CN113782203B - 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法 - Google Patents

一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113782203B
CN113782203B CN202111070241.XA CN202111070241A CN113782203B CN 113782203 B CN113782203 B CN 113782203B CN 202111070241 A CN202111070241 A CN 202111070241A CN 113782203 B CN113782203 B CN 113782203B
Authority
CN
China
Prior art keywords
obtaining
rate
temperature
sweating
heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111070241.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113782203A (zh
Inventor
吴建松
朱慧中
胡祝强
李乐天
白一平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Original Assignee
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Mining and Technology Beijing CUMTB filed Critical China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority to CN202111070241.XA priority Critical patent/CN113782203B/zh
Publication of CN113782203A publication Critical patent/CN113782203A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113782203B publication Critical patent/CN113782203B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H50/00ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics
    • G16H50/30ICT specially adapted for medical diagnosis, medical simulation or medical data mining; ICT specially adapted for detecting, monitoring or modelling epidemics or pandemics for calculating health indices; for individual health risk assessment
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H10/00ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data
    • G16H10/60ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data for patient-specific data, e.g. for electronic patient records
    • G16H10/65ICT specially adapted for the handling or processing of patient-related medical or healthcare data for patient-specific data, e.g. for electronic patient records stored on portable record carriers, e.g. on smartcards, RFID tags or CD
    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16HHEALTHCARE INFORMATICS, i.e. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR THE HANDLING OR PROCESSING OF MEDICAL OR HEALTHCARE DATA
    • G16H40/00ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices
    • G16H40/60ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices
    • G16H40/67ICT specially adapted for the management or administration of healthcare resources or facilities; ICT specially adapted for the management or operation of medical equipment or devices for the operation of medical equipment or devices for remote operation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)

Abstract

本发明提供了一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,属于热伤害预警技术领域,本发明提供的一种作业人员热伤害就地实时预警方法包括:获取环境参数和作业人员的生理参数;根据环境参数和生理参数得到热积累率和预期出汗率,并利用热积累率和预期出汗率得到核心温度和总出汗量,根据核心温度和总出汗量向工作人员发送预警信息。本发明通过利用作业人员的生理参数和环境参数来得到热积累率和预期出汗率,可以精准的得到作业人员在所处环境的核心温度和总出汗量,可以实现快速及时的作业人员热伤害就地实时预警,保障人员在作业过程中的身体安全。

Description

一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法
技术领域
本发明涉及热伤害预警技术领域,特别是涉及一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法。
背景技术
当今全球变暖成为了一个严峻的问题,各国每年因为高温作业导致的人身伤害事件频发。消防救援、冶金采矿、道路抢修、电网建设与维修、应急抢险作业等高温工作人员会长时间暴露在高温环境中,不仅显著降低工作效率,而且生命健康和安全会受到较大威胁。近年我国提出总体国家安全观,推进安全生产领域改革发展,落实“安全第一、预防为主”的指导方针。户外作业人员经常需要在高温环境下进行一系列工作,不可避免的会面临热环境暴露造成的热应激风险。因此,为保障户外作业人员对身体健康和安全,研发高温环境下作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,对高温环境下作业人员的剩余可工作时间进行实时计算和预测尤为重要。
目前,高温环境下作业人员热生理反应预测模型具有计算量大,计算时间长的缺点,难以进行实时预警。
发明内容
本发明的目的是提供一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,以解决现有的作业人员热生理反应预测模型计算量大,计算时间长的问题。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种作业人员热伤害就地实时预警装置,包括:
可携带设备,用于采集环境参数和作业人员的生理参数;所述环境参数包括环境温度、环境湿度、风速和GPS坐标;所述生理参数包括皮肤温度、身高和体重;
5G边缘网关与所述可携带设备连接,用于传输所述环境参数和所述生理参数;
边缘计算平台与所述5G边缘网关连接,用于接受并对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;
云计算平台与所述边缘计算平台连接,用于根据所述初步处理后的生理参数得到作业人员的预警信息。
优选的,所述可携带设备包括:
键盘模块,用于输入作业人员的所述身高和所述体重;
温度湿度测量模块,用于采集所述环境温度和所述环境湿度;
风速测量模块,用于采集所述风速;
GPS模块,用于采集所述GPS坐标;
皮肤温度测量模块,用于采集所述皮肤温度;
PLC控制模块,分别与所述键盘模块、所述温度湿度测量模块、所述风速测量模块、所述GPS模块、所述皮肤温度测量模块和所述5G边缘网关连接,用于将所述环境参数和所述生理参数传输到所述5G边缘网关。
优选的,所述可携带设备还包括:显示模块和发声模块;所述显示模块和所述发声模块均与所述PLC控制模块连接。
本发明还提供了一种作业人员热伤害就地实时预警方法,包括:
获取环境参数和作业人员的生理参数;
对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;所述初步处理后的生理参数包括人体皮肤表面积、人体热容、95%的人安全时的最大失水量、水蒸汽分压、皮肤温度对应的饱和蒸汽分压和人体新陈代谢量;
根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量;
根据环境参数得到环境热积累率系数;其中,所述热积累率系数为:
Figure BDA0003260162820000021
其中,Q表示环境湿度,F表示风速,ΔO表示皮肤温度与环境温度的差值的绝对值;
采用公式:
dSeq=Swmax(tcr,eqi-tcr,eqi-1)×B
得到热积累率;其中,tcr,eqi表示时间步长i时与新陈代谢水平对应的核心温度;
采用公式:
Ereq=M-dSeq-W-Cres-Eres-C-R
得到蒸发散热量;其中,Ereq表示蒸发散热量,M表示人体新陈代谢量,W表示人体所完成的机械功,Cres表示对流散热量,Eres表示呼出气体蒸发热流率,C表示人体皮肤与外界环境之间以热对流形式进行的热交换量,R表示人体皮肤与外界环境之间以热辐射形式进行的热交换量;
根据所述最大出汗率得到预期出汗率;
根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量;
根据所述核心温度和所述总出汗量向工作人员发送预警信息。
优选的,所述根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量,包括:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000031
得到最大出汗率;其中,Swmax表示最大出汗率,M表示人体新陈代谢量,Ask表示人体皮肤表面积;
采用公式:
Figure BDA0003260162820000032
得到最大蒸发热流量;其中,Emax表示最大蒸发热流量,psk表示皮肤温度对应的饱和蒸汽分压,pa表示水蒸汽分压,Rcl表示服装湿阻。
优选的,所述根据所述最大出汗率得到预期出汗率,包括:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000041
得到汗蒸发效率;其中,rreq表示出汗蒸发效率wreq表示皮肤湿润率;
采用公式:
Figure BDA0003260162820000042
得到出汗率;
采用公式:
Figure BDA0003260162820000043
得到预期出汗率。
优选的,所述根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量,包括:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000044
得到核心温度;其中tcr,i为i时刻时的核心温度,ai表示i时刻时的皮肤温度系数,tsk,i表示时间步长i时的皮肤温度,dSi表示时间步长i对应的热累积率,Csp表示人体热容
采用公式:
Figure BDA0003260162820000045
得到总出汗量;其中Swtotg,i表示时刻i时的总出汗量,Ask表示人体皮肤表面积,Swtot,i表示时刻i时的总出汗失水量。
本发明还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供了一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,本发明提供的一种作业人员热伤害就地实时预警方法包括:获取环境参数和作业人员的生理参数;根据环境参数和生理参数得到热积累率和预期出汗率,并利用热积累率和预期出汗率得到核心温度和总出汗量,根据核心温度和总出汗量向工作人员发送预警信息。本发明通过利用作业人员的生理参数和环境参数来得到热积累率和预期出汗率,可以精准的得到作业人员在所处环境的核心温度和总出汗量,可以实现快速及时的作业人员热伤害就地实时预警,保障人员在作业过程中的身体安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种作业人员热伤害就地实时预警装置的原理图;
图2为本发明提供的可携带设备的装置结构图;
图3为本发明提供的作业人员核心温度预测图;
图4为本发明提供的作业人员出汗量预测图。
附图标记说明:
1-风速测量模块;2-GPS模块;3-温度湿度测量模块;4-皮肤温度测量模块;5-显示模块;6-键盘模块;7-发声模块。
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。
本发明的目的是提供一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,以解决现有的作业人员热生理反应预测模型计算量大,计算时间长的问题。
请一并参阅图1-2,为实现上述目的,本发明提供了如下方案:一种作业人员热伤害就地实时预警装置,包括:可携带设备、5G边缘网关、边缘计算平台和云计算平台。
可携带设备,用于采集环境参数和作业人员的生理参数;所述环境参数包括环境温度、环境湿度、风速和GPS坐标;所述生理参数包括皮肤温度、身高和体重;5G边缘网关与所述可携带设备连接,用于传输所述环境参数和所述生理参数;边缘计算平台与所述5G边缘网关连接,用于接受并对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;云计算平台与所述边缘计算平台连接,用于根据所述初步处理后的生理参数得到作业人员的预警信息。
作为本发明另一种具体的实施方式,可携带设备包括:键盘模块6、温度湿度测量模块3、风速测量模块1、GPS模块2、皮肤温度测量模块4、PLC控制模块、显示模块5、发声模块7。所述可携带设备采集的数据有环境温度、环境湿度、风速、GPS坐标,皮肤温度、身高、体重,其中身高和体重通过键盘手动输入。
键盘模块6,用于输入作业人员的所述身高和所述体重;温度湿度测量模块3,用于采集所述环境温度和所述环境湿度;风速测量模块,用于采集所述风速;GPS模块2,用于采集所述GPS坐标;皮肤温度测量模块4,用于采集所述皮肤温度;PLC控制模块,分别与所述键盘模块6、所述温度湿度测量模块、所述风速测量模块1、所述GPS模块2、所述皮肤温度测量模块4和所述5G边缘网关连接,用于将所述环境参数和所述生理参数传输到所述5G边缘网关。所述显示模块5和所述发声模块7均与所述PLC控制模块连接。
本发明还提供了一种作业人员热伤害就地实时预警方法,包括:
获取环境参数和作业人员的生理参数;
对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;所述初步处理后的生理参数包括人体皮肤表面积、人体热容、95%的人安全时的最大失水量、水蒸汽分压、皮肤温度对应的饱和蒸汽分压和人体新陈代谢量。
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的说明:
步骤一,使用所述可携带设备实时采集环境参数和作业人员的生理参数;
某高温作业人员到达工作现场,打开可携带设备,通过键盘输入身高1.78米,体重71.2千克,将皮肤温度测量模块紧贴到皮肤上,按下确认键,设备自动测量环境温度39.0℃、环境湿度30%、风速2m/s、GPS坐标为104.076291,30.658913、皮肤温度34.2℃。
步骤二,使用所述5G边缘网关可以把可携带设备采集的数据快速传送到边缘计算平台,而5G网络可以低延时的快速响应并及时上报和返回平台处理数据和指令。
步骤三,边缘计算平台对可携带设备采集的数据进行初步计算处理,然后把处理后的数据传送到云计算平台;
在边缘计算平台对数据初步处理的过程包括以下:
计算基础参数Ask,csp,Dmax95,pa,psk,M。计算公式如下:
Ask=0.202×W0.425×H0.725
csp=57.83×W0.425×H0.725
Dmax95=3%×W×1000
Figure BDA0003260162820000071
Figure BDA0003260162820000072
Figure BDA0003260162820000073
其中Ask为人体皮肤表面积,单位m2,csp为人体热容,单位W/m2·K,Dmax95为95%的人安全时的最大失水量,单位g,pa为水蒸汽分压,单位kPa,psk为皮肤温度对应的饱和蒸汽分压,单位kPa,M为人体新陈代谢量,单位W/m2,W为人体体重,单位kg,H为人体身高,单位m,ta为环境温度,单位℃,tsk为皮肤温度,单位℃,RQ为呼吸熵,根据高温作业人员实际劳动强度取值为1,VO2为标准状况下的耗氧量,根据高温作业人员实际劳动强度取值为70L/h。
通过上述计算公式,带入数据计算得到:Ask=1.88m2;csp=538.28W/m2·K;Dmax95=2136g;psk=5378.48kPa;pa=2097.40kPa;M=219W/m2
边缘计算平台靠近设备终端,所以简单计算一些基础数据可以提高整体的预测计算速度,进而提高预警速度。
步骤四,云计算平台对数据进一步计算处理,得出作业人员的预警信息传送到边缘计算平台。
在云计算平台对数据进一步计算处理的过程包括以下:
(1)根据人体热平衡方程M-W=Cres+Eres+K+C+R+E+S。计算Eres。其中M为人体新陈代谢量,W/m2,W为人体所完成的机械功,W/m2,Cres为通过人体呼吸引起的对流散热量,W/m2,Eres为通过人体呼吸引起的蒸发散热量,W/m2,K为人体皮肤与外界环境之间以热传导形式进行的热交换量,W/m2,C为人体皮肤与外界环境之间以热对流形式进行的热交换量,W/m2,R为人体皮肤与外界环境之间以热辐射形式进行的热交换量,W/m2,E为人体皮肤表面水分蒸发、出汗向外界环境的散热量,W/m2,S为人体的热储量,W/m2。
根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量;具体的:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000081
得到最大出汗率;其中,Swmax表示最大出汗率,M表示人体新陈代谢量,Ask表示人体皮肤表面积;
采用公式:
Figure BDA0003260162820000082
得到最大蒸发热流量;其中,Emax表示最大蒸发热流量,psk表示皮肤温度对应的饱和蒸汽分压,pa表示水蒸汽分压,Rcl表示服装湿阻。
根据环境参数得到环境热积累率系数;其中,所述热积累率系数为:
Figure BDA0003260162820000091
其中,Q表示环境湿度,F表示风速,ΔO表示皮肤温度与环境温度的差值的绝对值;
采用公式:
dSeq=Swmax(tcr,eqi-tcr,eqi-1)×B
得到热积累率;其中,tcr,eqi表示时间步长i时与新陈代谢水平对应的核心温度;
采用公式:
Ereq=M-dSeq-W-Cres-Eres-C-R
得到蒸发散热量;其中,Ereq表示蒸发散热量,M表示人体新陈代谢量,W表示人体所完成的机械功,Cres表示对流散热量,Eres表示呼出气体蒸发热流率,C表示人体皮肤与外界环境之间以热对流形式进行的热交换量,R表示人体皮肤与外界环境之间以热辐射形式进行的热交换量;
根据所述最大出汗率得到预期出汗率;具体的:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000092
得到汗蒸发效率;其中,rreq表示出汗蒸发效率wreq表示皮肤湿润率,
Figure BDA0003260162820000093
采用公式:
Figure BDA0003260162820000094
得到出汗率;
采用公式:
Figure BDA0003260162820000101
得到预期出汗率。
根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量,具体的:
采用公式:
Figure BDA0003260162820000102
ai-1=0.3-0.09(tcr,i-36.8)
Figure BDA0003260162820000103
Figure BDA0003260162820000104
tcr,eqm=0.0036×(M-55)+36.8
得到核心温度;其中tcr,i为i时刻时的核心温度,ai表示i时刻时的皮肤温度系数,tsk,i表示时间步长i时的皮肤温度,dSi表示时间步长i对应的热累积率,dSi=Eres-Ep-dSeq,Ep=wp·Emax,(wp为常数与工作人员的热适应程度有关,一般取1),Csp表示人体热容,tcr,eq,m表示人体达到稳态时的核心温度。
采用公式:
Swtot,i=Swtot,i-1+Swp,i+Eres
Figure BDA0003260162820000105
得到总出汗量;其中Swtotg,i表示时刻i时的总出汗量,Ask表示人体皮肤表面积,Swtot,i表示时刻i时的总出汗失水量。
根据所述核心温度和所述总出汗量向工作人员发送预警信息。
在实际应用中,首先根据环境参数和作业人员的生理参数最终计算得到工作人员的核心温度和总出汗量随时间变化预测结果。
根据预测结果计算判断工作人员的剩余可安全工作时间。
由于工作时间没有饮水,累积出汗量不得大于体重的3.0%;人体核心温度的安全上限为38.9℃;
计算核心温度tcr,i达到38.9℃的时间time1;
如图3,计算得到time1=53min;
计算总出汗量Swtotg,i达到95%的人安全时的最大失水量Dmax95的时间time2;
如图4,计算得到time2=134min;
取计算得到两个时间的最小值;
最终计算的剩余可安全工作时间timesafe=min{time1,time2}=53min。
计算结束后云计算平台将当前时刻的核心温度、出汗量和剩余可安全工作时间这些数据传递给边缘计算平台以供向工作人员预警。
步骤五,边缘计算平台把预警数据和预警指标对比判断得到预警信息传送给可携带设备,进行预警。具体的预警过程如下:
当高温作业人员工作25分钟的时候,核心温度到达38℃,则通过可携带设备的显示屏和扬声器预警提醒需要休息,当出汗量达到体重的2%,则通过可携带设备的显示屏和扬声器预警提醒需要饮水,当高温作业人员的实时剩余可工作时间只剩5分钟,则通过可携带设备的显示屏和扬声器预警提醒马上停止工作,当高温作业人员继续工作直到实时剩余可工作时间为0,则可携带设备的扬声器持续发出报警声提示周围人员,并将高温作业人员当前的GPS坐标和身体参数立刻上传发送到救援中心,请求救援。
本发明还提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供了一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法,本发明提供的一种作业人员热伤害就地实时预警方法包括:获取环境参数和作业人员的生理参数;根据环境参数和生理参数得到热积累率和预期出汗率,并利用热积累率和预期出汗率得到核心温度和总出汗量,根据核心温度和总出汗量向工作人员发送预警信息。本发明通过利用作业人员的生理参数和环境参数来得到热积累率和预期出汗率,可以精准的得到作业人员在所处环境的核心温度和总出汗量,可以实现快速及时的作业人员热伤害就地实时预警,保障人员在作业过程中的身体安全。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种作业人员热伤害就地实时预警装置,其特征在于,包括:
可携带设备,用于采集环境参数和作业人员的生理参数;所述环境参数包括环境温度、环境湿度、风速和GPS坐标;所述生理参数包括皮肤温度、身高和体重;所述可携带设备包括:
键盘模块,用于输入作业人员的所述身高和所述体重;
温度湿度测量模块,用于采集所述环境温度和所述环境湿度;
风速测量模块,用于采集所述风速;
GPS模块,用于采集所述GPS坐标;
皮肤温度测量模块,用于采集所述皮肤温度;
PLC控制模块,分别与所述键盘模块、所述温度湿度测量模块、所述风速测量模块、所述GPS模块、所述皮肤温度测量模块和5G边缘网关连接,用于将所述环境参数和所述生理参数传输到所述5G边缘网关;
可携带设备还包括:显示模块和发声模块;所述显示模块和所述发声模块均与所述PLC控制模块连接;
5G边缘网关与所述可携带设备连接,用于传输所述环境参数和所述生理参数;
边缘计算平台与所述5G边缘网关连接,用于接受并对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;具体的,在边缘计算平台对数据处理的过程包括:获取环境参数和作业人员的生理参数;
对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;所述初步处理后的生理参数包括人体皮肤表面积、人体热容、95%的人安全时的最大失水量、水蒸汽分压、皮肤温度对应的饱和蒸汽分压和人体新陈代谢量;
根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量;
根据环境参数得到环境热积累率系数;其中,所述热积累率系数为:
Figure FDA0003601344370000011
其中,Q表示环境湿度,F表示风速,ΔO表示皮肤温度与环境温度的差值的绝对值;
采用公式:
dSeq=Swmax(tcr,eqi-tcr,eqi-1)×B
得到热积累率;其中,tcr,eqi表示时间步长i时与新陈代谢水平对应的核心温度,Swmax表示最大出汗率;
采用公式:
Ereq=M-dSeq-W-Cres-Eres-C-R
得到蒸发散热量;其中,Ereq为蒸发散热量,M表示人体新陈代谢量,W表示人体所完成的机械功,Cres为对流散热量,Eres为呼出气体蒸发热流率,C表示人体皮肤与外界环境之间以热对流形式进行的热交换量,R表示人体皮肤与外界环境之间以热辐射形式进行的热交换量;
根据所述最大出汗率得到预期出汗率;
根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量;
所述根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量,包括:
采用公式:
Figure FDA0003601344370000021
ai-1=0.3-0.09(tcr,i-36.8)
Figure FDA0003601344370000022
Figure FDA0003601344370000023
tcr,eqm=0.0036×(M-55)+36.8
得到核心温度;其中tcr,i为i时刻时的核心温度,ai表示i时刻时的皮肤温度系数,tsk,i表示时间步长i时的皮肤温度,dSi表示时间步长i对应的热累积率,dSi=Eres-Ep-dSeq,Ep=wp·Emax,且wp=1,Csp表示人体热容,Emax表示最大蒸发热流量,tcr,eq,m表示人体达到稳态时的核心温度;
采用公式:
Swtot,i=Swtot,i-1+Swp,i+Eres
Figure FDA0003601344370000024
得到总出汗量;其中Swtotg,i表示时刻i时的总出汗量,Ask表示人体皮肤表面积,Swtot,i表示时刻i时的总出汗失水量;
根据所述核心温度和所述总出汗量向工作人员发送预警信息;
云计算平台与所述边缘计算平台连接,用于根据所述初步处理后的生理参数得到作业人员的预警信息。
2.一种作业人员热伤害就地实时预警方法,其特征在于,包括:
获取环境参数和作业人员的生理参数;
对所述环境参数和所述生理参数进行初步处理得到初步处理后的生理参数;所述初步处理后的生理参数包括人体皮肤表面积、人体热容、95%的人安全时的最大失水量、水蒸汽分压、皮肤温度对应的饱和蒸汽分压和人体新陈代谢量;
根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量;
根据环境参数得到环境热积累率系数;其中,所述热积累率系数为:
Figure FDA0003601344370000031
其中,Q表示环境湿度,F表示风速,ΔO表示皮肤温度与环境温度的差值的绝对值;
采用公式:
dSeq=Swmax(tcr,eqi-tcr,eqi-1)×B
得到热积累率;其中,tcr,eqi表示时间步长i时与新陈代谢水平对应的核心温度,Swmax表示最大出汗率;
采用公式:
Ereq=M-dSeq-W-Cres-Eres-C-R
得到蒸发散热量;其中,Ereq表示蒸发散热量,M表示人体新陈代谢量,W表示人体所完成的机械功,Cres表示对流散热量,Eres表示呼出气体蒸发热流率,C表示人体皮肤与外界环境之间以热对流形式进行的热交换量,R表示人体皮肤与外界环境之间以热辐射形式进行的热交换量;
根据所述最大出汗率得到预期出汗率;
根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量;
所述根据所述热积累率、预期出汗率得到核心温度和总出汗量,包括:
采用公式:
Figure FDA0003601344370000041
ai-1=0.3-0.09(tcr,i-36.8)
Figure FDA0003601344370000042
Figure FDA0003601344370000043
tcr,eqm=0.0036×(M-55)+36.8
得到核心温度;其中tcr,i为i时刻时的核心温度,ai表示i时刻时的皮肤温度系数,tsk,i表示时间步长i时的皮肤温度,dSi表示时间步长i对应的热累积率,dSi=Eres-Ep-dSeq,Ep=wp·Emax,且wp=1,Csp表示人体热容,Emax表示最大蒸发热流量,tcr,eq,m表示人体达到稳态时的核心温度;
采用公式:
Swtot,i=Swtot,i-1+Swp,i+Eres
Figure FDA0003601344370000044
得到总出汗量;其中Swtotg,i表示时刻i时的总出汗量,Ask表示人体皮肤表面积,Swtot,i表示时刻i时的总出汗失水量;
根据所述核心温度和所述总出汗量向工作人员发送预警信息。
3.根据权利要求2所述的一种作业人员热伤害就地实时预警方法,其特征在于,所述根据所述初步处理后的生理参数得到最大出汗率和最大蒸发热流量,包括:
采用公式:
Figure FDA0003601344370000045
得到最大出汗率;其中,Swmax表示最大出汗率,M表示人体新陈代谢量,Ask表示人体皮肤表面积;
采用公式:
Figure FDA0003601344370000051
得到最大蒸发热流量;其中,Emax表示最大蒸发热流量,psk表示皮肤温度对应的饱和蒸汽分压,pa表示水蒸汽分压,Rcl表示服装湿阻。
4.根据权利要求3所述的一种作业人员热伤害就地实时预警方法,其特征在于,所述根据所述最大出汗率得到预期出汗率,包括:
采用公式:
Figure FDA0003601344370000052
得到汗蒸发效率;其中,rreq表示出汗蒸发效率wreq表示皮肤湿润率;
采用公式:
Figure FDA0003601344370000053
得到出汗率;
采用公式:
Figure FDA0003601344370000054
得到预期出汗率。
5.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求2至4中任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求2至4中任一项所述方法的步骤。
CN202111070241.XA 2021-09-13 2021-09-13 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法 Active CN113782203B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111070241.XA CN113782203B (zh) 2021-09-13 2021-09-13 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111070241.XA CN113782203B (zh) 2021-09-13 2021-09-13 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113782203A CN113782203A (zh) 2021-12-10
CN113782203B true CN113782203B (zh) 2022-05-20

Family

ID=78843053

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111070241.XA Active CN113782203B (zh) 2021-09-13 2021-09-13 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113782203B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116268684B (zh) * 2023-05-10 2023-08-04 之江实验室科技控股有限公司 一种灾后事故现场搜救用智能头盔系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981799A (zh) * 2018-06-22 2018-12-11 中国矿业大学(北京) 一种便携式低温环境参数监测预警装置及方法
CN109115281A (zh) * 2018-10-23 2019-01-01 中国矿业大学(北京) 一种极端高温作业环境快速监测预警装置及方法
CN110719210A (zh) * 2019-12-05 2020-01-21 赣江新区智慧物联研究院有限公司 一种基于云边协同的工业设备预测性维护方法
CN112187932A (zh) * 2020-09-29 2021-01-05 长江勘测规划设计研究有限责任公司 基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法
CN112728727A (zh) * 2021-01-06 2021-04-30 广东省科学院智能制造研究所 一种基于边缘计算的室内环境舒适度的智能调节系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN208765762U (zh) * 2018-10-23 2019-04-19 中国矿业大学(北京) 一种极端高温作业环境快速监测预警装置
CN110175732B (zh) * 2018-10-23 2021-07-30 中国矿业大学(北京) 一种低温作业环境下人体冷应激精细分级评估系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108981799A (zh) * 2018-06-22 2018-12-11 中国矿业大学(北京) 一种便携式低温环境参数监测预警装置及方法
CN109115281A (zh) * 2018-10-23 2019-01-01 中国矿业大学(北京) 一种极端高温作业环境快速监测预警装置及方法
CN110719210A (zh) * 2019-12-05 2020-01-21 赣江新区智慧物联研究院有限公司 一种基于云边协同的工业设备预测性维护方法
CN112187932A (zh) * 2020-09-29 2021-01-05 长江勘测规划设计研究有限责任公司 基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法
CN112728727A (zh) * 2021-01-06 2021-04-30 广东省科学院智能制造研究所 一种基于边缘计算的室内环境舒适度的智能调节系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113782203A (zh) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jay et al. Heat exposure in the Canadian workplace
WO2017213011A1 (ja) 深部体温推定装置、その方法及びプログラム
Wong et al. Comparing the physiological and perceptual responses of construction workers (bar benders and bar fixers) in a hot environment
CN113782203B (zh) 一种作业人员热伤害就地实时预警装置及方法
CN106018677B (zh) 一种高温环境下人体热应激分级评估系统
CN116485172B (zh) 一种夏季热健康风险分级预警方法及预测预警系统
JP7264393B2 (ja) 集団環境評価方法ならびに集団環境評価システム
CN107220417A (zh) Cfd与人体热反应模型的耦合系统及耦合方法
CN108981799B (zh) 一种便携式低温环境参数监测预警装置及方法
JP2019185386A (ja) 作業負担推定方法、体調評価方法、熱中症発症リスク評価方法、および、プログラム
KR102215834B1 (ko) 온냉감 신고 정보 처리 장치 및 방법
CN106691414A (zh) 双腕式人体健康检测移动终端
US20220125387A1 (en) Systems and methods to determine a risk factor related to dehydration and thermal stress of a subject
Zheng et al. Real-time quantification of human physiological state in high temperature environments based on variable weight theory
Zheng et al. Developing a new index for evaluating physiological safety in high temperature weather based on entropy-TOPSIS model-A case of sanitation worker
Kim et al. Skin sites to predict deep-body temperature while wearing firefighters’ personal protective equipment during periodical changes in air temperature
JP2012048649A (ja) 体形変化予測装置
JP5412595B2 (ja) 行動支援システム及び携帯端末
CN109115281A (zh) 一种极端高温作业环境快速监测预警装置及方法
CN208765762U (zh) 一种极端高温作业环境快速监测预警装置
Nurhartonosuro et al. Comparison of Indices to Estimate Heat Exposure to Human: A Review in Tropical Regions.
JP2009217378A (ja) 行動支援システム及び携帯端末
CN113808743B (zh) 一种电网户外作业人员热应激预警方法及系统
KR102209202B1 (ko) 인공기후실 열 스트레스 환경 실험 기반의 한국인 연령별 인지온도 열적 쾌적범위 설정 방법
Hamatani et al. HeatWatch: Preventing heatstroke using a smart watch

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant