CN114898525A

CN114898525A - 一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置

Info

Publication number: CN114898525A
Application number: CN202210777345.2A
Authority: CN
Inventors: 李强; 秦清; 许健俊; 刘洋; 李阳; 吴锋; 程昱; 罗崇金; 王俊; 尤敦法
Original assignee: Hubei Haina Tianying Technology Development Co ltd
Current assignee: Hubei Haina Tianying Technology Development Co ltd
Priority date: 2022-07-04
Filing date: 2022-07-04
Publication date: 2022-08-12

Abstract

本发明提供一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置，包括辅助装置和主控装置，所述主控装置包括主控制器单元、第一运动处理传感器单元、远程通信单元、第一近距离通信单元、第一电池及管理单元，所述辅助装置包括辅助控制器单元；第二运动处理传感器单元；第二近距离通信单元；第二电池及管理单元；声光报警单元，通过将该系统加装到安全带上，可以实现安全带佩戴状态的检测，一旦发现非正常使用，一方面向作业人员发出声光报警，另一方面向后台和远程安全管理人员上报佩戴状态异常信息，两个装置体积小、重量轻，拆装方便，该方法采用双运动传感器的数据采集与同步、特征提取、一致性分析、积累学习。

Description

一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置

技术领域

本发明涉及运动传感器的数据处理与分类识别技术领域，具体为一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置。

背景技术

坠落防护安全带是高处作业人员个体坠落防护的主要装备之一，对于避免坠落和降低坠落伤害具有重要作用。按照国家标准（GB 6095-2021 坠落防护安全带）的定义，坠落防护安全带是“在高处作业、攀登及悬挂作业中固定作业人员位置、防止作业人员发生坠落或发生坠落后将作业人员安全悬挂的个体坠落防护装备的系统”。在国家标准（GB50870-2013 建筑施工安全技术统一规范）中，也提出了“悬空高处作业人员应挂牢安全带”的强制性要求。

但是在实际工作中，有些用工单位管理人员或作业人员安全意识淡薄，怕麻烦图省事，心存侥幸，没有做到全过程全时段严格按照安全规范和制度要求正确佩戴使用坠落防护安全带，出现了不应有的坠落事故和伤害。用工单位也迫切需要及时发现不规范的安全带佩戴情况，便于及时准确地实施高处作业的安全管控。

目前已有的对坠落防护安全带佩戴状态进行自动检测监管的案例，以图像识别方式为主，有的用一路摄像头，有的用多路摄像头；有的用可见光图像，有的用红外热成像。发明的重点集中在图像识别的算法上。这种技术路线的实际检测效果与图像质量关系很大，拍摄角度、距离、清晰度以及环境光线、拍摄背景都可能影响检测效果。发明专利号CN201110417470是在安全带挂钩上安装压力传感器和重力加速度传感器，通过压力传感器及重力加速度传感器的数值变化来区分安全带是否被佩戴。该发明没有办法区分正常使用与安全带挂钩挂在自己身上的异常使用等情形，而后者是实际使用过程中较为常见的不规范操作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明结构新颖，采用二个运动处理传感器，同时感知作业人员躯体和安全带挂钩的运动状态，通过二者运动数据特征和运动数据一致性的分析，可识别出高处作业人员佩戴安全带的真实情况，有效分辨出安全带正常使用、异常使用、未佩戴三种佩戴状态。未佩戴指作业人员没有穿戴安全带，把安全带放置或挂在他处，异常使用指作业人员穿戴了安全带系带，但是安全绳挂钩没有挂在固定的装置上，而是挂在身上或拎在手上或拖在地上等。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种坠落防护安全带佩戴状态检测装置实现的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

1）加装在系带上的第一运动处理传感器和加装在挂钩的第二运动处理传感器，可提供的运动数据参数项目至少包括实时的三轴角速度值。

2）第一运动处理传感器和第二运动处理传感器运动处理传感器进行周期性的同步采样，即两个运动处理传感器的有效采样点数相同、各对应采样点的采样时间相同、每个采样点包含的参数项目相同。

3）每次同步采样后，分别提取第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的有效采样点数据的特征值，之后汇聚到一处。

4）对于第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的有效采样点数据，分别提取的特征值包含总角速度、总角速度均值、总角速度标准差、总加速度、总加速度均值、总加速度标准差中的至少一种。

5）第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的运动数据一致性指数计算，包含总角速度一致性、垂直地面轴的角速度一致性、总角速度标准差一致性、总加速度一致性、重力加速度分量一致性、总加速度标准差一致性中的至少一种。

6）基于第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的运动数据一致性指数，根据运动数据特征值与一致性指数阈值的组合判断，将安全带佩戴状态识别为正常使用、异常使用、未佩戴三种状态。

7）当识别得到安全带佩戴状态发生变化时，再继续若干次的同步采样、运动数据特征提取与汇聚、运动数据一致性指数计算和佩戴状态分类识别的过程，如果连续多次的识别结果一致，则确认安全带佩戴状态确实转换为新识别出的佩戴状态，否则暂时不改变安全带佩戴状态，继续下一检测周期。

进一步的，包括辅助装置和主控装置，所述主控装置包括主控制器单元、第一运动处理传感器单元、远程通信单元、第一近距离通信单元、第一电池及管理单元，所述辅助装置包括辅助控制器单元；第二运动处理传感器单元；第二近距离通信单元；第二电池及管理单元；声光报警单元。

进一步的，所述主控装置和辅助装置内部设有储存介质，且储存介质储存有计算机程序。

本发明的有益效果：本发明的一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置，包括辅助装置；主控装置。

1.该一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置通过将该系统加装到安全带上，可以实现安全带佩戴状态的检测，一旦发现非正常使用，一方面向作业人员发出声光报警，另一方面向后台和远程安全管理人员上报佩戴状态异常信息。

2.该一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置提供主控装置和辅助装置，两个装置体积小、重量轻，拆装方便，可加装在各型坠落防护安全带上，不更改安全带原有结构，不对安全带的安全性造成任何负面影响。

3.该一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置，采用双传感器的数据采集与同步、特征提取、一致性分析、积累学习。

附图说明

图1为本发明一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置的方法的流程图；

图2为本发明一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置的限位机构结构示意图；

图3为本发明一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置的主控装置结构示意图；

图4为本发明一种坠落防护安全带佩戴状态检测的方法及装置的系统加装方式与位置示意图；

图中：1、辅助装置；2、主控装置。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种坠落防护安全带佩戴状态检测装置实现的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

1）加装在系带上的第一运动处理传感器和加装在挂钩1的第二运动处理传感器，可提供的运动数据参数项目至少包括实时的三轴角速度值。

总角速度

总角速度均值

总角速度样本标准差

总加速度

总加速度均值

总加速度样本标准差

所述第一运动处理传感器的运动数据特征值记为

；所述第二运动处理传感器的运动数据特征值记为

。

总角速度一致性指数

总加速度一致性指数

。

6）基于第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的运动数据一致性指数，根据运动数据特征值与一致性指数阈值的组合判断，将安全带佩戴状态识别为正常使用、异常使用、未佩戴三种状态，基于连续多次采样的安全带佩戴状态转换累积确认。当识别得到安全带佩戴状态发生变化时，再继续次（一般为3次及以上）的同步采样、运动数据特征提取与汇聚、运动数据一致性指数计算和佩戴状态分类识别过程。如果连续多次的识别结果一致，则确认安全带佩戴状态确实转换为新识别出的佩戴状态；

其中，通过对运动处理传感器采样数据的计算分析，根据人体的运动特性与挂钩的运动特性的一致性来进行判断，通过多次采样数据积累分析，提高判断准确度：

如果两者都基本不动，判断为静置未佩戴；

如果两者运动特性一致性较高，判断为挂钩挂在身上异常使用；

如果两者运动，且一致性较低，为正常使用；

经过多组采样数据的积累和计算，可以根据一段时间内躯体和挂钩运动的一致性，判断出挂钩的不同状态：

具体地，如果作业人员没有穿戴安全带，把安全带放置或挂在它处，那么两个运动处理传感器的运动状态同时为静止状态；

如果作业人员穿戴安全带，但是把挂钩挂在身上，那么挂钩的运动特性与人的躯体会比较接近，比如躯体往上挂钩也往上，躯体向左移动挂钩也向左移动，而且移动速度相差也不大，即两个运动处理传感器的运动状态一致性高。

如果挂钩正常挂在牢固的地方，因为挂钩与人之间是用软的安全绳进行连接，那么挂钩与人的躯体动作状态会有明显差异，比如人左右移动时挂钩基本垂直向下，只会有微小摆动，而且运动速度差异明显，即两个运动处理传感器的运动状态一致性低。

7）状态转换累积确认是为了克服避免因为单次采样时长有限而带来的误判，为保证一定的检测时间灵敏性，并降低数据量和计算量，单次采样时长不宜过长，通常不大于30秒。

当识别得到安全带佩戴状态发生变化时，再继续若干次的同步采样、运动数据特征提取与汇聚、运动数据一致性指数计算和佩戴状态分类识别的过程，如果连续多次的识别结果一致，则确认安全带佩戴状态确实转换为新识别出的佩戴状态，否则暂时不改变安全带佩戴状态，继续下一检测周期。

本实施例，包括辅助装置1和主控装置2，（主控装置2和辅助装置1采用无线通讯方式，第一近距离通信单元与第二近距离通信单元采用低功耗蓝牙(BLE)进行无线连接、通讯，可选的，也可采用经典蓝牙、WiFi、ZigBee、Lora等无线通信方式，甚至有线方式。主控装置2的远程通信单元采用4G cat.1通信模组，可选的，也可采用5G、4G cat.4、NB-IoT等通信模组，甚至采用蓝牙、WiFi、ZigBee、Lora等无线通信方式先上传到近距离的通信节点）通过将该系统加装到安全带上，可以实现安全带佩戴状态的检测，一旦发现非正常使用，一方面向作业人员发出声光报警，另一方面向后台和远程安全管理人员上报佩戴状态异常信息,提供主控装置2和辅助装置1，两个装置体积小、重量轻，拆装方便，可加装在各型坠落防护安全带上，不更改安全带原有结构，不对安全带的安全性造成任何负面影响，高空作业安全带形式、组成、材质、配件等都是有国家标准的，本方案中辅助装置1和主控装置2能适配符合国标的各种安全带，且不影响其安全性，将辅助装置1固定安装在挂钩底部，将主控装置2安装在系带上，安全绳两端分别与系带和挂钩固定连接完成两者的安装使用。

本实施例，所述主控装置2包括主控制器单元、第一运动处理传感器单元、远程通信单元、第一近距离通信单元、第一电池及管理单元，所述辅助装置1包括辅助控制器单元；第二运动处理传感器单元；第二近距离通信单元；第二电池及管理单元；声光报警单元，所述主控装置2和辅助装置1内部设有储存介质，且储存介质储存有计算机程序；主控制器单元，控制装置内的运动处理传感器单元和辅助装置1同步采样、提取第一运动处理传感器的运动数据特征、接收辅助装置1的运动数据、计算运动数据一致性指数、实施安全带佩戴状态分类识别；第一运动处理传感器单元，在主控制器单元的控制下进行运动数据采样；远程通信单元，在主控制器单元的控制下上传安全带佩戴状态分类识别结果；第一近距离通信单元，与辅助装置1进行数据交互；第一电池及管理单元，可充电电池、充电管理及电池电量指示；辅助控制器单元，控制第二近距离通信单元接收主控装置2的命令、控制第二运动处理传感器采样、提取第二运动处理传感器的运动数据特征、将数据传送给主控装置2、控制声光报警单元的报警；第二运动处理传感器单元，在辅助控制器单元的控制下进行运动数据采样；第二近距离通信单元，与主控装置2进行数据交互；第二电池及管理单元，可充电电池、充电管理及电池电量指示；声光报警单元，在辅助控制器单元的控制下进行声光报警；存储介质存储计算机程序被处理器执行时，坠落防护安全带佩戴状态检测方法实施（通过同时运行介质上的计算机程序，可以实现坠落防护安全带佩戴状态检测和报警、上报功能）。

本实施例，一次采样识别的执行流程为：

1：主控装置2的主控制器单元通过第一近距离通信单元向辅助装置1发送采样命令，辅助装置1的辅助控制器单元通过第二近距离通信单元接收采样命令。

2：主控装置2发出采样命令后，控制第一运动处理传感器单元采样；辅助装置1收到采样命令后，控制第二运动处理传感器单元采样。按照分别加装在安全带系带和安全绳挂钩端的运动处理传感器数据同步采样的方法要求，两者的采样频率、采样点数、采样参数项目都相同，事先约定并固化在各自的计算机程序中。

3：主控装置2的主控制器单元按照安全带系带和安全绳挂钩端的运动数据特征提取与汇聚的方法计算第一运动处理传感器的运动数据特征值，辅助装置1的辅助控制器单元计算按照同样的方法计算第二运动处理传感器的运动数据特征值，并将结果通过第二近距离通信单元发送给主控装置2。

4：主控装置2的主控制器单元按照安全带系带和安全绳挂钩端的运动数据一致性指数计算的方法计算运动数据一致性指数。

5：主控装置2的主控制器单元按照安全带佩戴状态分类识别的方法对安全带佩戴状态进行分类识别。

6：主控装置2的主控制器单元按照基于连续多次采样的安全带佩戴状态转换累积确认的方法对安全带佩戴状态转换进行累积确认。

7：主控装置2的主控制器单元通过远程通信单元上报步骤6确定的安全带佩戴状态，以及自身的唯一标识符(ID)，如果安全带佩戴状态由正常使用转换为非正常使用，主控装置2的主控制器单元通过第一近距离通信单元向辅助装置1发送报警命令，辅助装置1的辅助控制器单元通过第二近距离通信单元接收到报警命令后，控制声光报警单元进行声光报警。如果安全带佩戴状态由非正常使用转换为正常使用，主控装置2的主控制器单元通过第一近距离通信单元向辅助装置1发送解除报警命令，辅助装置1的辅助控制器单元通过第二近距离通信单元接收到解除报警命令后，控制声光报警单元停止声光报警。

8：主控装置2的主控制器单元等待预设的时间（比如5秒），跳转到步骤1。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种坠落防护安全带佩戴状态检测装置实现的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

1）加装在系带上的第一运动处理传感器和加装在挂钩的第二运动处理传感器，可提供的运动数据参数项目至少包括实时的三轴角速度值；

2）第一运动处理传感器和第二运动处理传感器运动处理传感器进行周期性的同步采样，即两个运动处理传感器的有效采样点数相同、各对应采样点的采样时间相同、每个采样点包含的参数项目相同；

3）每次同步采样后，分别提取第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的有效采样点数据的特征值，之后汇聚到一处；

4）对于第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的有效采样点数据，分别提取的特征值包含总角速度、总角速度均值、总角速度标准差、总加速度、总加速度均值、总加速度标准差中的至少一种；

5）第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的运动数据一致性指数计算，包含总角速度一致性、垂直地面轴的角速度一致性、总角速度标准差一致性、总加速度一致性、重力加速度分量一致性、总加速度标准差一致性中的至少一种；

6）基于第一运动处理传感器和第二运动处理传感器的运动数据一致性指数，根据运动数据特征值与一致性指数阈值的组合判断，将安全带佩戴状态识别为正常使用、异常使用、未佩戴三种状态；

2.根据权利要求1所述的一种坠落防护安全带佩戴状态检测的装置，包括辅助装置（1）和主控装置（2），其特征在于：所述主控装置（2）包括主控制器单元、第一运动处理传感器单元、远程通信单元、第一近距离通信单元、第一电池及管理单元，所述辅助装置（1）包括辅助控制器单元；第二运动处理传感器单元；第二近距离通信单元；第二电池及管理单元；声光报警单元。

3.根据权利要求4所述的一种坠落防护安全带佩戴状态检测的装置，其特征在于：所述主控装置（2）和辅助装置（1）内部设有储存介质，且储存介质储存有计算机程序。