CN113171110A - 有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，包括作业系统、环境因素子系统、数据采集子系统和数据分析子系统；作业系统用于模拟有限空间作业人员对地下排水管道进行检维修作业；环境因素子系统用于为有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验提供所需要的可控环境因素；数据采集子系统用于监测所述的可控环境因素以及获取有限空间作业人员在不同环境因素作用下的生理数据和心理数据；数据分析子系统利用人机环境测试云平台，实现人‑机‑环境多通道数据与综合人机工效分析。能够实现对有限空间作业人员在作业过程中的个体安全状态监测和分析，得到有限空间作业人员在不同环境因素作用下的心生理特征规律，为有限空间作业的风险感知识别、事故预防预警和应急救援等技术的发展提供理论基础。

Description

有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统

技术领域

本发明涉及一种有限空间作业安全技术，尤其涉及一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统。

背景技术

近年来，随着经济社会的快速发展和工业化、城镇化进程的不断加速，工贸企业数量和规模大幅增加，市政地下管线大量敷设，检查井室、污水池、管沟、罐、釜等有限空间数量及其作业频次猛增，有限空间作业安全问题日益显现。有限空间环境相对狭小、自然通风不良，容易积聚易燃易爆、有毒有害气体或造成氧含量不足，且长期处于封闭或半封闭的状态，作业人员受温度、湿度和照度等复杂环境的影响，其生理、心理存在较大的不稳定性和难控性，由工作疲劳和操作失误引发的人员伤亡事故屡见不鲜，且一旦救援措施不当或者盲目开展救援，更会扩大事故伤亡后果，造成更为严重的损失。

现有的实验系统主要是在开放空间中，通过评价量表的形式判断作业人员的个体安全状态，主观性较强，得到的结果不够准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，包括作业系统、环境因素子系统、数据采集子系统、数据分析子系统，所述数据分析子系统分别与所述环境因素子系统、数据采集子系统连接；

所述数据采集子系统包括环境因素监测单元、生理状态监测单元和心理状态监测单元；

所述数据分析子系统包括环境因素数据处理单元、生理状态数据处理单元、心理状态数据处理单元和人机环境测试云平台。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的有限空间作业人员个体安全状态监测实验系统，通过对生理、心理参数的测量和分析，得到更准确的有限空间作业人员在不同环境因素作用下的心生理特征规律，可以实现有限空间作业人员在不同环境因素条件下的个体安全状态监测实验，为有限空间作业的风险感知识别、事故预防预警和应急救援等技术的发展提供理论基础。

附图说明

图1为本发明实施例提供的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统示意图。

图2为本发明实施例的系统框图。

图中：

1)人机环境测试云平台；2)系统控制机柜；3)轴流风机；4)1#强光灯；5)2#强光灯；6)摄像头；7)空调；8)温度传感器；9)湿度传感器；10)光度传感器；11)CO₂传感器；12)加湿器；13)1#热风机；14)有限空间环境模拟装置；15)2#热风机；16)CO₂气瓶；17)智能穿戴人因记录仪；18)可穿戴眼动追踪系统；19)可穿戴脑电测量系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其较佳的具体实施方式是：

包括作业系统、环境因素子系统、数据采集子系统、数据分析子系统，所述数据分析子系统分别与所述环境因素子系统、数据采集子系统连接；

所述数据采集子系统包括环境因素监测单元、生理状态监测单元和心理状态监测单元；

所述数据分析子系统包括环境因素数据处理单元、生理状态数据处理单元、心理状态数据处理单元和人机环境测试云平台。

所述环境因素监测单元包括温度传感器、湿度传感器、光度传感器和二氧化碳浓度传感器；

所述生理状态监测单元包括无线皮电传感器、无线皮温传感器、无线脉搏传感器、无线呼吸传感器、可穿戴眼动追踪系统和可穿戴脑电测量系统；

所述心理状态监测单元包括面部表情分析系统和心理行为功能测试仪；

所述生理状态数据处理单元包括皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电生理数据处理子单元；

所述心理状态数据处理单元包括面部表情分析子单元、情绪状态识别以及注意力、反应时测验子单元；

所述人机环境测试云平台设有人-机-环境多通道数据与综合人机工效分析单元。

所述作业系统包括管道、检修工具、空气呼吸器，所述管道为用法兰连接的多节排水管，用于模拟有限空间作业人员对地下排水管道进行检维修作业；

所述环境因素子系统包括系统控制机柜、轴流风机、空调、加湿器、热风机、二氧化碳气瓶和强光灯。

所述环境因素子系统用于为有限空间作业人员个体安全状态监测实验提供所需要的可控环境因素；

所述可控环境因素包括有限空间内的温度、湿度、光照强度以及二氧化碳浓度；

所述数据采集子系统用于监测所述的可控环境因素以及获取有限空间作业人员在不同环境因素作用下的生理数据和心理数据；所述生理数据包括皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电数据；

所述数据分析子系统用于分析不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征规律。

所述环境因素数据处理单元用于对有限空间内的环境因素数据进行处理，去除其他环境因素，保留包含温度、湿度、光照强度以及二氧化碳浓度的环境因素；

所述生理状态数据处理单元用于对所述生理状态数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电生理数据特征指标；

所述心理状态数据处理单元用于对所述心理状态数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的心理状态特征指标。

所述皮电数据处理子单元用于采用时域分析法和事件相关分析法对所述皮电数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮电指标；

所述皮温数据处理子单元用于采用离散分析法和频域分析法对所述皮温数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮温指标；

所述脉搏数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述脉搏数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的心率变异性指标；

所述呼吸数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述呼吸数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的呼吸指标；

所述眼动数据处理子单元用于根据眨眼、眼跳和注视特征分析，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的眼动评判关键指标；

所述脑电数据处理子单元用于采用脑电功率谱特征分析法对所述脑电数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的脑电功率谱特征指标。

所述心理状态数据处理单元通过面部表情分析、情绪状态识别以及注意力、反应时测验，获取作业人员在不同环境因素下的心理状态；

所述人机环境测试云平台用于人-机-环境多通道数据与综合人机工效分析，分析不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征规律。

本发明的有限空间作业人员个体安全状态监测实验系统，通过对多种人体心生理指标测试结果的分析，达到更准确确定有限空间作业人员个体安全状态的目的。

具体实施例：

如图1、图2所示，本发明提供的一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统包括3个子系统，分别是作业系统、环境因素子系统、数据采集子系统、数据分析子系统。

作业系统包括管道、检修工具、空气呼吸器，所述管道为用法兰连接的多节排水管，作业人员佩戴空气呼吸器利用检修工具对排水管道进行检维修作业；环境因素子系统包括系统控制机柜、轴流风机、空调、加湿器、热风机、二氧化碳气瓶和强光灯，主要用来控制有限空间内的温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度。所述环境因素子系统用于为有限空间提供作业人员作业过程个体安全状态监测实验所需要的环境因素；所述环境因素包括温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度。

数据采集子系统包括环境因素监测单元、生理状态监测单元和心理状态监测单元。所述环境因素监测单元包括温度传感器、湿度传感器、光度传感器和二氧化碳浓度传感器，用于监测有限空间内环境因素(温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度以及其他环境因素)；所述生理状态监测单元包括智能穿戴人因记录仪、可穿戴眼动追踪系统和可穿戴脑电测量系统；所述智能穿戴人因记录仪包括皮电传感器、皮温传感器、脉搏传感器和呼吸传感器，用于实时监测作业人员生理参数(皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电生理数据)；所述可穿戴眼动追踪系统用于无线传输眼动追踪数据，实时查看被试者的视线位置；可穿戴脑电测量系统用于同步采集分析被试者的脑电信号；所述心理状态监测单元包括有限空间作业人员不安全心理及行为量表，用于获取作业人员心理状态自我评价数据。

数据分析子系统分别与环境因素子系统和收集采集子系统连接。数据分析子系统包括环境因素数据处理单元、生理状态数据处理单元和心理状态数据处理单元和人机环境测试云平台；所述人机环境测试云平台用于人-机-环境多通道数据与综合人机工效分析，分析不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征规律。

现有的实验系统是在开放空间中，通过主观评价量表的形式判断人员的个体状态，主观性较强，得到的结果不够准确。而本发明提供了一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，可以通过对作业人员生理、心理参数的测量和分析，得到更准确的作业人员心生理特征规律。

本发明提供的实验系统的实验过程描述如下：

1、环境因素子系统提供有限空间内需要的环境因素，包括分别或同时开启系统控制机柜、轴流风机、空调、加湿器、热风机、二氧化碳气瓶和强光灯。

2、作业人员在有限空间内，佩戴无线皮电传感器、无线皮温传感器、无线脉搏传感器、无线呼吸传感器、可穿戴眼动追踪系统和可穿戴脑电测量系统，佩戴空气呼吸器，利用检修工具对排水管道进行检维修作业。

3、在作业过程中实时监测环境因素参数、作业人员的生理数据(包括皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电)和面部表情数据，以及在不同环境因素作用下作业人员的心理行为测试数据。

4、对环境因素参数、作业人员生理参数和心理状态进行分析。采用滤波方法对有限空间内温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度环境因素进行处理和分析，去除其他环境因素，避免其他环境因素对实验的干扰。采用时域分析和事件相关分析对皮电信号进行处理，对时域分析法中的SC(皮肤电导)的平均值和标准差、事件相关分析中的SCR Count(皮肤电导反应次数)和SCL(皮肤电导水平)进行统计分析，找出有限空间作业人员在不同环境因素作用下存在显著性变化的皮电参数。采用方差分析方法对皮肤温度的平均值和标准差进行统计分析，找出有限空间作业人员在不同环境因素作用下存在显著性变化的皮温参数。采用时域分析和频域分析方法对脉搏数据进行处理，时域分析法是围绕R-R间期的变化而展开分析，通过统计学离散趋势分析法计算Mean IBI(R-R间期平均数)、SDNN(R-R间期标准差)和PNN20(相邻N-N间期之差大于20的心搏数占总间期数的百分数)等指标，这些指标反映了心率变异性的变化，通过心率变异性的变化可以反映人体生理状态的变化；频域分析主要关注LF(低频段率)、HF(高频段率)和LF/HF三个指标，LF成份主要代表交感神经或受交感神经与迷走神经的双重影响，HF成份则仅反映迷走神经活性，LF成份与HF成份能量的比值(LF/HF)可以用来反映交感和迷走神经活性均衡性。采用时域分析和频域分析对呼吸信号进行处理，对时域分析中呼吸频率的平均值、呼吸频率的标准差、呼吸频率的最大值和最小值的差，以及频域分析中频带的功率进行统计分析，找出有限空间作业人员在不同环境因素作用下存在显著性变化的呼吸参数。采用脑电功率谱特征分析法对脑电数据进行处理，得到脑电功率谱特征指标，脑电功率谱特征可较为直观形象的反映出不同节律脑电信号能量特征的变化，通过分析得到α波、β波、θ波、δ波的能量，根据不同波段能量之间的关系来反映人体状态的变化。通过对生理、心理指标数据的分析，得到在不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征及其变化规律，并判断此种情况下人体状态的好坏。

本发明提供的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，首先提出了温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度四个重要环境要素对有限空间作业人员个体安全状态的影响；然后提出包含生理参数和心理状态作为作业人员个体安全状态监测指标；接着使用环境要素参数、生理参数和心理参数作为数据分析的输入，得到有限空间作业人员在不同环境因素作用下的心生理特征规律。

本发明提出了对有限空间作业人员生理和心理状态进行测试分析的技术途径，能够在不同环境要素作用下对作业人员个体安全状态进行监测实验，达到了更准确确定个体安全状态的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于，包括作业系统、环境因素子系统、数据采集子系统、数据分析子系统，所述数据分析子系统分别与所述环境因素子系统、数据采集子系统连接；

所述数据采集子系统包括环境因素监测单元、生理状态监测单元和心理状态监测单元；

所述数据分析子系统包括环境因素数据处理单元、生理状态数据处理单元、心理状态数据处理单元和人机环境测试云平台。

2.根据权利要求1所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述环境因素监测单元包括温度传感器、湿度传感器、光度传感器和二氧化碳浓度传感器；

所述生理状态监测单元包括无线皮电传感器、无线皮温传感器、无线脉搏传感器、无线呼吸传感器、可穿戴眼动追踪系统和可穿戴脑电测量系统；

所述心理状态监测单元包括面部表情分析系统和心理行为功能测试仪；

所述生理状态数据处理单元包括皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电生理数据处理子单元；

所述心理状态数据处理单元包括面部表情分析子单元、情绪状态识别以及注意力、反应时测验子单元；

所述人机环境测试云平台设有人-机-环境多通道数据与综合人机工效分析单元。

3.根据权利要求2所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述作业系统包括管道、检修工具、空气呼吸器，所述管道为用法兰连接的多节排水管；

所述环境因素子系统包括系统控制机柜、轴流风机、空调、加湿器、热风机、二氧化碳气瓶和强光灯。

4.根据权利要求3所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述环境因素子系统用于为有限空间作业人员个体安全状态监测实验提供所需要的可控环境因素；

所述可控环境因素包括有限空间内的温度、湿度、光照强度以及二氧化碳浓度；

所述数据采集子系统用于监测所述的可控环境因素以及获取有限空间作业人员在不同环境因素作用下的生理数据和心理数据；所述生理数据包括皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电数据；

所述数据分析子系统用于分析不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征规律。

5.根据权利要求4所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述环境因素数据处理单元用于对有限空间内的环境因素数据进行处理，去除其他环境因素，保留包含温度、湿度、光照强度以及二氧化碳浓度的环境因素；

所述生理状态数据处理单元用于对所述生理状态数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮电、皮温、脉搏、呼吸、眼动和脑电生理数据特征指标；

所述心理状态数据处理单元用于对所述心理状态数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的心理状态特征指标。

6.根据权利要求5所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述皮电数据处理子单元用于采用时域分析法和事件相关分析法对所述皮电数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮电指标；

所述皮温数据处理子单元用于采用离散分析法和频域分析法对所述皮温数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的皮温指标；

所述脉搏数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述脉搏数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的心率变异性指标；

所述呼吸数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述呼吸数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的呼吸指标；

所述眼动数据处理子单元用于根据眨眼、眼跳和注视特征分析，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的眼动评判关键指标；

所述脑电数据处理子单元用于采用脑电功率谱特征分析法对所述脑电数据进行处理，确定在不同环境因素下有限空间作业人员的脑电功率谱特征指标。

7.根据权利要求5所述的有限空间作业人员作业过程个体安全状态监测实验系统，其特征在于：

所述心理状态数据处理单元通过面部表情分析、情绪状态识别以及注意力、反应时测验，获取作业人员在不同环境因素下的心理状态；

所述人机环境测试云平台用于人-机-环境多通道数据与综合人机工效分析，分析不同环境因素作用下有限空间作业人员的心生理特征规律。

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