CN114034821A - 电力线路深基坑气体监测与告警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力线路深基坑气体监测与告警系统及方法，其通过利用姿态监测单元、心率血氧监测单元和运动监测单元对作业人员的身体状态进行监测，通过环境监测单元对作业人员所处环境信息进行监测，采用多种方式确认作业人员状态，对异常情况立即告警，提醒施工作业人员安全撤离，以便于施工管理作业人员能及时掌握现场作业情况，便于展开施救、撤离等紧急措施。该系统还包括紧急救援单元，所述紧急救援单元包括背带在作业人员背部上方的快速提升锁扣以及与一端与所述快速提升锁扣连接的快速提升装置。其中快速提升锁扣可设置在作业人员穿戴的安全背心背部靠近颈肩处，便于采用快速提升机安全且快速的将作业人员提升至地平面以上的安全地带。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力线路深基坑气体监测与告警系统及方法。
背景技术
深基坑作业是输电线路工程基础施工中常见的作业场景，其风险点包括基坑坍塌、有毒有害气体侵害、高处坠落、物体打击等，近年来深基坑作业安全事故发生率呈上升趋势。
电网基建深基坑作业现场危险性大，在生产、施工过程中，对于类似于深基坑作业环境参数(如CO、O2、CH4等)的实时监测在安全施工管理环节至关重要，当出现异常情况时，施工作业人员需要立即撤离危险区域。
然而传统气体监测不具备实时性、设备体积重量大、数据无法传输至地面上方作业人员及远传至监控中心、告警方式不及时不直观等问题，
发明内容
本发明的目的是提供一种电力线路深基坑气体监测与告警系统及方法，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种深基坑气体监测与告警系统，包括姿态监测单元、心率血氧监测单元、运动监测单元、环境监测单元和告警单元以及分别与所述姿态监测单元、心率血氧监测单元、运动监测单元、环境监测单元和告警单元通信连接的智能终端。
姿态监测单元，用于测量作业人员的站立的姿态情况得到位姿信息；
心率血氧监测单元，用于监测作业人员心率血氧情况得到心率血氧信息，运动监测单元，用于监测作业人员的运动状态情况得到运动状态信息；
环境监测单元，用于对作业人员所处空间的环境情况进行监测得到环境信息；
智能终端，用于采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息，并将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；
告警单元，用于在数据处理单元判断出作业人员处于危险状态，则发出告警信号提醒作业人员和远程监测中心。
进一步地，所述姿态监测单元包括安装在作业人员的前脚掌和脚后跟处的电阻应变片。
进一步地，所述心率血氧监测单元包括设置在作业人员腿部的第一光学透视传感器以及设置在作业人员手腕部的第二光学透视传感器。
进一步地，所述运动监测单元包括设置在作业人员的脚部的第一重力加速度传感器和第一毫米波雷达、设置作业人员腿部的第二重力加速度传感器和第二毫米波雷达、设置在作业人员手腕部的第三重力加速度传感器和第三毫米波雷达、设置在作业人员头部的第四重力加速度传感器和第四毫米波雷达。
进一步地，所述环境监测单元包括随身佩戴在作业人员身上的气压传感器、振动传感器和气体浓度监测单元。
进一步地，所述气体浓度监测单元包括氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器和甲烷传感器。
进一步地，该系统还包括紧急救援单元，所述紧急救援单元包括背带在作业人员背部上方的快速提升锁扣以及与一端与所述快速提升锁扣连接的快速提升装置。
进一步地，所述快速提升装置包括设置在地面的快速提升机和钢缆，所述钢缆的一端与所述快速提升机连接，另一端通过拉力传感器与所述快速提升锁扣连接，所述拉力传感器与所述智能终端通信连接。
进一步地，所述智能终端采集到的数据及数据处理结果通过数据集中器发送到远程监测中心。
本申请还提供了一种深基坑气体监测与告警方法，包括以下步骤：
S1：采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息；
S2：将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；
S3：当判断作业人员处于危险状态，发出告警信号提醒作业人员和远程监测中心。本发明的有益效果为：通过利用姿态监测单元、心率血氧监测单元和运动监测单元对作业人员的身体状态进行监测，通过环境监测单元对作业人员所处环境信息进行监测，采用多种方式确认作业人员状态，对异常情况立即告警，提醒施工作业人员安全撤离，以便于施工管理作业人员能及时掌握现场作业情况，便于展开施救、撤离等紧急措施。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一个实施例的结构示意图；
具体实施方式
如图1所示的深基坑气体监测与告警系统，包括姿态监测单元、心率血氧监测单元、运动监测单元、环境监测单元和告警单元以及分别与所述姿态监测单元、心率血氧监测单元、运动监测单元、环境监测单元和告警单元通信连接的智能终端。
姿态监测单元用于测量作业人员的站立的姿态情况得到位姿信息；心率血氧监测单元用于监测作业人员心率血氧情况得到心率血氧信息；运动监测单元用于监测作业人员的运动状态情况得到运动状态信息；环境监测单元用于对作业人员所处空间的环境情况进行监测得到环境信息；智能终端用于采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息，并将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；告警单元用于在数据处理单元判断出作业人员处于危险状态，则发出告警信号提醒作业人员和远程监测中心的管理人员。
所述姿态监测单元包括安装在作业人员的前脚掌和脚后跟处的电阻应变片。晕倒后双脚总压力通常会小于体重的50％，故本申请通过电阻应变片可测试作业人员站立的姿态，为了便于携带，可将电阻应变片直接置于作业人员的鞋内。
所述心率血氧监测单元包括设置在作业人员腿部的第一光学透视传感器以及设置在作业人员手腕部的第二光学透视传感器。第一光学透视传感器和第二光学透视传感器用于监测心率血氧数据，对作业人员完成身体基本状态监测，防止作业人员疲劳作业，提高作业人员的安全作业水平；第一光学透视传感器可置于作业人员佩戴的腿部护腕内，第二光学透视传感器可置于作业人员佩戴的手臂护腕内。
所述运动监测单元包括设置在作业人员的脚部的第一重力加速度传感器、设置作业人员腿部的第二重力加速度传感器、设置在作业人员手腕部的第三重力加速度传感器、设置在作业人员头部的第四重力加速度传感器和毫米波雷达。毫米波雷达用于监测作业人员的移动情况，第一重力加速度传感器可置于作业人员佩戴的鞋内，用于监测作业人员的运动状态，以及晕倒后，人的鞋底的角度一般不是水平面着地，且呈现静止态；第二重力加速度传感器可置于作业人员佩戴的腿部护腕内，可监测作业人员的运动状态，以及晕倒后人的膝盖对于地平面角度一般不是接近垂直，且呈现禁止态；第三重力加速度传感器可置于作业人员佩戴的手臂护腕内，可监测作业人员的运动状态，以及晕倒后人的手肘部呈现禁止态。第四重力加速度传感器可置于作业人员佩戴的安全帽内，可监测作业人员的运动状态，以及晕倒后人的头部姿态大部分状态呈现侧方位偏移，且呈现禁止态。本申请通过在作业人员的脚部、腿部、手腕部和头部分别设置重力加速度传感器和毫米波雷达，在判断时可通过四个设置在不同位置的重力加速度传感器监测数据和毫米波雷达监测数据结合进行综合评估，以提高监测精度。运动监测单元可采用如下公式评估作业人员的运动状态：
Y＝M&N
N＝(x1，x2，x3，x4)
其中，Y为运动状态评估值，x1、x2、x3和x4分别为第一重力加速度传感器、第二重力加速度传感器、第三重力加速度传感器和第四重力加速度传感器的监测值，M为毫米波雷达监测值指示变量，N为重力加速度传感器监测值指示函数；当设置在作业人员的脚部、腿部、手腕部和头部的任一毫米波雷达在设定时间段内呈持续变化状态时，说明作业人员处于非静止状态，未晕倒，此时M＝0，Y＝0，不采集重力加速度传感器和姿态监测单元监测到的数据；当当设置在作业人员的脚部、腿部、手腕部和头部的毫米波雷达监测值在设定时间段内均处于不变状态时，说明作业人员处于静止状态，有可能晕倒，此时M＝1，采集作业人员处于静止状态前的预设时间段内第一重力加速度传感器的监测值x1、第二重力加速度传感器的监测值x2、第三重力加速度传感器的监测值x3和第四重力加速度传感器的监测值x4，当x1、x2、x3和x4中至少任意两个值在同一时刻均大于其分别对应的预设阈值时，N＝1，Y＝1，判断作业人员晕倒；否则，N＝0，Y＝0；判断作业人员未晕倒。
所述环境监测单元包括随身佩戴在作业人员身上的气压传感器、振动传感器和气体浓度监测单元。气压传感器可用于监测深坑中的气压信息，并且还可利用气压测量相对高度，当作业人员产生晕倒时，会有一个快速的高度变化同时对应气压变化，可作为晕倒趋势的参考判断；振动传感器用于监测深坑中是否发生振动，通过气体浓度监测单元可探测深基坑底部的气体安全浓度。一旦发现任意环境参数异常，立即发出告警信息提醒施工作业人员撤离，同时下发告警信息给远程监测中心振动提醒施工作业人员撤离，双重保障施工作业人员安全生产。
所述气体浓度监测单元包括氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器和甲烷传感器；通过氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器和甲烷传感器可对深坑中的氧气、一氧化碳，硫化氢，甲烷浓度进行监测，以避免深坑施工作业可能的有毒气体以及氧含量降低造成的作业人员伤害事故。监测设备随作业人员佩戴，体积和重量超小型化、超轻量化，做到对作业人员的无干扰；气体浓度监测单元可采用卡式佩戴。
该系统还包括紧急救援单元，所述紧急救援单元包括背带在作业人员背部上方的快速提升锁扣以及与一端与所述快速提升锁扣连接的快速提升装置。其中快速提升锁扣可设置在作业人员穿戴的安全背心背部靠近颈肩处，便于采用快速提升机安全且快速的将作业人员提升至地平面以上的安全地带。
所述快速提升装置包括设置在地面的快速提升机和钢缆，所述钢缆的一端与所述快速提升机连接，另一端通过拉力传感器与所述快速提升锁扣连接，所述拉力传感器与所述智能终端通信连接。在工作过程中，钢缆不得交差或缠绕，当发生异常状况发生时，依靠连接在智能背心快速提升锁扣的钢缆，快速将井下施工作业人员提升至地平面上方，进行施救。并且，本申请的钢缆和快速提升锁扣之间还设有拉力传感器，通过连接在智能背心快速提升锁扣的钢缆(钢缆处于紧绷状态，紧绷拉力10N)；监测钢缆的收放运动，采用时间分辩率为1秒，时间轴为10秒的拉力运动监测算法，当作业人员工作中，10秒时间内，会有不规则的拉力变化且钢缆长度也会对应变化，当作业人员中毒晕倒后，钢缆长度与拉力产生会保持不变，此时报警器响，如5秒内还是无变化，则将作业人员直接提升到地平面以上。此外，上述快速提升机还可配置辅助手摇臂，用于在确保电池容量低，或其它原因，导致自动提升功能失效的情况下，仍然能够快速的将井底作业人员提升到地平面以上。
所述智能终端采集到的数据及数据处理结果通过数据集中器发送到远程监测中心。可通过LoRa无线传输方式将环境参数信息上传至数据集中器，然后利用集中器采用蓝牙模块、4G模块或5G模块等向远程监测中心发出求助信息。
告警单元包括振动报警器、声音报警或指示灯报警器，通过采用振动提示、声光报警等方式告警，功能齐全，符合作业现场的实际需求。远程监测中心采集精度高，耗电量小，卡式佩戴，适用性强；每个智能终端配有一键报警功能，便于每个施工作业人员向外发出求助信息。该系统可采用太阳能充电器和风力充电器为该系统供电。
本申请还公开了一种深基坑气体监测与告警方法，包括以下步骤：
S1：采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息；
S2：将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术作业人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，包括
姿态监测单元，用于测量作业人员的站立的姿态情况得到位姿信息；
心率血氧监测单元，用于监测作业人员心率血氧情况得到心率血氧信息，
运动监测单元，用于监测作业人员的运动状态情况得到运动状态信息；
环境监测单元，用于对作业人员所处空间的环境情况进行监测得到环境信息；
智能终端，用于采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息，并将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；
告警单元，用于在数据处理单元判断出作业人员处于危险状态，则发出告警信号提醒作业人员和远程监测中心。
2.根据权利要求1所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述姿态监测单元包括安装在作业人员的前脚掌和脚后跟处的电阻应变片。
3.根据权利要求1所述的深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述心率血氧监测单元包括设置在作业人员腿部的第一光学透视传感器以及设置在作业人员手腕部的第二光学透视传感器。
4.根据权利要求1所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述运动监测单元包括设置在作业人员的脚部的第一重力加速度传感器和第一毫米波雷达、设置作业人员腿部的第二重力加速度传感器和第二毫米波雷达、设置在作业人员手腕部的第三重力加速度传感器和第三毫米波雷达、设置在作业人员头部的第四重力加速度传感器和第四毫米波雷达。
5.根据权利要求1所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述环境监测单元包括随身佩戴在作业人员身上的气压传感器、振动传感器和气体浓度监测单元。
6.根据权利要求5所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述气体浓度监测单元包括氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器和甲烷传感器。
7.根据权利要求1所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，该系统还包括紧急救援单元，所述紧急救援单元包括背带在作业人员背部上方的快速提升锁扣以及与一端与所述快速提升锁扣连接的快速提升装置。
8.根据权利要求7所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述快速提升装置包括设置在地面的快速提升机和钢缆，所述钢缆的一端与所述快速提升机连接，另一端通过拉力传感器与所述快速提升锁扣连接，所述拉力传感器与所述智能终端通信连接。
9.根据权利要求1所述的电力线路深基坑气体监测与告警系统，其特征在于，所述智能终端采集到的数据及数据处理结果通过数据集中器发送到远程监测中心。
10.一种电力线路深基坑气体监测与告警方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息；
S2：将采集到的所述位姿信息、心率血氧信息、运动状态信息和环境信息分别与预设阈值进行比较，判断作业人员当前是否为安全状态；
S3：当判断作业人员处于危险状态，发出告警信号提醒作业人员和远程监测中心。
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