CN112511637B - 一种现场作业工器具实时监控系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁路安全监测技术领域，特别涉及一种现场作业工器具实时监控系统及监控方法，该系统包括：工器具监控单元、状态存储手环、状态控制单元、总控制终端，利用工器具监控单元通过红外对射扫描对工器具箱体内的各个工器具进行实时扫描监控，能够在作业现场发现遗漏或未归还等问题，及时发现安全隐患，及时报警提醒作业人员，全自动追踪提示，提高作业安全性，提升作业人员的安全意识，杜绝安全事故发生。

Description

一种现场作业工器具实时监控系统及监控方法
技术领域
本发明属于铁路安全监测技术领域，特别涉及一种现场作业工器具实时监控系统及监控方法。
背景技术
铁路工器具主要用于主要是作业人员用于检修铁路电力问题、施工问题以及其他安全性保障问题所必须的用品。在铁路检修中，经常会出现检修人员将工器具遗忘在现场或者工具遗失等问题，在高铁通道内或铁路车辆等场所，工具的遗漏或遗失在现场往往会造成致命的隐患，因此在这些场合使用工具时，必须对工器具内的物品仔细的进行清点，以避免出现工具遗失或遗漏的问题，但如果只是通过人工进行清点，这种失误就不可能完全避免，进而有可能引发大的安全事故。同时在工器具的管理中，需作业人员向管理员申请借用，再由管理员查询工具当前的储存信息，然后取出工具给借用者，并在电脑上登记工具信息和借用人信息，归还时管理员需找到相应的借用信息，将借用信息更改为归还记录，再将工具放回。这种工具管理方式费时费力、工作效率且自动化程度低。
发明内容
为了克服上述现有技术所存在的不足，本发明还提供了一种现场作业工器具实时监控系统，对工器具进行系统化管理，大大节省人力成本，提高工作效率。
同时，本发明还提供了一种用上述现场作业工器具实时监控系统实现的铁路工器具监控方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种现场作业工器具实时监控系统，其包括：
工器具监控单元1：与状态控制单元3互通讯，接收状态控制单元3发送的监控开启或关闭指令，实时监控初始化后工器具的使用状态，将监控的使用状态信息传送给状态存储装置，并发出报警提示时同步至状态存储手环2；
状态存储手环2：接收工器具监控单元1发送的存储状态信息，并将存储状态信息传输给状态控制单元3；若接收到工器具监控单元1的同步报警提示，则发出报警提示；
状态控制单元3：接收工器具箱ID并与工器具箱对应的工器具监控单元1建立关联，向工器具监控单元1发送监控开启或关闭指令，接收状态存储手环2的存储状态信息，并发送至总控制终端4；
总控制终端4：接收状态控制单元3所传送的存储状态信息，并对存储状态信息进行可视化分析，并显示出来。
进一步限定，所述工器具监控单元1包括红外对射传感器、监控处理单元、第一报警模块、工器具箱ID以及电源模块；
红外对射传感器，对工器具箱内的各个工器具进行红外对射扫描并将扫描信息传送至监控处理模块；
监控处理模块，分别与感应模块、红外对射传感器、第一报警模块、工器具箱ID存储模块以及状态存储手环2连接或通讯，接收红外对射传感器所传输的扫描信息，并将扫描信息与初始扫描信息进行比对，判断工器具的归还状态，并根据工具器的归还状态启动第一报警模块；
第一报警模块，接收监控处理模块发出的报警指令发出报警信号；
电源模块，与监控处理单元连接，向其供电。
进一步限定，所述存储状态信息包括作业人员的个人身份信息、工器具报警信息和工种数据。
进一步限定，所述实时监控系统还包括作业人员ID识别模块5，与工器具箱的工器具监控单元1通讯。
进一步限定，所述状态存储手环2包括数据接口、存储器、数据输出模块、第二报警模块以及存储控制微处理器，所述存储控制微处理器与存储器连接、数据接口、数据输出模块以及第二报警模块分别连接；所述第二报警模块与第一报警模块互通信。
本申请还提供的一种现场作业工器具实时监控方法，其包括以下步骤：
(1)在总控制终端4设定作业人员的身份信息和工器具箱ID以及工器具的使用权限；将状态存储手环2与状态控制单元3处于连线状态；
(2)拔离状态存储手环2，打开状态控制单元3的控制开关，使状态控制单元3、状态存储手环2分别与工器具箱的工器具监控单元1通讯；
(3)工器具箱的工器具监控单元1识别作业人员ID信息，并将作业人员ID与工器具监控单元1建立关联；
(4)工器具监控单元1先对工具器进行初始化，并在作业过程中实时监测初始化后的工器具存储状态，实时将监测的工器具存储信息传送给状态存储手环2，若工器具监控单元1实时监测的工器具存储信息与初始化的存储信息进行比对判断出工具器的归还状态，若比对两者信息不一致，则工器具监控单元1发出报警提示，并同步至状态存储手环2，状态存储手环2和工器具监控单元1同时报警；直至工具器归还，实时监测的工器具存储信息与初始化信息保持一致；
(5)工器具归还时，状态控制单元3读取所归还的工器具箱ID，判断若所归还的工器具箱是否是步骤(2)所关联的工器具箱及其是否在设定的归还区域内，同时，将状态存储手环2与状态控制单元3恢复连线，状态存储手环2将所存储的信息全部上传给状态控制单元3；
(6)状态控制单元3将所接收的信息上传至总控制终端4，由总控制终端4对工具器的存储状态信息进行可视化分析，完成现场作业工器具的实时监控。
进一步限定，所述步骤(3)所述的作业人员身份识别包括RFID识别或指纹识别。
进一步限定，所述步骤(4)中工器具监控单元1先对工具器进行初始化，具体操作为：红外对射传感器扫描工具箱内各工器具的初始存储状态，并将扫描的信息传输给监控处理模块，监控处理模块将各工器具的初始存储状态进行存储，并传输给状态存储手环2。
进一步限定，所述步骤(5)具体包括：
(5.1)在作业人员归还工器具箱时，利用状态控制单元3先判断所归还的工器具箱是否在预先设定的归还区域内，若否，则状态控制单元3发送报警指令给状态存储手环2，状态存储手环2发出报警提示；若是，则进行步骤(5.2)；
(5.2)状态控制单元3的读卡器识别工器具箱，判断所归还的工器具箱是否为步骤(2)所关联的工器具箱，若否，则状态控制单元3发送报警指令给状态存储手环2，状态存储手环2发出报警提示；若是，则状态控制单元3与状态存储手环2连接，状态存储手环2将所存储的信息全部上传给状态控制单元3。
进一步限定，所述步骤6)具体包含：
6.1)状态控制单元3将所接收的信息上传至总控制终端4；
6.2)总控制终端4接收状态控制单元3上传的所有信息解析后按照预设路径存储；
6.3)总控制终端4将所存储的作业人员、作业时间、工器具箱ID、作业位置信息建立关联并用统计方法形成图标、曲线或列表显示出来。
本发明的现场作业工器具实时监控系统及方法，与现有技术相比，主要优点在于：
(1)本发明利用工器具监控单元1通过红外对射扫描对工器具箱体内的各个工器具进行实时扫描监控，能够在作业现场发现遗漏或未归还等问题，及时发现安全隐患，及时报警提醒作业人员，全自动追踪提示，提高作业安全性，提升作业人员的安全意识，杜绝安全事故发生。
(2)本发明在工器具归还后，利用状态控制单元3读取所归还的工器具箱ID，并对所归还的工器具箱的归还位置进行限定，避免作业人员将工器具箱乱丢乱放或归还错误等情况发生，便于系统化、规范化管理。
(3)本发明的监控系统及方法能够全程实时监控、及时报警提示，在问题发生前进行预防提醒或显示，对安全隐患有效预防，同时，本发明自动化程度高，无需专人、专岗来进行监管，大大提高工作效率，且节约人力成本。
(4)本发明可以利用图标、曲线等对工器具的使用等进行统计分析，根据工器具的使用情况对工器具的使用寿命预测提供参考，并便于及时更换工具。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为现场作业工器具实时监控系统结构示意图。
图2为现场作业工器具实时监控方法实现流程图。
图3为使用信息和报警信息分析曲线。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
参见图1，本实施例的现场作业工器具实时监控系统，包括：作业人员ID识别模块5、工器具监控单元1、状态存储手环2、状态控制单元3以及总控制终端4。其中，
作业人员ID识别模块5，与工器具箱的工器具监控单元1通讯，记录作业人员的身份信息，包括作业人员的姓名、性别、工位、所属部门等基本信息，便于追踪作业人员，使用时可一人一卡，对于此身份信息登记还可以通过其他指纹识别、脸部识别或虹膜识别等配套设备来替换。
本实施例的工器具监控单元1：通常置于工器具箱内，与工器具箱内有放置工具的内衬配套使用，与工器具箱成为一体结构，其与状态控制单元3互通讯，接收状态控制单元3发送的监控开启或关闭指令，实时监控初始化后工器具的存储状态，将监控的存储状态信息传送给状态存储装置，并发出报警提示，同时同步至状态存储手环2；
该工器具监控单元1包括红外接收模块、红外发射传感器、监控处理单元、第一报警模块、工器具箱ID以及电源模块；其中，
红外对射传感器，采用市售普通的红外线传感器，其对工器具箱内的各个工器具进行红外对射扫描并将扫描信息传送至监控处理模块；红外对射传感器包括红外接收头和红外发射头、解码器并将红外接收头和红外发射头装配在一个金属机座上，属于常规市售的开源型传感器，其主要功能是用于感应工器具是否在指定位置上，并将检测的红外信号转换成电信号传送给监控处理模块。
第一报警模块，属于常规报警装置，包括光电报警元件、语音提示模块和喇叭，光电报警元件、语音提示模块分别与监控处理模块连接，喇叭与语音提示模块连接，将语音提示信号放大。
监控处理模块，采用STM32单片机，分别与红外对射传感器、第一报警模块、工器具箱ID存储模块以及状态存储手环2连接或通讯，主要是用于接收红外对射传感器所传输的扫描信息，并将扫描信息与初始扫描信息进行比对，判断工器具的归还状态，并根据工具器的归还状态启动第一报警模块发出报警提示；
电源转换模块，与监控处理单元连接，向其供电，电源转换模块可采用蓄电池(锂电池)供电或者供电系统供电，其只要满足供电需求即可。
进一步说明，为了不影响作业人员的工作，本实施例的工器具监控单元1还可以增设触发式控制开关，该触发式控制开关与监控处理模块连接，当工具器箱打开时，触发式控制开关断开，监控处理模块控制光电报警元件开启，而工具器箱闭合时，触发式控制开关打开，监控处理模块控制光电报警元件、语音提示模块以及喇叭开启，打出语音提示。
本实施例的状态存储手环2包括锂电池、无线收发模块、存储器、数据输出模块、第二报警模块以及存储控制微处理器，所述存储控制微处理器与存储器连接、无线收发模块、数据输出模块以及第二报警模块分别连接；所述第二报警模块与第一报警模块同步。无线收发模块接收监控处理模块传送的报警指令，传送给存储控制微处理器，即状态存储手环2主要是通过无线收发模块接收工器具监控单元1发送的存储状态信息至存储控制微处理器，存储控制微处理器将其存储，数据输出模块将所存储的状态信息输出至状态控制单元3，若有异常情况，存储控制微处理器接收到无线收发模块所接收的第一报警模块的报警信息，发送报警指令给第二报警模块，第二报警模块与第一报警模块同步发出声光电或语音报警提示。还可以包含充电接口，用于对锂电池充电。本实施例的存储控制微处理器的型号是stm32f103。
需要进一步说明，本实施例的状态存储手环2还可以包括显示屏，显示屏与存储控制微处理器连接，可以显示报警内容。
本实施例的状态控制单元3：包括蓄电池、充电接口、船型控制开关、控制信号收发模块、数据接收模块、指示灯、读卡器以及状态控制器，状态控制器与蓄电池、船型开关、控制信号收发模块、指示灯连接，控制信号收发模块与读卡器通讯连接，船型控制开关打开，状态控制器通过控制信号收发模块与工器具监控单元1通讯，船型控制开关可以是并列设置的多个，状态控制器通过不同的船型控制开关可以同时关联多个工器具监控单元1，与多个工器具箱关联。船型控制开关与指示灯同时开启，并一一对应，读卡器用于读取工器具箱的ID，与工器具箱对应的工器具监控单元1建立关联并用于判定工器具箱是否在设定归还区域内，状态控制器通过控制信号收发模块向工器具监控单元1发送监控开启或关闭指令，数据接收模块接收状态存储手环2的存储状态信息，并发送至总控制终端4；本实施例的状态控制器采用stm32f103型号。
总控制终端4：接收状态控制单元3所传送的存储状态信息，并对存储状态信息进行可视化分析，并显示出来。
进一步地说明，状态控制单元3所上传的存储状态信息包括作业人员的个人身份信息、工器具报警信息和工种数据以及工器具箱的ID等信息。
本实施例的第一报警模块、第二报警模块可以是声光报警装置也可以采用语音提示设备，也可以是振动提示设备。
用上述现场作业工器具实时监控系统可实现本发明的现场作业工器具实时监控方法，参见图2，具体由以下步骤实现：
(1)在总控制终端4设定作业人员的身份信息如作业人员的姓名、性别、工位、所属部门等基本信息，同时还需设定每个工器具箱ID和工器具的使用权限，便于后期管理和追踪；将状态存储手环2与状态控制单元3处于连线状态，同时对状态存储手环2充电；
(2)拔离状态存储手环2，使其与状态控制单元3连线断开，打开状态控制单元3的船型控制开关，将状态控制单元3与工器具箱的工器具监控单元1建立关联。
(3)作业人员持作业人员ID识别模块5对着工器具箱的工器具监控单元1的感应区域感应，完成作业人员的身份识别，将作业人员与工器具箱的工器具监控单元1关联配对，即作业人员在作业时持作业人员ID识别模块5与工器具箱ID，读取成功后两者便建立了关联。
对作业人员身份识别可以采用除了RFID识别外，还可以是指纹识别或者面部识别或虹膜识别等。
(4)工器具监控单元1先对工具器进行初始化，即利用红外对射传感器扫描工具箱内各工器具的初始存储状态，之后实时监测初始化后的工器具存储状态，并实时将监测的工器具存储信息如所存储的工器具名称、位置、编号等信息传送给状态存储手环2，若工器具监控单元1实时监测的工器具存储信息与初始化的存储信息进行比判断出工具器的归还状态，若比对两者信息不一致，则工器具监控单元1发出报警提示，并同步至状态存储手环2，状态存储手环2和工器具监控单元1同时报警；直至工具器归还，实时监测的工器具存储信息与初始化信息保持一致；
当作业人员取出工具后，工器具箱打开，对应的工具安装位置处的光电提示元件开启，即报警灯会亮起来，给作业人员发出光电报警提示，当作业完毕，工器具箱闭合，第一报警模块、第二报警模块的光电报警元件、语音提示模块同时开启，工器具箱和状态存储手环2会显示出相应的语音、文字和信号灯的提醒。
表1 语音及文字提示内容
Figure BDA0002814481690000111
Figure BDA0002814481690000121
(5)工器具归还后，状态控制单元3读取所归还的工器具箱ID，判断若所归还的工器具箱是步骤(2)所关联的工器具箱，状态存储手环2与状态控制单元3连接，将所存储的信息全部上传给状态控制单元3，具体为：
(5.1)在作业人员归还工器具箱时，利用状态控制单元3的读卡器读取工器具箱ID，先判断所归还的工器具箱是否是在预先设定的归还区域内，若否，则状态控制单元3发送报警指令给状态存储手环2，状态存储手环2发出报警提示；若是，则进行步骤(5.2)；
(5.2)状态控制单元3的读卡器识别工器具箱，判断所归还的工器具箱是否为步骤(2)所关联的工器具箱，若否，则状态控制单元3发送报警指令给状态存储手环2，状态存储手环2发出报警提示；若是，将状态存储手环2插入状态控制单元3的相应接口，状态控制单元3与状态存储手环2连接，状态存储手环2将所存储的信息全部上传给状态控制单元3，关闭控制开关，工器具监控单元1与状态控制单元3处于离线状态。
(6)状态控制单元3将所接收的信息上传至总控制终端4，由总控制终端4对工具器的存储状态信息进行可视化分析，完成现场作业工器具的实时监控。
进一步限定，所述步骤6)具体包含：
6.1)状态控制单元3将所接收的信息上传至总控制终端4；
6.2)总控制终端4接收状态控制单元3上传的所有信息解析后按照预设路径存储；
6.3)总控制终端4将所存储的作业人员、作业时间、工器具箱ID、作业位置信息建立关联并用统计方法形成图标、曲线或列表显示出来。
作业人员信息分析：指某一作业人员在某一时间段进行了某种作业，用了哪些工具，是否有遗落在现场，使用通用的统计方法进行图表及列表显示。
使用信息和报警信息分析：某一个工具在一段时间内使用及报警次数统计，使用通用的统计方法显示单个工具一段时间内使用及报警使用曲线图，全部工具使用及报警饼状图看比例，参见图3。
对于统计分析的内容不仅限于此，可以根据管理的实际需求进行不同维度的组合分析，具体的分析手段均可采用常规的统计方法来完成。
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 (5)

1.一种现场作业铁路工器具实时监控系统，其特征在于，包括：
铁路工器具监控单元(1)：与状态控制单元(3)互通讯，接收状态控制单元(3)发送的监控开启或关闭指令，实时监控初始化后铁路工器具的使用状态，将监控的使用状态信息传送给状态存储装置，并发出报警提示时同步至状态存储手环(2)；
状态存储手环(2)：接收铁路工器具监控单元(1)发送的存储状态信息，并将存储状态信息传输给状态控制单元(3)；若接收到铁路工器具监控单元(1)的同步报警提示，则发出报警提示；
状态控制单元(3)：接收铁路工器具箱ID并与铁路工器具箱对应的铁路工器具监控单元(1)建立关联，向铁路工器具监控单元(1)发送监控开启或关闭指令，接收状态存储手环(2)的存储状态信息，并发送至总控制终端(4)；
总控制终端(4)：接收状态控制单元(3)所传送的存储状态信息，并对存储状态信息进行可视化分析，并显示出来；
铁路工器具所述铁路工器具监控单元(1)包括红外对射传感器、监控处理单元、第一报警模块、铁路工器具箱ID以及电源模块；
红外对射传感器，对铁路工器具箱内的各个铁路工器具进行红外对射扫描并将扫描信息传送至监控处理模块；
监控处理模块，分别与感应模块、红外对射传感器、第一报警模块、铁路工器具箱ID存储模块以及状态存储手环(2)连接或通讯，接收红外对射传感器所传输的扫描信息，并将扫描信息与初始扫描信息进行比对，判断铁路工器具的归还状态，并根据工具器的归还状态启动第一报警模块；
第一报警模块，接收监控处理模块发出的报警指令发出报警信号；
电源转换模块，与监控处理单元连接，向其供电。
2.根据权利要求1所述的现场作业铁路工器具实时监控系统，其特征在于：所述存储状态信息包括作业人员的个人身份信息、铁路工器具报警信息和工种数据。
3.根据权利要求1～2任一项所述的现场作业铁路工器具实时监控系统，其特征在于：所述实时监控系统还包括作业人员ID识别模块(5)，与铁路工器具箱的铁路工器具监控单元1(1)通讯。
4.根据权利要求1所述的现场作业铁路工器具实时监控系统，其特征在于：所述状态存储手环(2)包括蓄电池、无线收发模块、存储器、数据输出模块、第二报警模块以及存储控制微处理器，所述存储控制微处理器与存储器连接、数据接口、数据输出模块以及第二报警模块分别连接；所述第二报警模块与第一报警模块互通信。
5.一种现场作业铁路工器具实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在总控制终端(4)设定作业人员的身份信息和铁路工器具箱ID以及铁路工器具的使用权限；将状态存储手环(2)与状态控制单元(3)处于连线状态；
(2)拔离状态存储手环(2)，打开状态控制单元(3)的控制开关，使状态控制单元(3)、状态存储手环(2)分别与铁路工器具箱的铁路工器具监控单元(1)通讯；
(3)铁路工器具箱的铁路工器具监控单元(1)识别作业人员ID信息，并将作业人员ID与铁路工器具监控单元(1)建立关联；
(4)铁路工器具监控单元(1)先对工具器进行初始化，红外对射传感器扫描工具箱内各铁路工器具的初始存储状态，并将扫描的信息传输给监控处理模块，监控处理模块将各铁路工器具的初始存储状态进行存储，并传输给状态存储手环(2)；在作业过程中实时监测初始化后的铁路工器具存储状态，实时将监测的铁路工器具存储信息传送给状态存储手环(2)，若铁路工器具监控单元(1)实时监测的铁路工器具存储信息与初始化的存储信息进行比对判断出工具器的归还状态，若比对两者信息不一致，则铁路工器具监控单元(1)发出报警提示，并同步至状态存储手环(2)，状态存储手环(2)和铁路工器具监控单元(1)同时报警；直至工具器归还，实时监测的铁路工器具存储信息与初始化信息保持一致；
(5)铁路工器具归还时，状态控制单元(3)读取所归还的铁路工器具箱ID，判断若所归还的铁路工器具箱是否是步骤(2)所关联的铁路工器具箱及其是否在设定的归还区域内，同时，将状态存储手环(2)与状态控制单元(3)恢复连线，状态存储手环(2)将所存储的信息全部上传给状态控制单元(3)；具体为：
(5.1)在作业人员归还铁路工器具箱时，利用状态控制单元(3)先判断所归还的铁路工器具箱是否在预先设定的归还区域内，若否，则状态控制单元(3)发送报警指令给状态存储手环(2)，状态存储手环(2)发出报警提示；若是，则进行步骤(5.2)；
(5.2)状态控制单元(3)的读卡器识别铁路工器具箱，判断所归还的铁路工器具箱是否为步骤(2)所关联的铁路工器具箱，若否，则状态控制单元(3)发送报警指令给状态存储手环(2)，状态存储手环(2)发出报警提示；若是，则状态控制单元(3)与状态存储手环(2)连接，状态存储手环(2)将所存储的信息全部上传给状态控制单元(3)；(6)状态控制单元(3)将所接收的信息上传至总控制终端(4)，由总控制终端(4)对工具器的存储状态信息进行可视化分析，铁路工器具具体为：
(6.1)状态控制单元(3)将所接收的信息上传至总控制终端(4)；
(6.2)总控制终端(4)接收状态控制单元(3)上传的所有信息解析后按照预设路径存储；
(6.3)总控制终端(4)将所存储的作业人员、作业时间、铁路工器具箱ID、作业位置信息建立关联并用统计方法形成图标、曲线或列表显示出来，完成现场作业铁路工器具的实时监控。
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