CN112015134B - 一种贮柜人身安全防护安全系统及其安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种贮柜人身安全防护系统及其方法，该系统包括终端、服务器、工控机、数据库；服务器是核心部分，并由图像识别模块、三维立体成像模块、预警模块组成，用于完成系统运算和信息处理；其中，三维立体成像模块用于构建贮柜三维立体模型；数据库用于定位工作人员的标签位置信息；工控机用于获取贮柜安全门限位开关的通断信号；终端用于获取贮柜内工作人员影像；图像识别模块用于进入立体贮柜内工作人员模拟图像；图像对比模块用于识别危险姿态；预警模块用于实现本地声光报警。本发明能实现对贮柜内的工作人员有监测、安全防护、预警等功能，从而提升贮柜人身安全防护水平。

Description

一种贮柜人身安全防护安全系统及其安全控制方法

技术领域

本发明涉及烟草加工设备技术领域，更具体地说是一种贮柜人身安全防护安全系统及其方法。

背景技术

在某大型工厂，车间贮柜就有几十个，根据设备工作环境特点：地方大、人员少；设备保养、维修作业时，缺少人员监督；工作人员安全意识松懈，在贮柜类设备保养时，底带操作开关未关，导致员工身体某部分搅在拨辊里，造成人员死亡，车间部分设备维修、保养始终位于安全高风险状态。

传统的贮柜主要是通过贮柜门保护简单防护，缺点在于通过控制程序设备以监测该节点的通断来控制贮柜的运行，很多时候因安全限位开关无法精准插入，或接近开关误干扰引起的设备安全防护问题；贮柜安全门比较小、位置低，作业人员需要半躬身体经过安全门进入贮柜，造成相应的操作不便；

已有的针对贮柜人身安全防护监控技术，采用贮柜门保护，是通过安全限位开关、接近开关及几组光电管组合使用来实现设备人身安全防护。

以上这些方法的缺点是需要在贮柜门上安装安全限位开关、接近开关，通过控制程序设备以监测该节点的通断，缺乏对贮柜内的人形判断的能力，监测效果取决于安全门安装位置选择的合理性，容易出现某个节点的限位开关、光电管损坏等问题。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提出了一种贮柜人身安全防护系统及其方法，以期能实现对贮柜内的工作人员有监测、安全防护、预警等功能，从而提升贮柜人身安全防护水平。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种贮柜人身安全防护系统的特点包括：终端、服务器、工控机、数据库；

所述数据库里存储有工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型以及人员信息；

所述服务器是核心部分，并由图像识别模块、三维立体成像模块、预警模块组成，用于完成系统运算和信息处理；

所述三维立体成像模块采用多个定位传感器布置于贮柜的上方外部环境从而构建三维立体定位区域，并根据多个定位传感器所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入所述数据库，工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中时，定位标签每隔一段时间发送一次人物定位信号给数据库，所述数据库读取所述标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；再根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；

所述工控机包括控制信号模块；所述控制信号模块包括PLC模块；

所述PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并发送给所述控制信号模块，用于判断是否启用于所述终端中的摄像头；

若启用，则所述终端采用摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给所述图像识别模块；在启用所述终端中的摄像头同时，所述三维立体成像模块一并启用；

所述图像识别模块包括图像处理模块和图像对比模块；

所述图像处理模块对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征模型并与所述定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并发送给所述终端用于查看；

所述图像对比模块根据所述人物轮廓特征模型从所述数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则将所采集的影像发送给所述终端，并发送控制信号给所述预警模块；若不能匹配到，则直接存储所述影像视频；

所述预警模块根据所述控制信号控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

所述PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若所述贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，所述工控机利用PLC模块切断设备电源。

本发明一种贮柜人身安全防护方法的特点是应用于由终端、服务器、工控机及数据库构成的网络环境中，并包括如下步骤：

步骤1、在所述数据库中建立工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型，并录入人员信息；

步骤2、在贮柜的上方外部环境中布置多个定位传感器，用于构建三维立体定位区域；所述服务器根据所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入所述数据库；

步骤3、工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中，定位标签每隔一段时间发送一次人物定位信号给数据库；

步骤4、所述数据库读取所述标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；

步骤5、所述数据库根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；

步骤6、所述工控机利用自身PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并判断是否启用于所述终端中的摄像头；若启用，则所述终端根据采用所述摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给所述服务器；

步骤7、所述服务器对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征并模型与所述定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并发送给所述终端用于查看；

步骤8、所述服务器根据所述人物轮廓特征模型从所述数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则将所采集的影像发送给所述终端，并发送控制信号给所述工控机；若不能匹配到，则直接存储所述影像视频；

步骤9、所述工控机控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

步骤10、所述PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若所述贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，所述工控机利用PLC模块切断设备电源。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明根据贮柜的特点，对贮柜内部划分位置区域，实现区域性的监测，在贮柜内每个区域都有对应的预警方案，当工作人员非法进入贮柜区域时，进行短信预警报告相应的管理人员；当工作人员靠近贮柜出料区域时，切断设备电源，安装无线通讯模块，可将信息发送至手机或其他接收装置，提供查询或警示功能；安装视频模块，对整个贮柜内进行监控，可减少专人防护；同时生成行为轨迹报表，有助于对工作人员行为进行安全分析，为管理人员提供数据参考，从而提高了贮柜人身安全防护水平。

2、本发明通过在贮柜周边环境安装三维立体成像设备和摄像机，三维立体成像功能模块采用UWB定位技术，通过定位标签在三维立体区域位置，采用TDOA到达时间差的算法实现了高精度三维定位，在数据库中定义定位标签的人员信息，通过摄像头里的影像，验证贮柜里携带定位标签的作业人员信息；通过三维立体成像设备和摄像机的结合使用，便于判断工作人员是否在贮柜内部区域作业的依据。

附图说明

图1是本发明服务器与工控机组成结构示意图；

图2是本发明系统组成结构示意图；

图3是本发明系统终端组成结构示意图；

图4是本发明系统工作流程图。

具体实施方式

本实施例中，如图2所示，一种贮柜人身安全防护系统包括：终端、服务器、工控机、数据库；其中，服务器和工控机支持多种通信接口，其中主要使用的接口有以太网等；如图3所示，终端包括：手机、电脑和摄像头，其中，手机终端指的是具有独立的移动操作系统，即Android手机，可以通过安装APP来扩充手机功能，运算能力及功能。手机终端以4G/WiFi的方式接入服务器与工控机；

电脑、摄像头的终端主要使用的接口有以太网等，通过以太网接口与服务器与工控机连接；

数据库里存储有工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型以及人员信息；

如图1所示，服务器是核心部分，并由通讯模块、图像识别模块、三维立体成像模块、预警模块组成，用于完成系统运算和信息处理；其中，通讯模块包括无线通讯模块和短信模块；并利用TCP/IP协议与手机终端保持双向通讯；

三维立体成像模块采用5个或多个定位传感器布置于贮柜的上方外部环境从而构建三维立体定位区域，并根据多个定位传感器所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入数据库，工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中时，定位标签每隔一段时间，例如5秒发送一次人物定位信号给数据库，数据库读取标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；再根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；从而在数据库中确定工作人员在贮柜中的位置和人员信息；

工控机包括控制信号模块；控制信号模块包括PLC模块；

PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并发送给控制信号模块，用于判断是否启用于终端中的摄像头；安装摄像头，是用于对整个柜内进行监控，管理人员可通过视频监控系统观察贮柜内部区域工作人员的状态，进行监视，做出指挥决策；

若启用，则终端采用摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给图像识别模块；在启用终端中的摄像头同时，三维立体成像模块一并启用；

图像识别模块包括图像处理模块和图像对比模块；

图像处理模块对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征模型并与定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并存储于服务器与工控机后，发送给终端的手机、电脑终端界面，便于查看和判断工作人员是否在贮柜内部区域作业的依据；服务器结合贮柜内部工作人员的实际分布情况，返回对工作人员的安全行为轨迹分析数据。

图像对比模块根据人物轮廓特征模型识别出图像中的工作人员的姿态，并从数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则表示存在安全隐患，将所采集的影像发送给终端提供查询功能，并通过通讯模块发送控制信号给预警模块；若不能匹配到，则直接存储影像视频；

预警模块根据控制信号控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并通过通讯模块中短信模块发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警，并通过短信预警报告相应的管理人员；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，工控机利用PLC模块切断设备电源并生成行为轨迹报表，有助于对工作人员行为进行安全分析。

终端(手机、电脑)在进行预警的同时，将采集到的数据经服务器与工控机整合后，通过无线通讯模块进行数据传输，传输到指定人员的手机或电脑等移动设备，管理者可借助手机或电脑等移动设备，对贮柜内部区域工作人员的状态，进行监视，做出指挥决策。

本实施例中，如图4所示，一种贮柜人身安全防护方法是应用于由终端、服务器、工控机及数据库构成的网络环境中，并包括如下步骤：

步骤1、在数据库中建立工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型，并录入人员信息；

步骤2、在贮柜的上方外部环境中布置5个或多个定位传感器，用于构建三维立体定位区域；服务器根据所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入数据库；

步骤3、工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中，建立位置信息表，定位标签每隔一段时间或每5秒发送一次人物定位信号给数据库；

步骤4、数据库读取标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；

步骤5、数据库根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；

步骤6、工控机利用自身PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并判断是否启用于终端中的摄像头；若启用，则终端根据采用摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给服务器；

步骤7、服务器对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征并模型与定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并发送给终端，并作为终端(手机、电脑)控制界面用于直观查看工作人员是否在贮柜内部区域作业；

步骤8、服务器根据人物轮廓特征模型从数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则表明存在安全隐患，将所采集的影像发送给终端，并发送控制信号给工控机；若不能匹配到，则直接存储影像视频；

步骤9、工控机控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

步骤10、PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警，同时短信预警报告相应的管理人员；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，工控机利用PLC块切断设备电源，生成行为轨迹报表；有助于对工作人员行为进行安全分析。管理者可借助终端(手机、电脑、摄像头)，了解贮柜内部区域工作人员的状态，进行远距离管理，做出指挥决策。

Claims (2)

1.一种贮柜人身安全防护系统，其特征包括：终端、服务器、工控机、数据库；

所述数据库里存储有工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型以及人员信息；

所述服务器是核心部分，并由图像识别模块、三维立体成像模块、预警模块组成，用于完成系统运算和信息处理；

所述三维立体成像模块采用多个定位传感器布置于贮柜的上方外部环境从而构建三维立体定位区域，并根据多个定位传感器所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入所述数据库，工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中时，定位标签每隔一段时间发送一次人物定位信号给数据库，所述数据库读取所述标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；再根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；

所述工控机包括控制信号模块；所述控制信号模块包括PLC模块；

所述PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并发送给所述控制信号模块，用于判断是否启用于所述终端中的摄像头；

若启用，则所述终端采用摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给所述图像识别模块；在启用所述终端中的摄像头同时，所述三维立体成像模块一并启用；

所述图像识别模块包括图像处理模块和图像对比模块；

所述图像处理模块对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征模型并与所述定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并发送给所述终端用于查看；

所述图像对比模块根据所述人物轮廓特征模型从所述数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则将所采集的影像发送给所述终端，并发送控制信号给所述预警模块；若不能匹配到，则直接存储所述影像视频；

所述预警模块根据所述控制信号控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

所述PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若所述贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，所述工控机利用PLC模块切断设备电源。

2.一种贮柜人身安全防护方法，其特征是应用于由终端、服务器、工控机及数据库构成的网络环境中，并包括如下步骤：

步骤1、在所述数据库中建立工作人员在不同的工作环境中遇到的危险姿态的轮廓特征模型，并录入人员信息；

步骤2、在贮柜的上方外部环境中布置多个定位传感器，用于构建三维立体定位区域；所述服务器根据所采集的外部定位信号构建贮柜三维立体模型并存入所述数据库；

步骤3、工作人员随身携带定位标签非法进入贮柜三维立体定位区域中，定位标签每隔一段时间发送一次人物定位信号给数据库；

步骤4、所述数据库读取所述标签中的人员信息并与数据库中已建立的人员信息相匹配；

步骤5、所述数据库根据贮柜立体区域中的定位传感器所发送的外部定位信号，通过双曲线算法对所接受到的人物定位信号进行定位计算，确定标签所对应的工作人员在贮柜中的位置，即定位标签位置信息；

步骤6、所述工控机利用自身PLC模块获取贮柜安全门限位开关的通断信号并判断是否启用于所述终端中的摄像头；若启用，则所述终端根据采用所述摄像头对贮柜内进行影像扫描，获取贮柜内工作人员影像，并发送给所述服务器；

步骤7、所述服务器对贮柜内工作人员影像进行轮廓特征分析，得到人物轮廓特征模型并与所述定位标签位置信息相叠加，生成进入立体贮柜内工作人员模拟图像并发送给所述终端用于查看；

步骤8、所述服务器根据所述人物轮廓特征模型从所述数据库的轮廓特征模型中进行检索和匹配，若能匹配到相应人物轮廓特征所属的危险姿态，则将所采集的影像发送给所述终端，并发送控制信号给所述工控机；若不能匹配到，则直接存储所述影像视频；

步骤9、所述工控机控制所述PLC模块实现本地声光报警，或切断设备电源；并发送相应贮柜预警视频链接给管理人员的终端；

步骤10、所述PLC模块根据贮柜内部的不同位置区域设置有不同的阈值，并根据所获取的定位标签位置信息判断是否达到相应的阈值，若所述贮柜安全门限位开关的通断信号为导通时，且定位标签位置信息达到贮柜区域的阈值时，则表示工作人员非法进入贮柜区域；并利用PLC模块实现本地声光报警；若定位标签位置信息达到贮柜出料区域的阈值时，则表示工作人员靠近贮柜出料区域，所述工控机利用PLC模块切断设备电源。