CN108256035A - 一种工业场所危险行为识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业场所危险行为识别系统，其特征在于包括：佩戴于作业人员身上的人体定位标签；架设在作业现场的位置固定的基站，基站用于接收从人体定位标签发送来的数据并将该数据转发给服务器，服务器对基站发来的数据进行处理；服务器上设置有行为特征数据库、行为计算单元、人员档案库；报警器及显示器。与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用人体定位标签和固定位置的基站，得出作业人员的位置信息，利用人体定位标签的位置信息得出作业人员的行为动作，再与该作业人员的特征行为数据库进行比对分析，判断出危险行为动作，并对危险行为动作进行自动记录、显示和触发报警。

Description

一种工业场所危险行为识别系统

技术领域

本发明涉及一种工业场所危险行为识别系统。

背景技术

在工业一线作业过程中，存在着大量的危险行为，诸如走错间隔、不系安全带、不戴PPE(个人防护用品)、奔跑、酒后作业、进入危险场所、攀坐不安全位置、吊装作业下方或高处作业下方停留、上下楼梯时不扶扶手、翻越护栏……这些危险行为每年引发了数万人员的死亡事故。

如果能对这些危险行为进行全面准确地识别、报警和记录，将大大减少安全生产事故的发生率，保障企业与员工生命和财产安全，提升企业生产绩效。

目前，人体行为识别技术分为两个流派，分别是基于计算机视觉的人体行为识别技术和基于传感器的人体行为识别技术。

现有的基于计算机视觉的人体行为识别技术由于其技术特点，在工业一线作业场景中存在其固有的缺陷：第一，由于视觉摄像头必须在光线充足的条件下才能正常工作，周围环境对人体行为识别影响较大；第二，对于贯穿室内、室外、受限空间内外、不同作业地点的作业行为，采用基于计算机视觉方式存在诸多限制，比如：换一个场所就需要进行一次身份识别，无约束条件下对人体运动的检测难度也大幅提升，摄像头视线被构筑物、设备等遮挡也是不可避免的问题；第三，基于计算机视觉的人体行为识别技术处理的特征量多、信息量大，实时性存在不足。

现有的基于传感器的人体行为识别技术，不适合在工业一线作业场景中采用，原因如下：第一，由于现有的基于传感器的人体行为识别技术(以下简称“现有技术”)所考虑的工作场景可以获取到GPS信号，采用加速度传感器、陀螺仪、RFID、GPS等获取人体行为信息，而工业一线作业场景复杂多样，有些厂房、受限空间、构筑物内没有GPS信号，使得现有技术无法使用；第二，现有技术采用的算法是基于一个小样本行为数据库，小样本的行为数据库一般只选择了数十名个志愿者的若干个动作作为样本，而不是针对每一个行为识别个体进行样本行为采集，因此对许多差别较小的行为、动作区分度低；第三，现有技术还停留在离线数据基础上，行为识别率虽然较高，但丧失了实时性，不具备在生产一线作业场景应用的价值；第四，现有技术能耗高，制约了该技术实际工作中的应用；第五，现有技术保密性不足，信号容易被截获，不适宜于在工业作业场景中使用。

综上所述，现有的人体行为识别技术尚不具备在各种工业一线作业场景中应用的条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能持续对作业人员的行为进行实时判定的工业场所危险行为识别系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种工业场所危险行为识别系统，其特征在于包括：

佩戴于作业人员身上的人体定位标签，人体定位标签至少包含设置在作业人员头部的第一定位标签，设置在作业人员双足上的第二定位标签和第三定位标签；第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签结构相同，均包含有身份识别芯片、定位传感器及无线发送模块；

架设在作业现场的位置固定的基站，第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签中的无线发送模块通过无线网络与基站连接，基站用于接收从人体定位标签发送来的数据并将该数据转发给服务器，服务器对基站发来的数据进行处理；服务器，服务器上设置行为特征数据库、行为计算单元、人员档案库，其中

行为特征数据库，用来储存每一位作业人员正常工作时的行为特征数据和异常工作时的行为特征数据；

行为计算单元，行为计算单元通过获取人体定位标签的位置信息，计算作业人员的人体行为动作信息并进行记录，从而得到作业人员的行为特征数据；行为计算单元有两种工作模式，分别是采集模式和工作模式，在采集模式下，行为计算单元对作业人员的行为特征进行采集并建立模型后得到作业人员的行为特征数据，同时将该作业人员的行为特征数据保存至行为特征数据库；在工作模式下，行为计算单元获取作业人员的实时行为特征数据，同时将实时行为数据与行为特征数据库中该用户的行为特征数据进行对比分析，判定该作业人员的实时行为特征数据是否偏离行为特征数据库中的正常值或符合行为特征数据库中的异常值，如果是，则判定其为危险行为数据，进行状态记录并发出报警；

人员档案库，人员档案库用来存储所有作业人员的基本信息，包括头像、姓名、工作单位、员工号、人体定位标签编码、历史危险工作行为记录；

报警器，与服务器连接，用于在服务器识别出某一作业人员出现危险工作行为数据后进行报警；

显示器，与服务器连接，用来显示出现危险工作行为数据的作业人员的基本信息及危险行为数据。

作为改进，本发明还包括与服务器连接的桌面终端，桌面终端用来对服务器上的行为计算单元下达指令，切换工作模式；对人员档案库录入人员档案信息和显示人员信息；同时还用来显示服务器上行为特征数据库的内容。

再改进，所述人体定位标签还包括设置在作业人员双手腕部的第四定位标签和第五定位标签。

再改进，所述作业现场内设有“危险空间”、“作业空间”和“隐患空间”，当人体定位标签中的任意一个定位标签的位置进入危险空间或隐患空间时，服务器的行为计算单元立即发出报警。

再改进，基站将佩戴于作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息发送给服务器，服务器的行为计算单元根据第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息，确定该作业人员在任一时刻的行为基本图形，行为基本图形随着时间推移形成的基本图形轨迹，将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据；作业人员的基本图形轨迹的正常值(P0)是通过对该作业人员在进行正常作业过程中进行的平地步行、上下楼梯、上下梯子、蹲、坐、卧、躺、趴行为时，采集该作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息随着时间推移形成的基本图形轨迹，并将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据存入至行为特征数据库；当该作业人员的实时行为特征数据偏离正常工作时的行为特征数据或符合异常工作时的行为特征数据，则进行状态记录并发出报警。

再改进，所述人体定位标签还包括加速度传感器和重力感应传感器，作业人员正常工作时的行为特征数据还包括身高、步长和步行速度，作业人员正常工作时的身高、步长和步行速度也通过行为计算单元的采集模式进行采集保存；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员进入工作场所的第一时间段内其身高值偏离超过20％，则进行记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步长在连续时间段内超过正常工作的步长次数达到三次，则进行状态记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步行速度在连续时间段内超过正常工作的步行速度，则进行状态记录并发出报警。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用人体定位标签和固定位置的基站，得出作业人员的位置信息，利用人体定位标签的位置信息得出作业人员的行为动作，再与该作业人员的特征行为数据库进行比对分析，判断出危险行为动作，并对危险行为动作进行自动记录、显示和触发报警；在进一步改方案中，利用人体定位标签的位置信息与提前定义的“危险空间”、“作业空间”、“隐患空间”比对分析，判断出危险，进行自动记录、显示和触发报警。

附图说明

图1为本发明实施例中工业场所危险行为识别系统的框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的工业场所危险行为识别系统，其包括：

佩戴于作业人员身上的人体定位标签，本实施例中的人体定位标签包含设置在作业人员头部的第一定位标签，设置在作业人员双足上的第二定位标签和第三定位标签；第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签结构相同，均包含有身份识别芯片、定位传感器、加速度传感器和重力感应传感器及无线发送模块；

架设在作业现场的位置固定的基站，第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签中的无线发送模块通过无线网络与空间边界基站连接，基站用于接收从人体定位标签发送来的数据并将该数据转发给服务器，服务器对基站发来的数据进行处理；

服务器，服务器上设置行为特征数据库、行为计算单元、人员档案库，其中

行为特征数据库，用来储存每一位作业人员正常工作时的行为特征数据和异常工作时的行为特征数据；

行为计算单元，行为计算单元通过获取人体定位标签的位置信息，计算作业人员的人体行为动作信息并进行记录，从而得到作业人员的行为特征数据；行为计算单元有两种工作模式，分别是采集模式和工作模式，在采集模式下，行为计算单元对作业人员的行为特征进行采集并建立模型后得到作业人员的行为特征数据，同时将该作业人员的行为特征数据保存至行为特征数据库；在工作模式下，行为计算单元获取作业人员的实时行为特征数据，同时将实时行为数据与行为特征数据库中与该用户对应的行为特征数据进行对比分析，判定该作业人员的实时行为特征数据是否偏离正常工作时的行为特征数据或符合异常工作时的行为特征数据，如果是，则判定其为危险工作行为数据，则进行状态记录并发出报警；

人员档案库，人员档案库用来存储所有作业人员的基本信息，包括头像、姓名、工作单位、员工号、人体定位标签编码、历史危险工作行为记录；

报警器，与服务器连接，用于在服务器识别出某一作业人员出现危险工作行为数据后进行报警；

显示器，与服务器连接，用来显示出现危险工作行为数据的作业人员的基本信息及危险行为数据；

与服务器连接的桌面终端，桌面终端用来对服务器上的行为计算单元下达指令，切换工作模式；对人员档案库录入人员档案信息和显示人员信息；同时还用来显示服务器上行为特征数据库的内容。

所述作业现场内设有“危险空间”、“作业空间”和“隐患空间”，“危险空间”、“作业空间”和“隐患空间”的空间位置在服务器中预先保存；当人体定位标签中的任意一个定位标签的位置进入危险空间或隐患空间时，服务器的行为计算单元立即发出报警。

基站将佩戴于作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息发送给服务器，服务器的行为计算单元根据第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息，确定该作业人员在任一时刻的行为基本图形，行为基本图形随着时间推移形成的基本图形轨迹，将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据；作业人员的基本图形轨迹的正常值是通过行为计算单元在采集模式下，对该作业人员在进行正常作业过程中进行的平地步行、上下楼梯、上下梯子、蹲、坐、卧、躺、趴行为时，作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息进行采集，并随着时间推移形成的基本图形轨迹，将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据存入至行为特征数据库；当该作业人员的实时行为特征数据偏离行为特征数据库中的正常值或符合行为特征数据库中的异常值，则进行状态记录并发出报警。

另外，作业人员正常工作时的行为特征数据还包括身高(头部标签与足部标签的最大距离均值)、步长(两个足部标签之间的最大步距均值)和步行速度，作业人员正常工作时的身高、步长和步行速度也通过行为计算单元的采集模式进行采集保存；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员进入工作场所的第一时间段内其身高值偏离超过20％，则进行记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步长在连续时间段内超过正常工作的步长次数达到三次，则进行状态记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步行速度在连续时间段内超过正常工作的步行速度，则进行状态记录并发出报警。

为了增加作业人员的行为特征数据的准确性，所述人体定位标签还可以包括设置在作业人员双手上的第四定位标签和第五定位标签；通过五个标签的位置信息来确定作业人员的行为特征，更加精确。

本实施例中，由于基站的位置是固定的，可以看成是坐标已知的定位节点，基站从第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签上的定位传感器接收位置信息，基站再将第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息发送给服务器。基站的数量依照作业现场实际情况设置而定，并根据基站的位置设定其坐标与编号。服务器的行为计算单元可以根据基站发来的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息，通过几何计算，算出第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的准确坐标，这里的几何计为常规技术，详细计算方式可以参考专利号为201510458339.0的中国发明专利实施例中公布的几何计算方法。

使用本发明的工业场所危险行为识别系统时，作业人员先进行身份信息录入，并对人体定位标签进行身份关联标定，之后进行该作业人员的行为特征数据采集，建立该作业人员的独有的初始行为特征数据库。作业人员启动人体定位标签之后，进入工作场所，系统持续对该作业人员的行为特征进行计算、机器学习和判定，不断修正和丰富该用户的行为特征数据库。如果出现危险行为，则立即发出报警，并在显示器上显示相关信息(包括用户的头像、姓名、工作单位、当前危险行为、历史危险行为记录等)，以警示用户及周围作业人员，减少危险行为，降低事故发生率。

Claims (6)

1.一种工业场所危险行为识别系统，其特征在于包括：

佩戴于作业人员身上的人体定位标签，人体定位标签至少包含设置在作业人员头部的第一定位标签，设置在作业人员双足上的第二定位标签和第三定位标签；第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签结构相同，均包含有身份识别芯片、定位传感器及无线发送模块；

架设在作业现场的位置固定的基站，第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签中的无线发送模块通过无线网络与基站连接，基站用于接收从人体定位标签发送来的数据并将该数据转发给服务器，服务器对基站发来的数据进行处理；

服务器，服务器上设置有行为特征数据库、行为计算单元、人员档案库，其中

行为特征数据库，用来储存每一位作业人员正常工作时的行为特征数据和异常工作时的行为特征数据；

行为计算单元，行为计算单元通过获取人体定位标签的位置信息，计算作业人员的人体行为动作信息并进行记录，从而得到作业人员的行为特征数据；行为计算单元有两种工作模式，分别是采集模式和工作模式，在采集模式下，行为计算单元对作业人员的行为特征进行采集并建立模型后得到作业人员的行为特征数据，同时将该作业人员的行为特征数据保存至行为特征数据库；在工作模式下，行为计算单元获取作业人员的实时行为特征数据，同时将实时行为数据与行为特征数据库中与该用户对应的行为特征数据进行对比分析，判定该作业人员的实时行为特征数据是否偏离正常工作时的行为特征数据或符合异常工作时的行为特征数据，如果是，则判定其为危险工作行为数据，则进行状态记录并发出报警；

人员档案库，人员档案库用来存储所有作业人员的基本信息，包括头像、姓名、工作单位、员工号、人体定位标签编码、历史危险工作行为记录；

报警器，与服务器连接，用于在服务器识别出某一作业人员出现危险工作行为数据后进行报警；

显示器，与服务器连接，用来显示出现危险工作行为数据的作业人员的基本信息及危险行为数据。

2.根据权利要求1所述的工业场所危险行为识别系统，其特征在于：还包括与服务器连接的桌面终端，桌面终端用来对服务器上的行为计算单元下达指令，切换工作模式；对人员档案库录入人员档案信息和显示人员信息；同时还用来显示服务器上行为特征数据库的内容。

3.根据权利要求1所述的工业场所危险行为识别系统，其特征在于：所述人体定位标签还包括设置在作业人员双手上的第四定位标签和第五定位标签。

4.根据权利要求1所述的工业场所危险行为识别系统，其特征在于：所述作业现场内设有“危险空间”、“作业空间”和“隐患空间”，当人体定位标签中的任意一个定位标签的位置进入危险空间或隐患空间时，服务器的行为计算单元立即发出报警。

5.根据权利要求1所述的工业场所危险行为识别系统，其特征在于：基站将佩戴于作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息发送给服务器，服务器的行为计算单元根据第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息，确定该作业人员在任一时刻的行为基本图形，行为基本图形随着时间推移形成的基本图形轨迹，将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据；作业人员的基本图形轨迹的正常值(P0)是通过对该作业人员在进行正常作业过程中进行的平地步行、上下楼梯、上下梯子、蹲、坐、卧、躺、趴行为时，采集该作业人员身上的第一定位标签、第二定位标签和第三定位标签的位置信息随着时间推移形成的基本图形轨迹，并将该基本图形轨迹作为该作业人员的行为特征数据存入至行为特征数据库；当该作业人员的实时行为特征数据偏离正常工作时的行为特征数据，则进行状态记录并发出报警。

6.根据权利要求5所述的工业场所危险行为识别系统，其特征在于：所述人体定位标签还包括加速度传感器和重力感应传感器，作业人员正常工作时的行为特征数据还包括身高、步长和步行速度，作业人员正常工作时的身高、步长和步行速度也通过行为计算单元的采集模式进行采集保存；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员进入工作场所的第一时间段内其身高值偏离超过20％，则进行记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步长在连续时间段内超过正常工作的步长次数达到三次，则进行状态记录并发出报警；当服务器的行为计算单元在工作模式下，判断出某一作业人员的实时步行速度在连续时间段内超过正常工作的步行速度，则进行状态记录并发出报警。