CN106527701A - 一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，包括智能头盔和智能工作服，智能头盔包括头盔控制系统，以及与头盔控制系统分别连接的高清摄像头、补光灯、通信用麦克风、骨传导耳机、第一电源和第二扩展接口，智能工作服包括智能工作服控制系统，以及与智能工作服控制系统分别连接的检修照明灯、触控显示屏、GPS模块、温湿度传感模块、ZigBee模块、3G/4G移动通信模块、智能手机接口、WiFi模块、第二电源和第二扩展接口，该设备便携智能，保障作业安全、标准，提高了工作效率。

Description

一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备

技术领域

本发明涉及风电场运维测量监控领域，具体涉及一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备。

背景技术

随着能源行业信息化建设不断深入，信息化系统的使用已融入到日常工作中，但与信息化水平迅速发展不匹配的是在现场工作基本还保持着传统的纸质记录、电话联系的工作模式，由此带来了工作效率的低下和工作量的增加，与信息化的建设目标还有着不小的差距。

近年来，在移动技术的迅猛发展下，移动应用相关的移动终端硬件技术、安全加密技术、3G/4G网络覆盖、基础信息化数据等技术均已成熟，具备了提高现场工作信息化水平，同时有利于挖掘信息数据在业务应用方面的技术潜力。

与此同时，可穿戴设备逐渐走向真正的市场化成功，不仅具备各种复杂的功能，而且发展出了大量的实际应用。可穿戴设备指可直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件里的一种便携式设备。它集成了多媒体、传感器和无线通信等技术，通过APP支持、数据交互、云端交互可以实现强大的功能，常见的可穿戴设备产品包括：智能眼镜、智能耳机、智能手表、智能手环、交互式衣服等，但是目前并没有专门针对应用于风电机组运维时使用的，并且智能化程度高、操控简便，效率高的智能可穿戴设备。

此外，风电机组运维是一项艰苦的工作，经常需要长时间的作业，在保证工作效率的同时也必须考虑作业人员的劳累以及舒适程度，而现有的设备长时间工作的话往往伴随着温度的升高，对作业人员的影响较大，现有技术中并没有考虑这一点专门针对作业人员设计优化的智能可穿戴设备。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，其具有便携性而且能够保持数据在线，既能在现场进行各种数据检测并且离线存储，也能与远程运维中心进行双向通信，即可以在现场进行实时状态监测，也能够通过网络实现远程专家诊断，更重要的一点，能够保证工作人员在舒适的工作条件下进行长时间的工作。

此外，本发明的目的还在于克服现有技术的不足，在保证作业的同时，提供大量现场数据，为电力公司的管理、分析和决策提供实时、准确的海量数据支撑，为生产作业一线人员提供基于行为告警的智能化作业工具，保障作业安全、标准、高效、智能，为可穿戴设备智能感知交互与业务融合的一体化系统、成果应用和新业务培育提供基础，为可穿戴设备智能化应用系统建设和新的生产、运营和管理方式产生提供有益支持。

本发明提供了一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，包括智能头盔和智能工作服：

智能头盔包括头盔控制系统，以及与头盔控制系统分别连接的高清摄像头、补光灯、通信用麦克风、骨传导耳机、第一电源和第二扩展接口；头盔控制系统控制其内部各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息按照一定协议编码打包传输，并且进行第一电源管理；

智能工作服包括智能工作服控制系统，以及与智能工作服控制系统分别连接的检修照明灯、触控显示屏、GPS模块、温湿度传感模块、ZigBee模块、3G/4G移动通信模块、智能手机接口、WiFi模块、第二电源和第二扩展接口；

智能工作服控制系统控制其内部各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息在触控显示屏上进行显示以及将数据编码打包传输，并且进行第二电源管理；

其中，高清摄像头和补光灯内部分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于测量高清摄像头内部的温度，第二温度传感器用于测量第一温度传感器内部的温度；

头盔控制系统分别还与第一温度传感器和第二温度传感器连接，用于控制第一、二温度传感器按照变化的周期依次采集第一温度值和第二温度值，还用于计算比较第一温度值和第一阈值，以及第二温度值和第二阈值，并且控制高清摄像头和补光灯满足：

当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值小于第二阈值时降低高清摄像头的采集频率和功率，提高补光灯的功率；

当第二温度值大于或等于第二阈值，且第一温度值小于第一阈值时降低补光灯的功率，提高高清摄像头的采集频率和功率；

当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值大于或等于第二阈值时，同时降低高清摄像头的采集频率和功率，以及补光灯的功率。

优选地，检修照明灯以可拆卸的方式布置在工作服手腕部位。

优选地，触控显示屏设置在工作服小臂上侧。

优选地，所述当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值大于或等于第二阈值时，同时降低高清摄像头的采集频率和功率，以及补光灯的功率满足：

其中，T₁、T₂分别表示第一温度值和第二温度值，f₁和P₁分别为降低的高清摄像头的采集频率和功率的百分比，P₂为降低补光灯的功率的百分比。

优选地，检修照明灯为LED灯。

优选地，还包括风机传感器，ZigBee模块和风机传感器连接，获得风机运行参数。

优选地，风机传感器采集信号包括非电气信号和数字信号。

优选地，非电气信号为风电机组振动、风速、温湿度。

优选地，数字信号为视频和/或音频。

优选地，智能头盔和智能工作服通过各自的扩展接口连接。

本发明的应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，可以实现：

智能化：实现基于行为告警的可穿戴技术和电力现场作业的融合，会在很大程度上改变电力现场作业模式，解放人们的手脚和头脑，带来新的工作模式，优化决策方式。随着可穿戴设备在电力作业的实用化，将为电力企业带来新一轮的管理创新。

标准化：按设备巡视“三标两控”(巡视路径标准化、巡视内容标准化、巡视记录标准化、巡视时间控制、巡视到位控制)和电力公司巡视、维修、试验统一规范的要求，划分现场设备管理区域、标示现场设备、确定巡视路线及巡视、维修、试验标准，建立现场作业标准化管理。

规范化：每个工作人员在作业标准的指导下完成变电站、线路、风机的巡视和维修作业，保证设备状态的正常运行，将规范化管理落实到日常工作中。

流程化：可穿戴技术辅助变电站、线路和风机的巡视和维修信息处理走上计算机管理的轨道，使管理工作高效、设备信息数值化，实现巡视、维修、试验人员到位率和现场作业的监督与统计；实现缺陷全过程的标准化管理。

设备远程智能诊断：实现设备巡视、维修、试验数据的查询、统计、分析和决策的功能，数据化分析设备的状态，准确描述数据的变化趋势，实现对设备状态全面、细致的掌握，通过设备的状态评估制定维修策略。

远程专家实施支持：在现场作业、巡检过程中遇到通过个体、远程智能诊断不能解决的问题时，可以通过智能穿戴的多媒体功能实时联网或预约远方相关专家，协助远程诊断。

更重要的一点，可以实时的调整设备运行功率和频率，从而降低头盔温度，提高作业人员的舒适度，提高工作效率。

附图说明

图1智能可穿戴设备的总体结构示意图

图2智能可穿戴设备中智能头盔结构示意图

图3智能可穿戴设备中智能工作服结构示意图

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，如附图1-3所示，包括智能头盔、智能工作服两个部分。可穿戴设备根据具体运维任务要求提供各种不同方式的使用，既可单独使用，也可组合成套使用。其中，智能头盔具有视频图像采集传输、语音双向传输功能。智能头盔在消防头盔的基础上设置头盔控制系统、高清摄像头、补光灯、通信用麦克风、骨传导耳机、电源和扩展接口组成：头盔控制系统控制各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息按照一定协议编码打包传输，并且进行电源管理；高清摄像头和补光灯完成图像采集和传输功能，补光灯还可以作为工作光源使用，高清摄像头采用高分辨率高强度抗压耐磨镜头，补光灯能够达到保证在夜晚或黑暗处的视频效果。通信用麦克风和骨传导耳机完成现场与后方的语音通话功能，方便现场情况汇报、后方指挥与调度，其中麦克风具有高强度防风除噪功效，骨传导耳机可在嘈杂的环境中确保声音的收听效果。智能工作服具有视频图像采集传输、现场数据信息采集与传输、数据与图像显示、3G/4G移动网络通信、智能手机接入通信以及检修照明和大容量电源功能。智能工作服在电力作业工作服的基础上设置智能工作服控制系统、检修照明灯、触控显示屏、GPS模块、温湿度传感模块、ZigBee模块、3G/4G移动通信模块、智能手机接口、WiFi模块、大容量电源和扩展接口组成；智能工作服控制系统控制各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息在显示屏上进行显示以及将数据编码打包传输，并且进行电源管理；检修照明灯布置在工作服手腕部位，设置成可拆卸式，方便在各种环境下完成检修照明、现场状况采集任务，其中检修照明灯采用LED技术确保灯光强度并节能省电。ZigBee模块可以和风机的传感器网络连接，获得风机运行参数。触控显示屏放置在工作服小臂上侧，采用工业级高强度抗压耐磨玻璃，可以显示ZigBee模块提供低成本低功耗的通讯，获取的风机工作参数。智能手机接口方便与各种智能设备相互集成，可以和智能手机进行连接，利用手机网络进行通信。GPS模块实现全球定位，获得工作人员位置信息。温湿度传感器为物理型传感器，可以获得现场的温湿度环境参数。WiFi模块可充分利用现有WiFi网络，在头盔控制系统的控制下将现场图像，语音与各种参数信息传输给风机现场的无线路由器。3G/4G移动通信模块充分利用网络传输数据，可以通过移动网络进行所有数据通信。大容量电源和扩展接口为超长待机和续航时间提供保障。智能头盔、智能工作服中的扩展接口提供了智能头盔、智能工作服与外部器件的传输接口，并且也提供自身智能头盔、智能工作服之间的传输接口，还提供与其他智能头盔间、智能工作服间以及智能头盔和智能工作服间的传输接口，为它们之间的通讯提供一种便捷的通讯方式。控制系统为主要核心，承担整个的功能控制作用，一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，其通信多样化，既能采用无线通信方式，也能采用有线通信方式，数据传输更灵活方便。

对于作业人员而言，长时间的佩戴头盔本身就是舒服，而且因为智能头盔中还设置有电子器件，尤其是高清摄像头和补光灯，在作业的过程中会产生热量，尤其是长时间的作业的时候，而温度的提高直接作用于作业人员的头部，头部会因为热发生眩晕、恶心等一些症状，不但使得作业时间受到限制，在一定程度上还会对作业人员的生命安全产生威胁，因此，高清摄像头和补光灯内部分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于测量高清摄像头内部的温度，第二温度传感器用于测量第一温度传感器内部的温度，通过设置温度传感器来实时的掌控头部发热电子器件的实时温度状态，做出合理优化的调整后，就可以保证工作人员佩戴智能头盔的舒适程度，避免危险，提高工作效率。具体而言，头盔控制系统分别还与第一温度传感器和第二温度传感器连接，用于控制第一、二温度传感器按照变化的周期依次采集第一温度值和第二温度值，还用于计算比较第一温度值和第一阈值，以及第二温度值和第二阈值，并且控制高清摄像头和补光灯满足：当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值小于第二阈值时降低高清摄像头的采集频率和功率，提高补光灯的功率；

当第二温度值大于或等于第二阈值，且第一温度值小于第一阈值时降低补光灯的功率，提高高清摄像头的采集频率和功率；

当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值大于或等于第二阈值时，同时降低高清摄像头的采集频率和功率，以及补光灯的功率，并且满足：

其中，T1、T2分别表示第一温度值和第二温度值，f1和P1分别为降低的高清摄像头的采集频率和功率的百分比，P2为降低补光灯的功率的百分比。

其中，数据的传输遵循ZigBee协议、802.11b协议、RS-485协议、TCP/IP协议等通信协议。可穿戴设备具备便携性而且能够保持数据在线，既能在现场进行各种数据检测并且离线存储，也能与远程运维中心进行双向通信。即可以在现场进行实时状态监测，也能够通过网络实现远程专家诊断。

本发明能够实现状态监测、健康评价、指标监控、实时报警等。其中，状态监测功能是对设备的当前运行状态进行监控和勘测；健康评价功能是对设备模拟成人类健康的方式的评价；指标监控功能是对某些关键或关注指标进行重点监控；实时报警功能是对某些数值或指标设置限制，使其超过或触发某些条件时进行报警通知。

本发明涉及风电场运维工作领域，具体涉及一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，包括：智能头盔、智能工作服两个部分。可穿戴设备根据具体运维任务要求提供各种不同方式的使用，既可单独使用，也可组合成套使用。其中，智能头盔具有视频图像采集传输、语音双向传输功能。智能头盔在消防头盔的基础上设置头盔控制系统、高清摄像头、补光灯、通信用麦克风、骨传导耳机、电源和扩展接口组成：头盔控制系统控制各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息按照一定协议编码打包传输，并且进行电源管理；高清摄像头和补光灯完成图像采集和传输功能，补光灯还可以作为工作光源使用。通信用麦克风和骨传导耳机完成现场与后方的语音通话功能，方便现场情况汇报、后方指挥与调度。智能工作服具有视频图像采集传输、现场数据信息采集与传输、数据与图像显示、3G/4G移动网络通信、智能手机接入通信以及检修照明和大容量电源功能。智能工作服在电力作业工作服的基础上设置智能工作服控制系统、检修照明灯、触控显示屏、GPS模块、温湿度传感模块、ZigBee模块、3G/4G移动通信模块、智能手机接口、WiFi模块、大容量电源和扩展接口组成；智能工作服控制系统控制各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息在显示屏上进行显示以及将数据编码打包传输，并且进行电源管理；检修照明灯布置在工作服手腕部位，设置成可拆卸式，方便在各种环境下完成检修照明、现场状况采集任务。ZigBee模块可以和风机的传感器网络连接，获得风机运行参数。触控显示屏放置在工作服小臂上侧，可以显示ZigBee模块获取的风机工作参数。智能手机接口可以和智能手机进行连接，利用手机网络进行通信。GPS模块获得工作人员位置信息。温湿度传感器可以获得现场的温湿度环境参数。WiFi模块在头盔控制系统的控制下将现场图像，语音与各种参数信息传输给风机现场的无线路由器。3G/4G移动通信模块可以通过移动网络进行所有数据通信。扩展接口提供与智能头盔间的数据与电源传输接口，USB接口以及预留设备接口。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备，包括智能头盔和智能工作服，其特征在于：

智能头盔包括头盔控制系统，以及与头盔控制系统分别连接的高清摄像头、补光灯、通信用麦克风、骨传导耳机、第一电源和第二扩展接口；头盔控制系统控制其内部各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息按照一定协议编码打包传输，并且进行第一电源管理；

智能工作服包括智能工作服控制系统，以及与智能工作服控制系统分别连接的检修照明灯、触控显示屏、GPS模块、温湿度传感模块、ZigBee模块、3G/4G移动通信模块、智能手机接口、WiFi模块、第二电源和第二扩展接口；

智能工作服控制系统控制其内部各传感、通信模块的工作情况，将各项数据信息在触控显示屏上进行显示以及将数据编码打包传输，并且进行第二电源管理；

其中，高清摄像头和补光灯内部分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于测量高清摄像头内部的温度，第二温度传感器用于测量第一温度传感器内部的温度；

头盔控制系统分别还与第一温度传感器和第二温度传感器连接，用于控制第一、二温度传感器按照变化的周期依次采集第一温度值和第二温度值，还用于计算比较第一温度值和第一阈值，以及第二温度值和第二阈值，并且控制高清摄像头和补光灯满足：

当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值小于第二阈值时降低高清摄像头的采集频率和功率，提高补光灯的功率；

当第二温度值大于或等于第二阈值，且第一温度值小于第一阈值时降低补光灯的功率，提高高清摄像头的采集频率和功率；

当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值大于或等于第二阈值时，同时降低高清摄像头的采集频率和功率，以及补光灯的功率。

2.如权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于：检修照明灯以可拆卸的方式布置在工作服手腕部位。

3.如权利要求2所述的智能可穿戴设备，其特征在于：触控显示屏设置在工作服小臂上侧。

4.如权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于：所述当第一温度值大于或等于第一阈值，且第二温度值大于或等于第二阈值时，同时降低高清摄像头的采集频率和功率，以及补光灯的功率满足：

$\left(\frac{T_1-36}{T_1}\right)\×0.3=P_1$

$\left(\frac{T_1-36}{T_1}\right)\×0.2=f_1$

$\left(\frac{T_2-36}{T_2}\right)\×0.35=P_2$

其中，T₁、T₂分别表示第一温度值和第二温度值，f₁和P₁分别为降低的高清摄像头的采集频率和功率的百分比，P₂为降低补光灯的功率的百分比。

5.如权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于：检修照明灯为LED灯。

6.如权利要求1所述的智能可穿戴设备，其特征在于：还包括风机传感器，ZigBee模块和风机传感器连接，获得风机运行参数。

7.如权利要求6所述的智能可穿戴设备，其特征在于：风机传感器采集信号包括非电气信号和数字信号。

8.如权利要求7所述的智能可穿戴设备，其特征在于：非电气信号为风电机组振动、风速、温湿度。

9.如权利要求7或8所述的智能可穿戴设备，其特征在于：数字信号为视频和/或音频。

10.如权利要求1-9任一项所述的智能可穿戴设备，其特征在于：智能头盔和智能工作服通过各自的扩展接口连接。