CN114557510A - 一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 - Google Patents
一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114557510A CN114557510A CN202210084429.8A CN202210084429A CN114557510A CN 114557510 A CN114557510 A CN 114557510A CN 202210084429 A CN202210084429 A CN 202210084429A CN 114557510 A CN114557510 A CN 114557510A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- intelligent safety
- safety helmet
- data
- axis
- worker
- 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.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 45
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 29
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 29
- 230000036544 posture Effects 0.000 claims description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 9
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 101100226116 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) esa-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000007849 functional defect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A42—HEADWEAR
- A42B—HATS; HEAD COVERINGS
- A42B3/00—Helmets; Helmet covers ; Other protective head coverings
- A42B3/04—Parts, details or accessories of helmets
- A42B3/0406—Accessories for helmets
- A42B3/0433—Detecting, signalling or lighting devices
- A42B3/046—Means for detecting hazards or accidents
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A42—HEADWEAR
- A42B—HATS; HEAD COVERINGS
- A42B3/00—Helmets; Helmet covers ; Other protective head coverings
- A42B3/04—Parts, details or accessories of helmets
- A42B3/0406—Accessories for helmets
- A42B3/0433—Detecting, signalling or lighting devices
- A42B3/0453—Signalling devices, e.g. auxiliary brake or indicator lights
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A42—HEADWEAR
- A42B—HATS; HEAD COVERINGS
- A42B3/00—Helmets; Helmet covers ; Other protective head coverings
- A42B3/04—Parts, details or accessories of helmets
- A42B3/30—Mounting radio sets or communication systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
- G01C21/1652—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments with ranging devices, e.g. LIDAR or RADAR
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/06—Systems determining position data of a target
- G01S13/08—Systems for measuring distance only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Helmets And Other Head Coverings (AREA)
Abstract
本发明提供了一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，以智能安全帽三个方向建立三维坐标系，在工作人员作业前对智能安全帽进行位置校准，在工作人员佩戴智能安全帽工作过程中通过各个采集设备采集到的数据进行处理，实现安全状态预警。本发明提供的一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，具备可监测海浪过大风险、工作人员在风电机组内的水平位置与高度、行动姿态，识别可能碰撞点等，并及时发出语音提示的功能，适用于风电场工作环境，可大幅提高风电场工作人员的安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，属于安全帽技术领域。
背景技术
近几年随着国家能源结构转型和对新能源领域发展的重视，风力发电产业得到了快速发展。但在存量风电机组数量逐年增加，每年为社会提供可观绿色能源的同时，也多次在风电场运维中出现工作人员伤亡的安全事故。
风电场一般建在偏远地区，甚至很多风电场建在山区或海上，当出现人员伤亡的安全事故后，就医比较困难。此外，风电机组维护工作属于危险性非常高的工作，工作人员需要从塔筒底部爬升至机舱，爬升高度大，爬升梯内空间小，机舱内、轮毂内作业空间小，且轮毂属于转动设备，轮毂内变桨齿轮工作过程存在着啮合、挤压的风险。
为保证风电场作业人员安全，各风电公司实施了多项安全防护措施，其中佩戴安全帽是各项安全措施中非常基础、关键的一项安全防护措施。当作业人员工作环境存在摔倒、坠落或头部受到碰撞等安全风险时，佩戴安全帽是保护作业人员头部的关键安全措施。随着科技的进步和各行业对安全要求的提升，现有的安全帽已逐步具备佩戴检测、摔倒报警、GPS定位等诸多功能，极大地提高安全帽的防护能力。但市面上已有的安全帽技术、产品都是针对各行业通用的，未专门考虑风电场运维环境的特点，对风电场运维工作环境中，存在一定的功能欠缺，例如现有产品存装备的普通GPS装置在高度定位方面精度较差，也不能识别风电机组轮毂转动导致人员伤亡的安全事故。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，具备可监测海浪过大风险、工作人员在风电机组内的水平位置与高度、行动姿态，识别可能碰撞点等，并及时发出语音提示的功能，适用于风电场工作环境，可大幅提高风电场工作人员的安全系数。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，包括以下步骤：
S1、以智能安全帽的水平前方方向为x轴正方向，水平左侧方向为y轴正方向，垂直向上方向为z轴正方向，建立三维坐标系；所述的智能安全帽包括帽壳，帽壳的前侧向外凸起形成中空的第一安装盒体，第一安装盒体中设有惯性测量装置、毫米波雷达和摄像头，帽壳的左侧、右侧和后侧分别向外凸起形成中空的第二安装盒体，第二安装盒体中设有毫米波雷达和摄像头，帽壳的顶部向外凸起形成中空的第三安装盒体，第三安装盒体中设有毫米波雷达、摄像头和电容接近式传感器，第一安装盒体、第二安装盒体以及第三安装盒体分别设有用于毫米波雷达和摄像头工作的工作窗，帽壳的顶部同时设有第四安装盒体，第四安装盒体中设有与惯性测量装置(Inertial Measurement Unit，IMU)以及各毫米波雷达和摄像头分别电性连接的主控芯片，主控芯片上集成有单片机控制单元、双天线GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统)定位定向接收机模块、无线通讯模块和语音模块；
S2、在工作人员作业前，将智能安全帽置于塔筒底部中央，智能安全帽通过无线通讯模块将双天线GNSS定位定向接收机模块采集的水平位置数据和高度数据发送至远程中央处理器，远程中央处理器结合水平位置数据、高度数据以及智能安全帽尺寸数据，得到该风电机组底部的水平位置基准中心和高度基准中心，进一步根据水平位置基准中心、高度基准中心和风机机组各塔筒平台、机舱、轮毂的三维尺寸数据、偏航方向数据、风力数据，使得后续中央处理器在分析处理智能安全帽反馈的位置、高度数据时，可迅速分辨出智能安全帽在风电机组内的具体位置；
S3、在工作人员佩戴智能安全帽工作过程中，惯性测量装置实时监测智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度和绕x轴、y轴、z轴三个直角坐标轴的角加速度、姿态角度数据；双天线GNSS定位定向接收机模块监测智能安全帽的移动速度、移动方向、水平位置和高度数据；各毫米波雷达实时监测智能安全帽外表面各方向距离障碍物的距离数据，单片机控制单元实时将惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机模块、各毫米波雷达的监测数据发送至远程中央处理器，单片机控制单元和远程中央处理器进行预警。
智能安全帽投入使用前，在试验室内分别多次测试安全帽处于佩戴状态、多种姿势手持状态、未佩戴且未手持状态时电容接近式传感器反馈的电容值，根据试验测试数据和工作环境中电容接近式传感器反馈的电容值识别出工作人员是否佩戴安全帽。
步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作人员佩戴智能安全帽从塔筒底部爬升到机舱，或者在机舱内、轮毂内以及塔筒各平台作业的过程中，单片机控制单元和远程中央处理器的处理过程包括：
a1、单片机控制单元对毫米波雷达发送来的数据分析处理后，若发现智能安全帽任一方向距离障碍物的距离达到设定提示条件时，将控制语音模块发出提示音；
a2、远程中央处理器监测到任意方向的线性加速度数据突然增大超过预设阈值时，判定该处出现了工作人员头部碰撞障碍物的情况；远程中央处理器根据碰撞时加速度数据的方向和大小、智能安全帽的姿态角度、水平位置和高度数据，确定工作人员头部的碰撞强度、碰撞位置、碰撞方向及与工作人员头部碰撞的障碍物的位置；根据碰撞事故后工作人员头部的移动速度、水平位置和高度变化数据及智能安全帽距各方向离障碍物的距离变化数据，进一步判断出碰撞后工作人员的活动能力，在必要时发出救援信号，通知救援人员前往救援；
a3、远程中央处理器接收毫米波雷达发送的距离数据，结合智能安全帽朝向、智能安全帽水平位置与高度数据，识别出存在与智能安全帽碰撞风险的障碍物的位置，当工作人员靠近该位置时，远程中央处理器通过无线模块远程控制语音模块发出提示音；
a4、远程中央处理器识别到各毫米波雷达监测的在智能安全帽各方向离障碍物的距离数据变化在预设范围内，但双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽的移动速度、水平位置变化超过预设范围时，说明风电机组出现异常晃动，远程中央处理器将通过无线通讯模块控制语音模块发出相应的危险情况提示音；
a5、远程中央处理器识别智能安全帽的高度处于与轮毂或机舱工作空间高度范围内，且根据惯性测量装置实时监测的智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度、以及绕x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴的角加速度数据，判定智能安全帽处于旋转状态时，说明工作人员还在轮毂内且轮毂已开始旋转的严重事故，此时远程中央处理器发出救援信号，通知救援人员前往救援。
步骤a2中，工作人员头部碰撞障碍物的情况具体通过以下过程判断：
a2.1、当工作人员头部位置向x轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向前下方变动，且高度降低的数值达到预设阈值，说明工作人员向前方摔倒；
a2.2、当智能安全帽位置向x轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向后下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值，说明工作人员向后方摔倒；
a2.3、当智能安全帽位置向y轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向左下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向左侧摔倒；
a2.4、当智能安全帽位置向y轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向右下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向右侧摔倒；
a2.5、在工作人员出现步骤a2.1-a2.4情况的同时，惯性测量装置监测到智能安全帽在摔倒的相反方向出现超过预设阈值的加速度，判断摔倒时出现了头部撞击地面的情况。
步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员可根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作人员乘船前往海上风电场时，远程中央处理器在满足以下两项条件时发出海浪过大风险提示：惯性测量装置监测到智能安全帽加速度变化达到设定阈值，且出现次数达到设定阈值；双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽位于海上行进路线中。
本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本发明提供的一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，可通过惯性测量装置实时监测智能安全帽在x、y、z三个方向的线性加速度，以及绕x、y、z三轴的角加速度、姿态角度数据；双天线GNSS定位定向接收机模块可监测智能安全帽的移动速度、移动方向、水平位置、高度数据；各毫米波雷达实时监测智能安全帽外表面各方向距离障碍物的距离数据；
(2)本发明提供的一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，通过远程中央处理器对监测到的数据进行处理后，可发现并识别各种场景下的各类安全事故，及时进行预警。
附图说明
图1是智能安全帽的主视示意图。
图2是智能安全帽的后视示意图。
图3是智能安全帽的侧视示意图。
图4是智能安全帽的俯视示意图。
图中，1-帽壳，2-照明灯，3-光线传感器，4-帽檐，5-摄像头，6-毫米波雷达，7-惯性测量装置，8-加强筋，9-第一安装盒体，10-顶带安装座，11-第二安装盒体，12-第三安装盒，13-第四安装盒体，14-温度传感器，15-风扇，16-湿度传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，包括以下步骤：
S1、以智能安全帽的水平前方方向为x轴正方向，水平左侧方向为y轴正方向，垂直向上方向为z轴正方向，建立三维坐标系。
参照图1至图4，所述的智能安全帽包括帽壳1，帽壳的前端设有帽檐4，帽壳的顶部由前端至尾端对称地设有一对加强筋8，帽壳的底部边沿设有一圈帽围，帽围与帽壳之间沿帽壳边沿均匀地分布有顶带安装座10，安装顶带后可分散撞击力，提高安全帽对头部的保护能力，进而保障安全性能。
帽壳的前侧向外凸起形成中空的第一安装盒体9，第一安装盒体中设有惯性测量装置7、毫米波雷达6和摄像头5，帽壳的左侧、右侧和后侧分别向外凸起形成中空的第二安装盒体11，第二安装盒体中设有毫米波雷达和摄像头，帽壳的顶部向外凸起形成中空的第三安装盒体13，第三安装盒体中设有毫米波雷达、摄像头和电容接近式传感器，第一安装盒体、第二安装盒体以及第三安装盒体分别设有用于毫米波雷达和摄像头工作的工作窗，帽壳的顶部同时设有第四安装盒体13，第四安装盒体中设有与惯性测量装置以及各毫米波雷达和摄像头分别电性连接的主控芯片，主控芯片上集成有单片机控制单元、双天线GNSS定位定向接收机模块、无线通讯模块和语音模块。
第一安装盒体中可设有与单片机控制单元电性连接的照明灯2和光线传感器3。光线传感器可感知周围光线亮度，若周围光线亮度低到一定程度，可向单片机控制单元发出提示信号，单片机控制单元接收提示信号并分析处理后，可控制开启照明灯。若光线感应器感应到前方光线亮度太高，可向单片机控制单元发出预警信号，单片机控制单元接收预警信号并分析处理后，可控制安全帽可语音提示前方亮度过高风险。照明灯也可通过手动按钮开启和关闭。
第三安装盒体中可设有与单片机控制单元电性连接的温度传感器14、湿度传感器16和风扇15。风扇可采用微型风扇，与安全帽内部设有隔层，该隔层为致密布料结构，可透风，但不可穿过头发。温度传感器可监测安全帽外部的环境温度，温度传感器可监测安全帽内表面的湿度，当温度传感器监测到安全帽外部环境温度较高大于33℃或者温度度传感器监测到安全帽外部环境温度较高不低于25℃、且安全帽内表面空气相对湿度不低于95％时，单片机控制单元将控制风扇开始工作。微型风扇工作方式为向外吹风，带动安全帽内空气流动，提高舒适感。
第一安装盒体、第二安装盒体、第三安装盒体、第四安装盒体分别设有用于毫米波雷达和摄像头工作的工作窗，第三安装壳体除设有毫米波雷达工作窗外，还设有电容接近式传感器工作窗。
智能安全帽投入使用前，在试验室内分别多次测试安全帽处于佩戴状态、多种姿势手持状态、未佩戴且未手持状态时电容接近式传感器反馈的电容值，根据试验测试数据和工作环境中电容接近式传感器反馈的电容值识别出工作人员是否佩戴安全帽。
S2、在工作人员作业前，将智能安全帽置于塔筒底部中央，智能安全帽通过无线通讯模块将双天线GNSS定位定向接收机模块采集的水平位置数据和高度数据发送至远程中央处理器，远程中央处理器结合水平位置数据、高度数据以及智能安全帽尺寸数据，得到该风电机组底部的水平位置基准中心和高度基准中心，进一步根据水平位置基准中心、高度基准中心和风机机组各塔筒平台、机舱、轮毂的三维尺寸数据、偏航方向数据、风力数据，使得后续中央处理器在分析处理智能安全帽反馈的位置、高度数据时，可迅速分辨出智能安全帽在风电机组内的具体位置。
S3、在工作人员佩戴智能安全帽工作过程中，惯性测量装置实时监测智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度和绕x轴、y轴、z轴三个直角坐标轴的角加速度、姿态角度数据；双天线GNSS定位定向接收机模块监测智能安全帽的移动速度、移动方向、水平位置和高度数据；各毫米波雷达实时监测智能安全帽外表面各方向距离障碍物的距离数据，单片机控制单元实时将惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机模块、各毫米波雷达的监测数据发送至远程中央处理器，单片机控制单元和远程中央处理器进行预警。
步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：
(1)当工作人员佩戴智能安全帽从塔筒底部爬升到机舱，或者在机舱内、轮毂内以及塔筒各平台作业的过程中，单片机控制单元和远程中央处理器的处理过程包括：
a1、单片机控制单元对毫米波雷达发送来的数据分析处理后，若发现智能安全帽任一方向距离障碍物的距离达到设定提示条件时，将控制语音模块发出提示音；
a2、远程中央处理器监测到任意方向的线性加速度数据突然增大超过预设阈值时，判定该处出现了工作人员头部碰撞障碍物的情况；远程中央处理器根据碰撞时加速度数据的方向和大小、智能安全帽的姿态角度、水平位置和高度数据，确定工作人员头部的碰撞强度、碰撞位置、碰撞方向及与工作人员头部碰撞的障碍物的位置；根据碰撞事故后工作人员头部的移动速度、水平位置和高度变化数据及智能安全帽距各方向离障碍物的距离变化数据，进一步判断出碰撞后工作人员的活动能力，在必要时发出救援信号，通知救援人员前往救援；工作人员头部碰撞障碍物的情况具体通过以下过程判断：
a2.1、当工作人员头部位置向x轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向前下方变动，且高度降低的数值达到预设阈值，说明工作人员向前方摔倒；
a2.2、当智能安全帽位置向x轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向后下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值，说明工作人员向后方摔倒；
a2.3、当智能安全帽位置向y轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向左下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向左侧摔倒；
a2.4、当智能安全帽位置向y轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向右下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向右侧摔倒；
a2.5、在工作人员出现步骤a2.1-a2.4情况的同时，惯性测量装置监测到智能安全帽在摔倒的相反方向出现超过预设阈值的加速度，判断摔倒时出现了头部撞击地面的情况。
a3、远程中央处理器接收毫米波雷达发送的距离数据，结合智能安全帽朝向、智能安全帽水平位置与高度数据，识别出存在与智能安全帽碰撞风险的障碍物的位置，当工作人员靠近该位置时，远程中央处理器通过无线模块远程控制语音模块发出提示音；
a4、远程中央处理器识别到各毫米波雷达监测的在智能安全帽各方向离障碍物的距离数据变化在预设范围内，但双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽的移动速度、水平位置变化超过预设范围时，说明风电机组出现异常晃动，远程中央处理器将通过无线通讯模块控制语音模块发出相应的危险情况提示音；
a5、远程中央处理器识别智能安全帽的高度处于与轮毂或机舱工作空间高度范围内，且根据惯性测量装置实时监测的智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度、以及绕x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴的角加速度数据，判定智能安全帽处于旋转状态时，说明工作人员还在轮毂内且轮毂已开始旋转的严重事故，此时远程中央处理器发出救援信号，通知救援人员前往救援。
(2)当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
(3)当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员可根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
(4)当工作人员乘船前往海上风电场时，远程中央处理器在满足以下两项条件时发出海浪过大风险提示：惯性测量装置监测到智能安全帽加速度变化达到设定阈值，且出现次数达到设定阈值；双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽位于海上行进路线中。
本发明提供的一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，具备可监测海浪过大风险、工作人员在风电机组内的水平位置与高度、行动姿态，识别可能碰撞点等，并及时发出语音提示的功能，适用于风电场工作环境，可大幅提高风电场工作人员的安全系数。
Claims (7)
1.一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、以智能安全帽的水平前方方向为x轴正方向，水平左侧方向为y轴正方向，垂直向上方向为z轴正方向，建立三维坐标系；所述的智能安全帽包括帽壳，帽壳的前侧向外凸起形成中空的第一安装盒体，第一安装盒体中设有惯性测量装置、毫米波雷达和摄像头，帽壳的左侧、右侧和后侧分别向外凸起形成中空的第二安装盒体，第二安装盒体中设有毫米波雷达和摄像头，帽壳的顶部向外凸起形成中空的第三安装盒体，第三安装盒体中设有毫米波雷达、摄像头和电容接近式传感器，第一安装盒体、第二安装盒体以及第三安装盒体分别设有用于毫米波雷达和摄像头工作的工作窗，帽壳的顶部同时设有第四安装盒体，第四安装盒体中设有与惯性测量装置以及各毫米波雷达和摄像头分别电性连接的主控芯片，主控芯片上集成有单片机控制单元、双天线GNSS定位定向接收机模块、无线通讯模块和语音模块；
S2、在工作人员作业前，将智能安全帽置于塔筒底部中央，智能安全帽通过无线通讯模块将双天线GNSS定位定向接收机模块采集的水平位置数据和高度数据发送至远程中央处理器，远程中央处理器结合水平位置数据、高度数据以及智能安全帽尺寸数据，得到该风电机组底部的水平位置基准中心和高度基准中心，进一步根据水平位置基准中心、高度基准中心和风机机组各塔筒平台、机舱、轮毂的三维尺寸数据、偏航方向数据、风力数据，使得后续中央处理器在分析处理智能安全帽反馈的位置、高度数据时，可迅速分辨出智能安全帽在风电机组内的具体位置；
S3、在工作人员佩戴智能安全帽工作过程中，惯性测量装置实时监测智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度和绕x轴、y轴、z轴三个直角坐标轴的角加速度、姿态角度数据；双天线GNSS定位定向接收机模块监测智能安全帽的移动速度、移动方向、水平位置和高度数据；各毫米波雷达实时监测智能安全帽外表面各方向距离障碍物的距离数据，单片机控制单元实时将惯性测量装置、双天线GNSS定位定向接收机模块、各毫米波雷达的监测数据发送至远程中央处理器，单片机控制单元和远程中央处理器进行预警。
2.根据权利要求1所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：智能安全帽投入使用前，在试验室内分别多次测试安全帽处于佩戴状态、多种姿势手持状态、未佩戴且未手持状态时电容接近式传感器反馈的电容值，根据试验测试数据和工作环境中电容接近式传感器反馈的电容值识别出工作人员是否佩戴安全帽。
3.根据权利要求1所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作人员佩戴智能安全帽从塔筒底部爬升到机舱，或者在机舱内、轮毂内以及塔筒各平台作业的过程中，单片机控制单元和远程中央处理器的处理过程包括：
a1、单片机控制单元对毫米波雷达发送来的数据分析处理后，若发现智能安全帽任一方向距离障碍物的距离达到设定提示条件时，将控制语音模块发出提示音；
a2、远程中央处理器监测到任意方向的线性加速度数据突然增大超过预设阈值时，判定该处出现了工作人员头部碰撞障碍物的情况；远程中央处理器根据碰撞时加速度数据的方向和大小、智能安全帽的姿态角度、水平位置和高度数据，确定工作人员头部的碰撞强度、碰撞位置、碰撞方向及与工作人员头部碰撞的障碍物的位置；根据碰撞事故后工作人员头部的移动速度、水平位置和高度变化数据及智能安全帽距各方向离障碍物的距离变化数据，进一步判断出碰撞后工作人员的活动能力，在必要时发出救援信号，通知救援人员前往救援；
a3、远程中央处理器接收毫米波雷达发送的距离数据，结合智能安全帽朝向、智能安全帽水平位置与高度数据，识别出存在与智能安全帽碰撞风险的障碍物的位置，当工作人员靠近该位置时，远程中央处理器通过无线模块远程控制语音模块发出提示音；
a4、远程中央处理器识别到各毫米波雷达监测的在智能安全帽各方向离障碍物的距离数据变化在预设范围内，但双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽的移动速度、水平位置变化超过预设范围时，说明风电机组出现异常晃动，远程中央处理器将通过无线通讯模块控制语音模块发出相应的危险情况提示音；
a5、远程中央处理器识别智能安全帽的高度处于与轮毂或机舱工作空间高度范围内，且根据惯性测量装置实时监测的智能安全帽在x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴方向的线性加速度、以及绕x轴、y轴和z轴三个直角坐标轴的角加速度数据，判定智能安全帽处于旋转状态时，说明工作人员还在轮毂内且轮毂已开始旋转的严重事故，此时远程中央处理器发出救援信号，通知救援人员前往救援。
4.根据权利要求3所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：步骤a2中，工作人员头部碰撞障碍物的情况具体通过以下过程判断：
a2.1、当工作人员头部位置向x轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向前下方变动，且高度降低的数值达到预设阈值，说明工作人员向前方摔倒；
a2.2、当智能安全帽位置向x轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向后下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值，说明工作人员向后方摔倒；
a2.3、当智能安全帽位置向y轴正方向移动，工作人员头部姿态角度向左下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向左侧摔倒；
a2.4、当智能安全帽位置向y轴负方向移动，工作人员头部姿态角度向右下方变动，且高度降低的数值达到一定阈值时，说明工作人员向右侧摔倒；
a2.5、在工作人员出现步骤a2.1-a2.4情况的同时，惯性测量装置监测到智能安全帽在摔倒的相反方向出现超过预设阈值的加速度，判断摔倒时出现了头部撞击地面的情况。
5.根据权利要求1所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
6.根据权利要求1所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作环境出现夜间断电、浓烟等影响视觉的突发事故时，远程配合的工作人员可根据双天线GNSS定位定向接收机模块监测的工作人员所处水平位置和高度数据、惯性测量装置监测的工作人员头部智能安全帽的姿态角度数据、各毫米波雷达实时监测的智能安全帽外表面与各方向障碍物的距离数据，远程指导现场工作人员的行动方向。
7.根据权利要求1所述的利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法，其特征在于：步骤S3所述的工作人员佩戴智能安全帽工作，包括以下情况：当工作人员乘船前往海上风电场时，远程中央处理器在满足以下两项条件时发出海浪过大风险提示：惯性测量装置监测到智能安全帽加速度变化达到设定阈值，且出现次数达到设定阈值；双天线GNSS定位定向接收机模块监测的智能安全帽位于海上行进路线中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210084429.8A CN114557510B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210084429.8A CN114557510B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114557510A true CN114557510A (zh) | 2022-05-31 |
| CN114557510B CN114557510B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=81713534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210084429.8A Active CN114557510B (zh) | 2022-01-25 | 2022-01-25 | 一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114557510B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115291222A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-11-04 | 武汉理工大学 | 一种骑行头盔后方物体检测和预警的方法及装置 |
| CN116386329A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 苏州镁昇智能科技有限公司 | 一种基于大数据的交通安全智能监测系统及方法 |
| CN116509097A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-01 | 浙江科诚建设监理有限公司 | 一种施工监理方法、系统、存储介质及智能终端 |
| CN116898172A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-10-20 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种复杂作业场景探测头盔装置及应用方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10203799A (ja) * | 1997-01-17 | 1998-08-04 | Tadano Ltd | 障害物近接検出装置付ヘルメット |
| CN106527701A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-22 | 国家电网公司 | 一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备 |
| CN106568415A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-04-19 | 国家电网公司 | 一种风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法 |
| CN108402570A (zh) * | 2018-02-25 | 2018-08-17 | 中国电信股份有限公司盐城分公司 | 一种基于nb-iot的智能安全帽 |
| CN209594834U (zh) * | 2019-01-23 | 2019-11-08 | 四川超影科技有限公司 | 一种基于智能安全帽的跌落检测装置 |
| CN111035098A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-21 | 河北诚和龙盛电力工程有限公司 | 一种用于风电场的智能安全帽 |
| KR20200095630A (ko) * | 2019-01-31 | 2020-08-11 | 부경대학교 산학협력단 | 작업자와 작업환경의 모니터링이 가능한 헬멧 및 이를 이용한 작업현장 모니터링 시스템 |
| CN111904078A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-10 | 浙江省一建建设集团有限公司 | 一种基于安全帽的安全生产共享数字生态系统及工作方法 |
| CN213128245U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-05-07 | 澎勃自动化科技(上海)有限公司 | 一种智能安全帽 |
| CN113142730A (zh) * | 2021-04-03 | 2021-07-23 | 国网甘肃省电力公司检修公司 | 一种基于带电作业安全防护智能安全帽及其使用方法 |
| CN216533995U (zh) * | 2021-11-22 | 2022-05-17 | 特变电工新疆新能源股份有限公司 | 一种具有防碰撞预警功能的智能安全帽 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210084429.8A patent/CN114557510B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10203799A (ja) * | 1997-01-17 | 1998-08-04 | Tadano Ltd | 障害物近接検出装置付ヘルメット |
| CN106527701A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-03-22 | 国家电网公司 | 一种应用于风电机组运维的智能可穿戴设备 |
| CN106568415A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-04-19 | 国家电网公司 | 一种风电塔台基础沉降监测系统及其监测方法 |
| CN108402570A (zh) * | 2018-02-25 | 2018-08-17 | 中国电信股份有限公司盐城分公司 | 一种基于nb-iot的智能安全帽 |
| CN209594834U (zh) * | 2019-01-23 | 2019-11-08 | 四川超影科技有限公司 | 一种基于智能安全帽的跌落检测装置 |
| KR20200095630A (ko) * | 2019-01-31 | 2020-08-11 | 부경대학교 산학협력단 | 작업자와 작업환경의 모니터링이 가능한 헬멧 및 이를 이용한 작업현장 모니터링 시스템 |
| CN111035098A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-21 | 河北诚和龙盛电力工程有限公司 | 一种用于风电场的智能安全帽 |
| CN111904078A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-10 | 浙江省一建建设集团有限公司 | 一种基于安全帽的安全生产共享数字生态系统及工作方法 |
| CN213128245U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-05-07 | 澎勃自动化科技(上海)有限公司 | 一种智能安全帽 |
| CN113142730A (zh) * | 2021-04-03 | 2021-07-23 | 国网甘肃省电力公司检修公司 | 一种基于带电作业安全防护智能安全帽及其使用方法 |
| CN216533995U (zh) * | 2021-11-22 | 2022-05-17 | 特变电工新疆新能源股份有限公司 | 一种具有防碰撞预警功能的智能安全帽 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 石自辉;: "风电场巡检智能安全帽系统设计", 智能建筑与智慧城市, no. 11, 25 November 2018 (2018-11-25) * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115291222A (zh) * | 2022-06-07 | 2022-11-04 | 武汉理工大学 | 一种骑行头盔后方物体检测和预警的方法及装置 |
| CN116386329A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-04 | 苏州镁昇智能科技有限公司 | 一种基于大数据的交通安全智能监测系统及方法 |
| CN116386329B (zh) * | 2023-03-24 | 2023-11-14 | 苏州镁昇智能科技有限公司 | 一种基于大数据的交通安全智能监测系统及方法 |
| CN116509097A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-01 | 浙江科诚建设监理有限公司 | 一种施工监理方法、系统、存储介质及智能终端 |
| CN116509097B (zh) * | 2023-04-28 | 2023-10-03 | 浙江科诚建设监理有限公司 | 一种施工监理方法、系统、存储介质及智能终端 |
| CN116898172A (zh) * | 2023-07-17 | 2023-10-20 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种复杂作业场景探测头盔装置及应用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114557510B (zh) | 2024-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114557510A (zh) | 一种利用智能安全帽监控风电场工作人员安全状态的方法 | |
| CN106373332A (zh) | 车载智能告警方法及装置 | |
| CN108294391A (zh) | 一种安全头盔或帽子 | |
| US20190133239A1 (en) | Integrated wireless head protection garment and harness | |
| CN111899469A (zh) | 基于安全帽的人体安全监测和报警系统及其控制方法 | |
| CN114081230A (zh) | 一种用于施工安全和疫情防控的智能安全帽 | |
| CN216533995U (zh) | 一种具有防碰撞预警功能的智能安全帽 | |
| CN113115212A (zh) | 基于uwb矿井工作人员的管理系统 | |
| CN113243606A (zh) | 具备远程通信功能的防护安全帽及安全管理方法 | |
| CN218527836U (zh) | 一种用于海上风电施工人员的一体化智能安全头盔 | |
| CN206165921U (zh) | 多功能安全帽 | |
| CN113034847B (zh) | 一种应用于火电厂巡检作业的智能安全监测系统及方法 | |
| CN115620480A (zh) | 一种基于高空智能自动监测的预警系统 | |
| CN206485567U (zh) | 一种消防救援探测飞行器 | |
| CN214016220U (zh) | 一种智能监管安全帽装置 | |
| CN210228152U (zh) | 一种人体状态检测装置 | |
| CN113538847A (zh) | 一种可以自动调节的人工智能监控装置 | |
| CN107277755B (zh) | 一种基于多功能安全帽的监管系统及其使用方法 | |
| CN111528870A (zh) | 对特殊工种作业人员疲劳警示和远程安全监控的方法 | |
| CN219741958U (zh) | 一种多功能智能安全帽 | |
| CN216386945U (zh) | 无人机有毒有害气体检测装置 | |
| CN220045022U (zh) | 一种用于健康监测的安全头盔 | |
| CN218389924U (zh) | 智能摩托头盔 | |
| CN213074650U (zh) | 一种基于深度学习的自然场景下安全帽佩戴实时监控设备 | |
| CN212036232U (zh) | 一种新型防塌方安全帽 |
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 | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230718 Address after: 450000, No. 305, 3rd Floor, Building 2, No. 53 Courtyard, No. 8 Street, West 9th Street, North Jingnan 6th Road, Zhengzhou Area (Economic Development Zone), Henan Pilot Free Trade Zone, Zhengzhou City, Henan Province Applicant after: Zhengzhou Lugen Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: Room b516, floor 4, building 6, No. 15, Jinyuan Road, Daxing District, Beijing 102600 Applicant before: Beijing Zhongke Haicheng Technology Co.,Ltd. |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |