CN113034847A - 一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统。包括智能安全帽、定位基站、安全监理工作站以及配合使用的智能安全管理模块；本发明针对传统安全帽和对讲机功能单一的不足，把工作人员定位、生命安全监测、作业环境安全预警、现场视频录制、实时语音通信多重功能整合到智能安全监测系统上，既为作业人员提供了极大的便利，又能实现对作业人员安全的全方位实时监护，能够及时发现作业人员作业状况，根据作业人员定位信息随时锁定作业人员工作区域，赢得了作业人员事故抢救时间，降低了作业风险和死亡率。

Description

一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统及方法
技术领域
本发明涉及电网运维技术领域，具体涉及一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统及方法。
背景技术
随着电网建设的高速发展，电网的覆盖范围越来越大，已逐步扩展到之前未能架设电网的山区等环境较为恶劣的地区，与此相对应的，对于电力巡检的要求越来越高，虽然市场上已经出现了用于电力巡检的无人机等电子电力巡检设备，但是其使用局限性较大，在夜晚或者雨雪天气无法正常使用，仍需大量的巡检人员来完成，而巡检人员在夜晚或者雨雪天气进行巡检时，极易发生危险。因此，对于巡检人员生命检测信息、定位信息及作业环境安全预警信息的及时收集和处理，对于保障作业人员的生命安全尤为重要。CN108903109A开了一种电力巡检安全帽包括帽体，所述帽体上设有电源模块、中央控制器模块、GPS模块，该发明能够驱蚊虫、自动定位、自动报警，有效保护巡检人员安全；该发明只对作业人员的位置信息进行监测，没有对人员的生命特征及环境信息进行监测。
本申请旨在提供一种智能安全监测系统，可以通过获取并分析作业人员生命特征信息、作业环境安全信息、人员定位信息，实现对作业人员安全全方位监护，为火电厂巡检人员的作业保驾护航。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统，具有人员定位及生命安全监测、环境安全预警、现场视频录制、语音通信多重复合功能，有效保障巡检作业人员的作业安全。
本发明的技术方案是：一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统，包括智能安全帽、定位基站、安全监理工作站以及配合使用的智能安全管理模块；
智能安全帽包括安全帽本体，安全帽本体上设置有生命体特征监测模块、环境监测模块、通讯模块、语音摄像模块、和充放电管理模块；
定位基站用于接收智能安全帽发射出的超宽带信号，并解析后得出与智能安全帽的绝对距离信息；定位基站为基于UWB超宽带通信技术的定位基站。
安全监理工作站包括服务器，用于实时指挥作业人员作业、接收作业现场画面和显示智能安全帽返回的定位信息、作业环境信息和作业人员生命体特征信息；并做出安全判断和预警
智能安全管理模块用于实现对智能安全帽进行的定位功能，以及对作业人员进行安全监测的功能。
进一步的，智能安全帽中的通讯模块分为UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块，且UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块在安全帽本体上左右对称设置。
智能安全管理模块实现对智能安全帽进行定位的方法，具体包括如下步骤：
第一步，定位基站的安装并建立世界坐标系
将发电厂的整个生产现场抽象为长方体模型，对发电厂的生产现场进行三维建模并构建坐标系，称为世界坐标系，所述定位基站安装在长方体模型的顶点上，并且规定其中任意的一个定位基站为该世界坐标系的原点；
第二步，根据智能安全帽上的UWB超宽带通讯模块发出的信号，得出智能安全帽与各定位基站的距离，根据智能安全帽与各定位基站的距离计算出智能安全帽在第一步所建立的坐标系中的绝对坐标值；
第三步，根据智能安全帽不同时刻的绝对坐标值计算出智能安全帽在该时间段内的三维合成移动速度和三维合成加速度。
进一步的，对智能安全帽进行定位时，在第三步中预先设立智能安全帽的三维合成移动速度和三维合成加速度的阈值。
进一步的，定位基站为8个，分别设置于长方体模型的8个顶点上。
进一步的，智能安全管理模块对智能安全帽进行定位时，在第一步中，根据发电厂实际情况，将生产现场的不同区域，划分成不同的三维坐标区间，并以此为根据采用SLAM技术构建出虚拟地图，虚拟地图上实时可视化标注智能安全帽当前的位置信息。
智能安全管理模块实现对作业人员的安全监测方法，包括下列步骤：
步骤一、建立安全帽坐标系，
选取安全帽帽沿作为基准面，将UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块所确定直线作为X轴,并以UWB超宽带主通讯模块为原点，建立一个坐标系，称为安全帽坐标系；综合世界坐标系和安全帽坐标系，规定两个坐标系中对应的某条轴的夹角φ的取值范围；
步骤二、姿态信息判定
根据检测到的智能安全帽的三维合成移动速度和三维合成加速度及夹角φ的数值，判定作业人员的作业情况。
进一步的，对作业人员进行安全监测时，步骤二中的姿态信息判定；包括下列情况：
a)当检测到φ超出取值范围时视为智能安全帽姿态异常，即视为人员姿态异常；
b)若检测到智能安全帽的三维合成移动速度为0，并且采集不到工作人员体温、心率、血压信息，则判定为作业人员违规脱下安全帽；
c) 若监测到工作人员姿态异常，并且智能安全帽三维合成移动速度为0，并保持时间T1以上，则判定为工作人员倒地并进行预警，此时若作业人员体温、心率、血压异常，并且在T2时间内无预警回复，进一步判定为作业人员昏迷或者死亡；其中T1与T2为预先设定的时间；
d) 若智能安全帽的三维合成移动速度和三维合成加速度均大于规定的阈值,则判定作业人员高处坠落。
与现有技术相比本发明的有益效果：本发明针对传统安全帽和对讲机功能单一的不足，把工作人员定位、生命安全监测、作业环境安全预警、现场视频录制、实时语音通信多重功能整合到智能安全监测系统上，既为作业人员提供了极大的便利，又能实现对作业人员安全的全方位实时监护，能够及时发现作业人员作业状况，根据作业人员定位信息随时锁定作业人员工作区域，赢得了作业人员事故抢救时间，降低了作业风险和死亡率。
附图说明
图1为本发明所述的智能安全监测系统主要组成部分示意图；
图2为本发明所述的具有多重复合功能的智能安全帽示意图；
图3为本发明所述的火力发电厂生产现场建模及定位基站安装方法示意图。
图中：21-安全帽本体，22-生命体特征监测模块，23-环境监测模块，24-UWB超宽带主通讯模块，25-语音摄像模块，26-UWB超宽带副通讯模块，27-充放电管理模块，31~38-定位基站。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，本实施例中未具体说明的方法或工艺，均为现有技术。
实施例1
如图1-3所示，是一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统，包括智能安全帽、定位基站、安全监理工作站以及配合使用的智能安全管理模块；
智能安全帽包括安全帽本体21及安装于其上的生命体特征监测模块22、环境监测模块23、UWB超宽带主通讯模块24、语音摄像模块25、UWB超宽带副通讯模块26和充放电管理模块27； UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块在安全帽本体上左右对称设置，所述的生命体特征监测模块22可以采集工作人员体温、心率、血压；环境监测模块23可以采集工作环境空气可燃气体含量、氧气含量、二氧化硫等有害有毒气体含量，如各气体含量超出相关设定范围进行预警；所述的UWB超宽带主通讯模块24，它集成了用于UWB超宽带通信的通讯芯片，用于传输通信数据和定位信号；所述的语音摄像模块25用于实时图像采集和作业人员实时点对点、点对多语音视频通信；所述的UWB超宽带副通讯模块26既可以精确工作人员定位信息，还可以用来配合UWB超宽带主通讯模块24一起判断工作人员身体姿态是否异常；所述的充放电管理模块27主要为智能安全帽各个模块提供电源和管理充放电。
定位基站用于接收智能安全帽发射出的超宽带信号，并解析后得出与智能安全帽的绝对距离信息；定位基站为基于UWB超宽带通信技术的定位基站。
安全监理工作站包括至少一台服务器，用于实时指挥工作人员作业、接收作业现场画面和显示智能安全帽返回的定位信息、作业环境信息和作业人员生命体特征信息；并做出安全判断和预警
智能安全管理模块用于实现对智能安全帽进行的定位功能，以及对作业人员进行安全监测的功能。
本实施例中为实现定位功能，首先对火电厂整个生产现场近似长方体处理，然后进行三维建模并构建世界坐标系，最后将8个定位基站（31-38）分别安装在长方体的每个顶点，其中定位基站31的坐标设为世界坐标系O-XYZ原点（0，0，0）；将定位基站31的坐标设为世界坐标原点（0，0，0），并且各个定位基站的坐标已经确定，联立各个定位基站到UWB超宽带主通讯模块（智能安全帽）的测算距离S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，可以精确计算出智能安全帽（作业人员）的绝对坐标值（X,Y,Z）；再根据工作人员（智能安全帽）绝对坐标值（X,Y,Z）计算出智能安全帽三维合成移动速度S和合成加速度A，并预先设立移动速度、加速度阈值SR、AR。
将实际生产现场不同工作区划分不同的三维坐标区间，并以此为根据采用SLAM技术构建虚拟地图，在虚拟地图上可以实时可视化标注智能安全帽（工作人员）当前工作区域及详细位置信息。
为实现人员安全监测功能，本实施例选取安全帽帽沿作为基准面，将UWB超宽带主通讯模块24和UWB超宽带副通讯模块26所确定直线作为 (x ) ̅轴，建立新的坐标系¯o-¯x¯y ¯z,并将UWB超宽带主副通讯模块24设为新坐标的原点，基于世界坐标O-XYZ和坐标系¯o-¯x ¯y ¯z进一步求出由轴OZ到轴¯o ¯z的夹角φ，若φ超出一定范围值视为智能安全帽（工作人员）姿态异常。
若智能安全帽的三维合成移动速度S=0，并且采集不到工作人员体温、心率、血压信息，则判定为作业人员违规脱下安全帽；
若三维姿态监测模块监测到工作人员姿态异常，并且智能安全帽三维合成移动速度S=0，并保持时间T1以上，则判定为工作人员倒地并进行预警，此时若作业人员体温、心率、血压异常，并且在T2时间内无预警回复，进一步判定为作业人员昏迷或者死亡；
若智能安全帽的三维合成移动速度S>SR,并且A>AR,则判定作业人员高处坠落。
显然，以上仅为本发明的部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有前述各种技术特征的组合和变型，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的改进、变型、等同替换，或者将本发明的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果，都属于本发明包括的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于，使用定位基站实现对智能安全帽的定位，包括如下步骤：
第一步，建立世界坐标系：
将目标区域抽象为长方体模型，进行三维建模并构建坐标系，将定位基站安装在长方体模型的顶点上，并规定其中任意的一个顶点为世界坐标系的原点；
第二步，获取智能安全帽与各定位基站的距离，根据智能安全帽与各定位基站的距离计算出智能安全帽在第一步所建立的坐标系中的绝对坐标值；
第三步，根据智能安全帽不同时刻的绝对坐标值计算出智能安全帽在该时间段内的三维合成移动速度和三维合成加速度。
2.根据权利要求1所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于，在第三步中预先设定智能安全帽的三维合成移动速度和三维合成加速度的阈值。
3.根据权利要求2所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于：所述定位基站为8个，分别设置于长方体模型的8个顶点上。
4.根据权利要求2所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于：第一步中，所述目标区域为发电厂的实际生产现场，将实际生产现场的不同工作区划分为不同的三维坐标区间，并以此为根据采用SLAM技术构建出虚拟地图，虚拟地图上实时可视化标注智能安全帽当前的位置信息。
5.根据权利要求4所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于：使用智能安全帽与世界坐标系配合实现人员的安全监测功能，包括如下步骤：
步骤一、建立安全帽坐标系
选取智能安全帽帽沿作为基准面，由智能安全帽上的通讯模块,确定坐标轴和原点，建立一个坐标系，该坐标系称为安全帽坐标系；综合世界坐标系和安全帽坐标系，规定两个坐标系中对应的某条轴的夹角φ的取值范围；
步骤二、姿态信息判定
根据检测到的智能安全帽的三维合成移动速度、三维合成加速度及夹角φ的数值，判定作业人员的实际作业情况。
6.根据权利要求4所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测方法；其特征在于：所述姿态信息判定包括下列情况：
a)当检测到φ超出取值范围时视为智能安全帽姿态异常，即视为人员姿态异常；
b)若检测到智能安全帽的三维合成移动速度为0，并且采集不到工作人员体温、心率、血压信息，则判定为作业人员违规脱下安全帽；
c) 若监测到工作人员姿态异常，并且智能安全帽三维合成移动速度为0，并保持时间T1以上，则判定为工作人员倒地并进行预警，此时若作业人员体温、心率、血压异常，并且在T2时间内无预警回复，进一步判定为作业人员昏迷或者死亡；其中T1与T2为预先设定的时间；
d) 若智能安全帽的三维合成移动速度和三维合成加速度均大于规定的阈值,则判定作业人员高处坠落。
7.一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统；其特征在于：包括智能安全帽、定位基站、安全监理工作站及智能安全管理模块；所述的智能安全帽用于收集信息，并与定位基站及安全监理工作站通讯；所述定位基站用于接收智能安全帽发射出的超宽带信号，并解析后得出与智能安全帽的绝对距离信息；所述安全监理工作站包括服务器，用于实时指挥作业人员作业、接收作业现场画面和显示智能安全帽返回的定位信息、作业环境信息和作业人员生命体特征信息；并做出安全判断和预警；所述智能安全管理模块用于实现对智能安全帽的定位功能，以及对人员的安全监测功能。
8.根据权利要求7所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统；其特征在于，所述智能安全帽包括安全帽本体，安全帽本体上设置有生命体特征监测模块、环境监测模块、通讯模块、语音摄像模块和充放电管理模块。
9.根据权利要求8所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统；其特征在于，所述智能安全帽中的通讯模块包括UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块。
10.根据权利要求9所述的一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统；其特征在于，所述UWB超宽带主通讯模块和UWB超宽带副通讯模块在安全帽本体上左右对称设置。
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