CN106647543B - 一种安全帽的智能管控系统及方法 - Google Patents

一种安全帽的智能管控系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种安全帽的智能管控系统及方法,工人在施工过程中佩戴装有定位芯片、实时监控、超前预报监测、语音对讲等功能的安全帽,大大提高施工过程的安全性,便于沟通,提升施工效率。特别是一旦在施工过程中发生意外,救援人员通过定位芯片快速找到遇险人员;超前预报检测功能针对靠近危险区域的施工人员进行安全提醒,减少危险的发生。

Description

一种安全帽的智能管控系统及方法
技术领域
本发明是基于GPRS定位及无线语音通信的智能安全帽管控系统,适用于工程领域对工作人员的安全监管。
背景技术
安全帽是防御人体头部不受外来物体击打和伤害的防护用品,是建筑施工、隧道涵洞施工、矿山开采、高空作业等必备的量大面广的护品,它与安全带、安全网并称为安全生产的“三件宝”。安全帽在施工安全起到了很重要的作用,但是针对安全帽的技术创新面临安全帽科技含量不高,缺少重大技术突破和创新。
随着制造工艺的提高,以及得益于材料领域的迅猛发展,安全帽本身的坚固性能无须怀疑。然而,借助于安全帽对工人进行的实时、动态监管,却显得较为薄弱。
发明专利CN201610592753.5提出了一种多功能安全帽,该安全帽具有吸汗、电力存储、照明、面部防护、蓝牙耳机、过滤式呼吸灯诸多功能。上述专利仅仅是安全帽功能的简单扩充、叠加,并没有将安全管理的概念和技术融入其中。
发明专利CN201610620893.9提出了一种智能安全帽,该安全帽具有无限通讯功能,以及摄像头,能够传输拍摄的照片或视频。上述专利虽然扩展了安全帽与管理平台的信息交互功能,然而并没有建立良好的、全面的管理方法,在实际应用过程中难以起到很好的管理效果。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷,本发明提出了一种安全帽的智能管控系统及方法。本发明通过如下的技术方案实现:
一种安全帽的智能管控系统,所述智能管控系统包括:安全帽管理系统服务器、监控中心、通讯设备、智能安全帽、施工人员。
其中的监控中心,包括监控终端和监控中心管理员,监控中心通过监控终端连接至安全帽管理系统服务器。
所述的施工人员至少为1个,各施工人员佩戴智能安全帽,通过通讯设备接入安全帽管理系统服务器。作为一种选择,所述的通讯设备采用包括GPRS或AIGPRS方式在内的通讯方式。
进一步的,所述的施工人员,指需要进入现场的一切人员,如施工员、监理、管理人员、参观人员等等。
所述的智能安全帽,其包括安全帽,安全帽内设有电源管理模块、915M读写模块、无线语音模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块。
其中的电源管理模块给无线语音模块、915M读写模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块供电,天线分别连接915M读写模块、无线语音模块,还分别连接SD卡存储模块和GPRS模块。
作为一种选择,整套设计基于ARM7的超高频读写模块,完美融入到特制的安全帽中,采用锂电池供电,具有体积小、质量稳定、性能可靠、功耗较低。
作为一种选择,无线语音模块采用2.4G无线语音模块。
进一步的,通过上述智能安全帽,构建了基于无线语音模块的双向语音系统。当施工监控管理平台(或者安全帽管理系统服务器,或者监控中心)要对现场施工人员进行工作部署时,即可通过该模块与现场施工人员进行语音通话。控制中心能下达施工指令,现场人员能够反馈施工现场情况。
本发明还包括另一个技术方案,该技术方案可以是独立的技术方案:
一种安全帽的智能管控系统,所述的系统包括ARM7模块、电源控制模块、AS3991射频收发芯片、GPRS模块、SD卡、巴伦(平衡-不平衡变压器)、低通滤波器、耦合器、衰减网络、天线。所述的ARM7模块为核心模块,其分别单独连接电源控制模块、SD卡、AS3991射频收发芯片、GPRS模块,所述的ARM7模块与AS3991射频收发芯片进行双向交互,其中的AS3991射频收发芯片依次连接巴伦(平衡-不平衡变压器)、低通滤波器、耦合器、天线、GPRS模块,所述的耦合器与AS3991射频收发芯片之间还依次连接衰减网络、另一个巴伦(平衡-不平衡变压器)。
进一步的,作为一种选择,可以将设备上贴有RFID等类型的专用标签,通过如下的方法进行人员管控:在安装有RFID的施工现场,该智能安全帽的佩戴者进入施工现场后,RFID阅读器实时接收有源RFID标签发出的信息,并通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能将信息传递至项目部数据分析平台(或者监控中心,或者监控终端),显示该佩戴者的个人信息和位置信息。如果进入未安装RFID设备的野外区域,即可通过GPRS进行位置定位,并报告后台服务系统。同时,系统在关键危险区域也可以安装RFID相关设备,当施工人员抵达危险区域时,即可通过智能安全帽对施工人员提供声光报警,提醒施工人员迅速撤离或小心作业。
整个过程需要借助以下设备完成:智能安全帽、RFID、存储设备,以及后台管理系统。所述的存储设备可以是智能安全帽自带的SD卡,也可以是另配备的存储设备,也可以是网络存储空间。所述的后台管理系统,可以是单独研发的后台,也可以是安全帽的智能管控系统中的安全帽管理系统服务器和/或监控中心,和/或监控终端。
进一步的,所述的的智能管控系统还包括:头围测量模块。所述的头围测量模块整体呈环状,安装在安全帽半圆状轮廓体的边缘内侧,所述的边缘内侧位置与佩戴者的头部边缘最大径处接触。
所述的头围测量模块紧固在安全帽之上,具体的可以为一种伸缩带,所述的伸缩带上具有尺寸信息,如带有尺寸信息的条码,或带有长度信息的编码,在伸缩带伸缩过程中,伸缩带接触的读码器读取编码,并且通过微处理器处理,将编码换算成长度信息,也可以进一步换算成头围尺寸代码(如1号,2号……18号……等等)。微处理器控制无线发射器将上述长度信息或者头围尺寸代码发送给监控中心,监控中心将反馈的数据与存储的数据进行匹配,并根据匹配结果确定下一步行为。
所述的头围测量模块也可以是一种弹性环,如一种拉簧,根据弹性环的受力(使用测力传感器测量得到)来测量和计算佩戴者的头围。
监控中心的信息包括佩戴者的头围,如果实际使用者的头围与存储的头围不一致,将会反馈给监控中心,同时安全帽语音提示工人向中心汇报,注意安全。
所述的佩戴者的头围信息是记录在工人的属性之中的,所述的属性是可以根据需要进行设定和修改的,如60.5mm,也可以设定为一个合适的范围,如55.3-56.1mm,诸如此类。
进一步的,所述的的智能管控系统还包括:安全锁具。所述的安全锁具具有多种功能,(1)挂,通过安全锁具的一端,将安全帽挂着墙上,墙上仅需设有诸如钉子的突出部位即可;(2)天线,所述安全锁具的整体为金属结构,套有螺旋的信号接收线,利于信号的收发;所述的天线可以是单独的一个天线,也可以是前述的技术方案中的天线,也可以集合其他信息接收和/或发射功能。(3)安全锁,能够防止安全帽被盗用或者误用,实现精准管理。
如附图5所示,安全锁具的具体结构包括:主体1、螺旋信号线2、左端头3、右端头4、固定端子5、锁6以及配套钥匙7。
所述的主体1一端闭合一端不闭合,为硬质的材料构成,诸如钢、铁、铜等坚硬的金属,所述的材料应当不影响信号的收发;所述的螺旋信号线2缠绕在主体1上,形成信号收发的结构。在安全帽上具有左右两个耳:安全帽左耳8、安全帽右耳9,用于固定安全锁。整个安全锁具具有左右两端,包括左端头3、右端头4。
使用方法为:将靠近右端头4的主体不闭合的一部分打开(该部分可以绕轴旋转),穿过安全帽右耳9,同时将左端头3的凹部卡向/抵靠在安全帽左耳8上,然后将主体不闭合的一端的自由端插入锁6的孔中,使用钥匙7将锁6锁好。
上述安全锁具,通过合理的配置锁具的尺寸,使得当锁6锁上时,锁具无法从安全帽左右耳中取出,从而实现安全帽的上锁。
所述的固定端子5包括两部分:固定杆、螺纹段,固定杆是实现从右端头4到螺纹段的过度,螺纹段具有螺纹,所述螺纹段与安全帽上的螺纹孔适配。
当安全锁具被打开时,将锁具通过固定端子的螺纹段固定到安全帽上的螺纹孔中,使安全锁具成为一个天线。
为了实现精准安全防护,采用了如下的措施或方法,融入到整个方法之中:
(1)定位:正确的时段出现在正确的位置、区域;位置不对进行播报提醒,并通知控制中心;控制中心中包含工人的作业信息(日程安排);
(2)防戴错功能:基于头围测量和防盗锁;状态异常则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(3)信息核对功能:工人携带射频信息卡,实现与射频信息的核对,如信息异常,则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(4)控制中心通过语音播报通知工人安全提醒信息,工人通过安全帽上相应的语音功能,或者若干按钮,向控制中心反馈自身状态,重点反馈异常状态;实现工人与控制中心的双向信息交互。
通过上述的技术方案,实现对施工等工作场所各种工作人员的全方位、精准监控,还能实现信息互动,这是现有技术无法达到的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是安全帽的智能管控系统的架构图;
图2是安全帽内主体模块示意图;
图3是安全帽的智能管控系统的通信原理图;
图4是安全帽的智能管控系统的信号流转图;
图5是安全帽的智能管控系统的安全锁具结构示意图。
附图标记:主体----1、螺旋信号线----2、左端头----3、右端头----4、固定端子----5、锁----6、钥匙----7、安全帽左耳----8、安全帽右耳----9。
具体实施方式
以下将参照附图,通过实施例方式详细地描述本发明提供的系统及其工作方法。在此需要说明的是,对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。
本文中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,单独存在B,同时存在A和B三种情况,本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系,表示可以存在两种关系,例如,A/和B,可以表示:单独存在A,单独存在A和B两种情况,另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
主要介绍本发明的安全帽的智能管控系统的主体结构。
如附图1,安全帽的智能管控系统,包括:安全帽管理系统服务器、监控中心、通讯设备、智能安全帽、施工人员。其中的监控中心包括监控终端和监控中心管理员,监控中心通过监控终端连接至安全帽管理系统服务器。所述的施工人员至少为1个,各施工人员佩戴智能安全帽,通过通讯设备接入安全帽管理系统服务器。所述的通讯设备采用包括GPRS或AIGPRS方式在内的通讯方式。
智能安全帽作为一个数据采集和传输终端,需要配合服务器管理系统才能够发挥出最大的作用。通过安全帽的智能管控系统,能够对施工人员的设备佩戴和使用情况进行监控和统计,更能发挥人员定位、数据采集和施工实时管控等要求。
进一步的,所述的施工人员,指需要进入现场的一切人员,如施工员、监理、管理人员、参观人员等等。
实施例二
本实施例是在前述实施例1的基础上进行的,主要介绍本发明的安全帽的智能管控系统的智能安全帽结构。
如附图2所示,智能安全帽,其包括安全帽,安全帽内设有电源管理模块、915M读写模块、无线语音模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块,其中的电源管理模块给无线语音模块、915M读写模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块供电,天线分别连接915M读写模块、无线语音模块,还分别连接SD卡存储模块和GPRS模块。整套设计基于ARM7的超高频读写模块,完美融入到特制的安全帽中,采用锂电池供电,具有体积小、质量稳定、性能可靠、功耗较低。
作为一种选择,无线语音模块采用2.4G无线语音模块。
进一步的,通过上述智能安全帽,构建了基于无线语音模块的双向语音系统。当施工监控管理平台(或者安全帽管理系统服务器,或者监控中心)要对现场施工人员进行工作部署时,即可通过该模块与现场施工人员进行语音通话。控制中心能下达施工指令,现场人员能够反馈施工现场情况。
实施例三
本实施例是在前述实施例1或2的基础上进行的,主要介绍本发明的安全帽的智能管控系统的实现原理和使用方法。
施工人员在施工过程中对设备的使用,以及施工人员是否在岗、是否到达指定施工区域或施工设备周围等,相关施工过程数据的采集是否符合进行科学施工管理的必要条件,都可以借助本发明的安全帽的智能管控系统实现。
如附图3所示,是本发明的安全帽的智能管控系统的实现原理,根据该附图,其也可以提供一套不同于前述实施例1-2的单独的实施例,可以是独立的技术方案。
所述的系统包括ARM7模块、电源控制模块、AS3991射频收发芯片、GPRS模块、SD卡、巴伦(平衡-不平衡变压器)、低通滤波器、耦合器、衰减网络、天线。所述的ARM7模块为核心模块,其分别单独连接电源控制模块、SD卡、AS3991射频收发芯片、GPRS模块,所述的ARM7模块与AS3991射频收发芯片进行双向交互,其中的AS3991射频收发芯片依次连接巴伦(平衡-不平衡变压器)、低通滤波器、耦合器、天线、GPRS模块,所述的耦合器与AS3991射频收发芯片之间还依次连接衰减网络、另一个巴伦(平衡-不平衡变压器)。
实施例四
本实施例是在前述实施例1-3任何一个或者任何组合的基础上进行的,主要介绍本发明的安全帽的智能管控系统的信号传输流程。
本智能安全帽方案采用RFID技术来解决施工过程数据的设备使用,活动范围采集等基础数据。实现原理如附图4所示。
作为一种场景,可以将设备上贴有RFID等类型的专用标签,通过如下的方法进行人员管控:在安装有RFID的施工现场,该智能安全帽的佩戴者进入施工现场后,RFID阅读器实时接收有源RFID标签发出的信息,并通过RFID阅读器自身的无线信息传输功能将信息传递至项目部数据分析平台(或者监控中心,或者监控终端),显示该佩戴者的个人信息和位置信息。如果进入未安装RFID设备的野外区域,即可通过GPRS进行位置定位,并报告后台服务系统。
同时,系统在关键危险区域也可以安装RFID相关设备,当施工人员抵达危险区域时,即可通过智能安全帽对施工人员提供声光报警,提醒施工人员迅速撤离或小心作业。
整个过程需要借助以下设备完成:智能安全帽、RFID、存储设备,以及后台管理系统。所述的存储设备可以是智能安全帽自带的SD卡,也可以是另配备的存储设备,也可以是网络存储空间。所述的后台管理系统,可以是单独研发的后台,也可以是安全帽的智能管控系统中的安全帽管理系统服务器和/或监控中心,和/或监控终端。
实施例五
本实施例是在前述实施例1-4任何一个或者任何组合的基础上进行的,主要介绍本发明的安全帽的智能管控系统的安全锁具结构,以及使用方法。
所述的的智能管控系统还包括:头围测量模块。所述的头围测量模块整体呈环状,安装在安全帽半圆状轮廓体的边缘内侧,所述的边缘内侧位置与佩戴者的头部边缘最大径处接触。
所述的头围测量模块紧固在安全帽之上,具体的可以为一种伸缩带,所述的伸缩带上具有尺寸信息,如带有尺寸信息的条码,或带有长度信息的编码,在伸缩带伸缩过程中,伸缩带接触的读码器读取编码,并且通过微处理器处理,将编码换算成长度信息,也可以进一步换算成头围尺寸代码(如1号,2号……18号……等等)。微处理器控制无线发射器将上述长度信息或者头围尺寸代码发送给监控中心,监控中心将反馈的数据与存储的数据进行匹配,并根据匹配结果确定下一步行为。
所述的头围测量模块也可以是一种弹性环,如一种拉簧,根据弹性环的受力(使用测力传感器测量得到)来测量和计算佩戴者的头围。
监控中心的信息包括佩戴者的头围,如果实际使用者的头围与存储的头围不一致,将会反馈给监控中心,同时安全帽语音提示工人向中心汇报,注意安全。
所述的佩戴者的头围信息是记录在工人的属性之中的,所述的属性是可以根据需要进行设定和修改的,如60.5mm,也可以设定为一个合适的范围,如55.3-56.1mm,诸如此类。
进一步的,所述的的智能管控系统还包括:安全锁具。所述的安全锁具具有多种功能,(1)挂,通过安全锁具的一端,将安全帽挂着墙上,墙上仅需设有诸如钉子的突出部位即可;(2)天线,所述安全锁具的整体为金属结构,套有螺旋的信号接收线,利于信号的收发;所述的天线可以是单独的一个天线,也可以是前述的技术方案中的天线,也可以集合其他信息接收和/或发射功能。(3)安全锁,能够防止安全帽被盗用或者误用,实现精准管理。
如附图5所示,安全锁具的具体结构包括:主体1、螺旋信号线2、左端头3、右端头4、固定端子5、锁6以及配套钥匙7。
所述的主体1一端闭合一端不闭合,为硬质的材料构成,诸如钢、铁、铜等坚硬的金属,所述的材料应当不影响信号的收发;所述的螺旋信号线2缠绕在主体1上,形成信号收发的结构。在安全帽上具有左右两个耳:安全帽左耳8、安全帽右耳9,用于固定安全锁。整个安全锁具具有左右两端,包括左端头3、右端头4。
使用方法为:将靠近右端头4的主体不闭合的一部分打开(该部分可以绕轴旋转),穿过安全帽右耳9,同时将左端头3的凹部卡向/抵靠在安全帽左耳8上,然后将主体不闭合的一端的自由端插入锁6的孔中,使用钥匙7将锁6锁好。
上述安全锁具,通过合理的配置锁具的尺寸,使得当锁6锁上时,锁具无法从安全帽左右耳中取出,从而实现安全帽的上锁。
所述的固定端子5包括两部分:固定杆、螺纹段,固定杆是实现从右端头4到螺纹段的过度,螺纹段具有螺纹,所述螺纹段与安全帽上的螺纹孔适配。
当安全锁具被打开时,将锁具通过固定端子的螺纹段固定到安全帽上的螺纹孔中,使安全锁具成为一个天线。
为了实现精准安全防护,采用了如下的措施或方法,融入到整个方法之中:
(1)定位:正确的时段出现在正确的位置、区域;位置不对进行播报提醒,并通知控制中心;控制中心中包含工人的作业信息(日程安排);
(2)防戴错功能:基于头围测量和防盗锁;状态异常则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(3)信息核对功能:工人携带射频信息卡,实现与射频信息的核对,如信息异常,则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(4)控制中心通过语音播报通知工人安全提醒信息,工人通过安全帽上相应的语音功能,或者若干按钮,向控制中心反馈自身状态,重点反馈异常状态;实现工人与控制中心的双向信息交互。
如上所述,可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言,根据本发明的教导,设计出不同形式的基于点阵数码笔的群组教学系统及其工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种安全帽的智能管控系统,所述智能管控系统包括:安全帽管理系统服务器、监控中心、通讯设备、智能安全帽、施工人员;其特征在于:所述监控中心,包括监控终端和监控中心管理员,监控中心通过监控终端连接至安全帽管理系统服务器;
所述施工人员至少为1个,各施工人员佩戴智能安全帽,通过通讯设备接入安全帽管理系统服务器;所述通讯设备采用包括GPRS或AIGPRS方式在内的通讯方式;
所述智能安全帽,其包括安全帽,安全帽内设有电源管理模块、915M读写模块、无线语音模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块;其中的电源管理模块给无线语音模块、915M读写模块、天线、GPRS模块、SD卡存储模块供电,天线分别连接915M读写模块、无线语音模块,还分别连接SD卡存储模块和GPRS模块;
所述智能管控系统还包括:头围测量模块;所述头围测量模块整体呈环状,安装在安全帽半圆状轮廓体的边缘内侧,所述边缘内侧位置与佩戴者的头部边缘最大径处接触;所述头围测量模块紧固在安全帽之上,具体的形状为一种伸缩带,所述伸缩带上具有尺寸信息,为带有尺寸信息的条码,或带有长度信息的编码,在伸缩带伸缩过程中,伸缩带接触的读码器读取编码,并且通过微处理器处理,将编码换算成长度信息,或换算成头围尺寸代码;微处理器控制无线发射器将上述长度信息或者头围尺寸代码发送给监控中心,监控中心将反馈的数据与存储的数据进行匹配,并根据匹配结果确定下一步行为。
2.根据权利要求1所述的安全帽的智能管控系统,其特征在于:所述头围测量模块是一种弹性环,使用测力传感器测量得到弹性环的受力,进而来测量和计算佩戴者的头围。
3.根据权利要求2所述的安全帽的智能管控系统,其特征在于:所述智能管控系统还包括:安全锁具;安全锁具的具体结构包括:主体(1)、螺旋信号线(2)、左端头(3)、右端头(4)、固定端子(5)、锁(6)以及钥匙(7);所述主体(1)一端闭合一端不闭合,为硬质的材料构成,所述材料特性不影响信号的收发;所述螺旋信号线(2)缠绕在主体(1)上,形成信号收发的结构;在安全帽上具有左右两个耳:安全帽左耳(8)、安全帽右耳(9),用于固定安全锁具;整个安全锁具具有左右两端,包括左端头(3)、右端头(4);所述固定端子5包括两部分:固定杆、螺纹段,固定杆是实现从右端头(4)到螺纹段的过度,螺纹段具有螺纹,所述螺纹段与安全帽上的螺纹孔适配。
4.一种安全帽的智能管控系统的使用方法,其采用了如权利要求3所述安全帽的智能管控系统,其特征在于,所述安全锁具的使用方法为:将靠近右端头(4)的主体不闭合的一部分打开,穿过安全帽右耳(9),同时将左端头(3)的凹部卡向/抵靠在安全帽左耳(8)上,然后将主体不闭合的一端的自由端插入锁(6)的孔中,使用钥匙(7)将锁(6)锁好;上述安全锁具,通过合理的配置锁具的尺寸,使得当锁(6)锁上时,锁具无法从安全帽左右耳中取出,从而实现安全帽的上锁;使用安全锁具方法还包括:当安全锁具被打开时,将锁具通过固定端子的螺纹段固定到安全帽上的螺纹孔中,使安全锁具成为一个天线。
5.如权利要求4所述的安全帽的智能管控系统的使用方法,其特征在于:所述安全锁具具有多种功能,依次为(1)挂;通过安全锁具的一端,将安全帽挂着墙上,墙上仅需设有突出部位即可;(2)天线;所述安全锁具的整体为金属结构,套有螺旋的信号接收线,利于信号的收发;所述天线可以是单独的一个天线,也可以集合其他信息接收和/或发射功能;(3)安全锁;能够防止安全帽被盗用或者误用,实现精准管理。
6.如权利要求5所述的安全帽的智能管控系统的使用方法,其特征在于:为了实现精准安全防护,采用了如下的措施或方法,融入到整个方法之中:
(1)定位:正确的时段出现在正确的位置、区域;位置不对进行播报提醒,并通知控制中心;控制中心中包含工人的作业信息;
(2)防戴错功能:基于头围测量和防盗锁;状态异常则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(3)信息核对功能:工人携带射频信息卡,实现与射频信息的核对,如信息异常,则将信息发回控制中心;所述信息含定位信息;
(4)控制中心通过语音播报通知工人安全提醒信息,工人通过安全帽上相应的语音功能,或者若干按钮,向控制中心反馈自身状态,重点反馈异常状态;实现工人与控制中心的双向信息交互。
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