全阈值内，则停止计时。
作为进一步的优化，为便于管理人员的实时监管和现场调度，步骤(3)中，位置信息、环境信息实时在BIM模型中显示。步骤(4)中，环境信息与系统预设安全规则的对比结果实时在BIM模型中显示。
为便于管理人员及时了解工人周围环境的历史环境信息，及时发现异常或了解异常原因以便于临场指挥调度，监测管理处理器将时间信息关联存储到BIM模型中，在BIM模型中实时显示当前工人所处位置周围的环境信息，并且通过折线图的形式显示过去时间该位置的环境信息变化情况。
如图2所示，下面以一个具体案例来对本发明的工作流程进行详细的说明。
(1)工人穿戴本发明所述的安全帽进入施工现场，准备对某大型钢构件进行电焊操作，安全帽上的传感器实时监测当前工作环境信息，包括温度、湿度、噪音、粉尘、有害气体等。并且通过定位装置获取工人工作位置。
(2)安全帽上数据转换装置将传感器的模拟信号转换为数字信号，并通过串口通信协议对信号进行编码转换为统一格式后通过无线传输装置将数据传送至后台数据服务器中。
(3)监测管理处理器通过读取数据服务器中的数据，将工人定位数据及环境信息更新至BIM模型中。BIM模型中实时呈现工人工作地点及工作地点的环境信息。
(4)监测管理处理器根据模型中设定的安全阈值进行判断，是否启动警报装置。在该工人正式开始电焊之前，监测管理处理器通过比较发现该工人所处位置周围粉尘和有害气体含量均超标(超过预设的安全阈值)，监管人员在显示器上通过查看BIM模型中该位置的历史数据折线图，发现近期每天这个时间，该位置的粉尘和有害气体含量均超标，经检查发现原来是每天这个时间，旁边都有喷涂作业，产生的粉尘和有害气体扩散到此处。于是虽然还没到达安全规则预设的最长工作时间，监管人员仍及时下达指令，要求该工人更改焊接作业时间，避开该时间点。监管人员可以语音下达指令，也可以操作处理器，控制警报装置将指令输出到AR眼镜上供工人实时查看。
(5)避开周围喷涂作业的时间点以后，该工人重新回到电焊施工现场，监测管理处理器并未发现环境异常，该工人正常开始电焊，周围温度和有害气体含量在电焊影响下均逐渐升高，计时启动，由于该钢构件体积较大，该工人不知不觉连续焊接时间过长，超过预设的最长工作时间，警报装置启动，发出声音或闪光报警，同时在AR眼镜上显示“连续焊接时间过长，周围温度和有害气体含量超标”。该工人即暂停电焊操作，暂离该位置。
(6)过段时间后该工人返回原位置，发现没有触发警报，说明周围环境已经恢复正常，然后继续工作。由于有了上次的经验，该工人已经知道该如何掌控电焊的节奏，从而安全操作，避免触发警报。
在该案例中，也可以由监管人员语音提示来替代在AR眼镜上显示提示信息，监管人员根据现场及周边情况发出的调度信息也可以实时在AR眼镜上进行显示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于安全帽的施工环境监测系统，其特征在于，包括：安全帽本体、环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置、警报装置、数据存储服务器、监测管理处理器，环境监测传感器、定位装置、数据转换装置、无线传输装置以及警报装置搭载在安全帽本体上；
环境监测传感器、定位装置的输出端连接数据转换装置，警报装置的输入端连接数据转换装置，数据转换装置连接无线传输装置，无线传输装置连接监测管理处理器，监测管理处理器连接数据存储服务器，数据存储服务器中存有BIM模型、环境安全规则；
环境监测传感器用于实时检测周围的环境信息，定位装置用于实时定位；数据转换装置用于将环境信息、定位信息转换为统一格式的数字信号，无线传输装置用于实时将转换后的数字信号发送至监测管理处理器；监测管理处理器用于将获取的环境信息和定位信息实时输入到数据存储服务器的BIM模型中将环境信息、定位信息、BIM模型三者进行关联，并与环境安全规则进行比较，根据比较得出的结果通过无线传输装置发送报警控制指令给警报装置。
2.如权利要求1所述的一种基于安全帽的施工环境监测系统，其特征在于,警报装置包括AR眼镜，AR眼镜的输入端连接无线传输装置，监测管理处理器将比较得出的结果通过无线传输装置发动至AR眼镜进行显示。
3.基于权利要求1所述的施工环境监测系统的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)安全帽本体上的定位装置和环境监测传感器实时监测工人所在位置及该位置周围的环境信息；
(2)数据转换装置将上述位置信息和环境信息转换为数字信号，实时通过无线网络传输至监测管理处理器；
(3)监测管理处理器将位置信息和环境信息实时更新至BIM模型中，并将位置信息、环境信息、BIM模型三者进行关联；
(4)监测管理处理器调取与上述位置信息对应的系统预设安全规则，并将环境信息与系统预设安全规则进行对比，判断是否需要报警，如果需要报警，则通过无线网络传输控制警报装置发出报警信息。
4.如权利要求3所述的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于,步骤(4)中，预设环境监测指标安全阈值，当监测管理处理器比较的结果是某项指标超出安全阈值时则通过无线网络传输控制警报装置发出报警信息；
或者，预设安全阈值及超过安全阈值时的最长工作时间，当处理器比较得出某项环境监测指标超过设定的安全阈值时，开始计时，若工人在当前超出安全阈值的环境下持续工作时间达到了监测管理处理器设定的最长工作时间，则监测管理处理器控制安全帽进行报警；若在设定的最长工作时间内检测到环境指标回到安全阈值内，则停止计时。
5.如权利要求3所述的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于,步骤(3)中，位置信息、环境信息实时在BIM模型中显示。
6.如权利要求3～5任意一项所述的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于,步骤(4)中，环境信息与系统预设安全规则的对比结果实时在BIM模型中显示。
7.如权利要求6所述的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于,监测管理处理器将时间信息关联存储到BIM模型中，在BIM模型中实时显示当前工人所处位置周围的环境信息，并且通过折线图的形式显示过去时间该位置的环境信息变化情况。
8.如权利要求7所述的一种基于安全帽的施工环境监测方法，其特征在于,警报装置包括AR眼镜，AR眼镜的输入端连接无线传输装置，步骤(4)中，监测管理处理器将比较得出的结果通过无线传输装置发动至AR眼镜进行显示。
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