CN115222242A - 一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统 - Google Patents

一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统 Download PDF

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CN115222242A CN202210837962.7A CN202210837962A CN115222242A CN 115222242 A CN115222242 A CN 115222242A CN 202210837962 A CN202210837962 A CN 202210837962A CN 115222242 A CN115222242 A CN 115222242A
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Abstract

本发明公开提供的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统。该系统包括脚手架监测与分析模块，吊绳监测与分析模块，高空作业设施安全分析模块，高空作业人员行为监测与分析模块，高空作业风力监测与分析模块，高空作业安全分析模块，高空作业安全预警模块和数据库；本发明通过从高空作业设施安全、高空作业人员的行为安全和高空作业风力安全对高空作业综合安全进行评估，有效地解决了当前技术仅对高空作业设施进行监测的问题，实现了对于高空作业安全的多方位监测与分析，消除了当前监测方式的片面性和局限性，实现了高空作业设施监测状态的高效监测，保障了高空作业人员的作业安全性和稳定性。

Description

一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统
技术领域
本发明属于高空作业安全监测分析技术领域，涉及到一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统。
技术背景
随着建筑行业的快速发展，高空作业逐渐走进了人们的视线中，与传统的陆地平稳的作业环境不同，高空作业存在着诸多的安全隐患，由此凸显了对于高空作业安全监测的重要性。
目前对于高空作业安全监测主要针对吊车等高空作业设备的使用状况进行分析，进而得到高空作业安全监测的结果，很显然，当前对高空作业安全监测还存在以下几点不足：
1、当前高空作业安全监测仅对高空作业设施进行监测，对于高空作业人员的作业状态无法得知，而人员行为作为高空作业的主要不确定因素之一，其监测的必要性不言而喻，当前没有对作业人员对应的状态进行监测，无法提高高空作业人员安全预警的及时性，使得高空作业人员的作业安全性和稳定性不高，进而导致踩空、坠落等事故的发生；
2、高空作业的首要安全隐患之一是风力环境，当前对高空作业的风力监测属于笼统式的监测，没有对不同高空层内的风力信息进行监测，针对性不足，安全隐患的排查力度不强，一方面加重了高空作业难度，另一方面增加了高空作业的危险性；
3、脚手架和吊绳作为高空作业的主要支撑部件之一，其结构的稳定性和外观的安全性直接决定了高空作业人员的作业安全性，当前没有对此进行详细的分析，无法为高空作业人员提供有力的作业支撑，同时也无法为高空作业人员的作业安全提供有力的保障，因此，当前技术的作业预警效率和预警效果均无法满足高空作业的预警需求；
4、当前对高空作业安全监测方式属于人工监测方式，监测效率低，并且监测内容存在很大的局限性，同时人工监测方式存在很大的主观性和视野盲区，无法保障高空作业安全监测的监测效果和高空作业的预警效率。
发明内容
鉴于以上现有技术存在的问题，本发明提供一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，用于解决上述技术问题。
为了实现上述目的及其他目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，该系统包括脚手架监测与分析模块，吊绳监测与分析模块，高空作业设施安全分析模块，高空作业人员行为监测与分析模块，高空作业风力监测与分析模块，高空作业安全分析模块，高空作业安全预警模块和数据库；
所述脚手架监测与分析模块，用于通过目标脚手架各节点搭载的压力传感器对各节点的压力进行监测，同时还通过目标脚手架各层级中布设的高清摄像头对各层级表面进行图像采集，分析得到目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数，进而根据目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数综合计算得到目标脚手架的稳定安全评估系数；
所述吊绳监测与分析模块，用于通过在目标吊绳顶端布设的高清摄像头对目标吊绳进行图像采集，同时从数据库中提取目标吊绳的使用年限，综合分析得出目标吊绳的使用安全评估系数；
所述高空作业设施安全分析模块，用于根据目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数，综合计算得出高空作业设施安全评估系数，并记为η；
所述高空作业人员行为监测与分析模块，用于通过在目标脚手架底部布设的摄像头当前各高空作业人员脚部进行图像采集，同时通过目标脚手架顶部布设的摄像头对当前各高空作业人员所处目标脚手架层级进行采集，进而分析得到高空作业人员的行为安全评估系数，并记为μ；
所述高空作业风力监测与分析模块，用于通过在目标脚手架各层级装置的风力传感器对风力进行监测，分析得到高空作业风力安全评估系数，并记为
Figure BDA0003749533810000031
所述高空作业安全分析模块，用于根据高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数，综合计算得到高空作业综合安全评估系数；
所述高空作业安全预警模块，用于当高空作业综合安全评估系数达到预警值时，发送预警指令并启动蜂鸣器装置进行预警；
所述数据库，用于存储目标吊绳的许可使用年限，目标脚手架各节点对应的标准压力值，用于存储目标脚手架各层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，还用于存储高空作业人员对应的参考安全脚踏面积和各层级等级的危险权重。
作为上述方案的进一步优化，所述目标脚手架各节点对应的结构安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
A1、获取目标脚手架在各节点的压力值，并记为Ni,其中i表示为目标脚手架各节点对应的编号，i＝1,2，......m；
A2、利用计算公式
Figure BDA0003749533810000041
计算得出目标脚手架各节点对应的结构稳定系数αi，其中，Ni′表示为目标脚手架第i节点对应的标准压力值。
作为上述方案的进一步优化，所述目标脚手架各层级对应的外表安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
B1、根据目标脚手架各层级表面的图像信息，从中提取目标脚手架各层级表面对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积和生锈处数目；
B2、利用计算公式
Figure BDA0003749533810000042
计算得出目标脚手架各层级对应的外表安全系数βj，其中，j表示为目标脚手架各层级对应的编号，j＝1,2，......n，Wj、Lj、Qj、Xj、Pj分别表示为目标脚手架第j层级对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈处数目，W'表示为设定的目标脚手架许可弯曲度数，Δw表示为设定的参考弯曲角度差，L′j、Q′j、X′j、P′j分别表示为目标脚手架第j层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，a1、a2、a3、a4、a5分别表示为设定的目标脚手架各层级的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈数目对应的外表安全影响权重，且a1+a2+a3+a4+a5＝1。
作为上述方案的进一步优化，所述目标脚手架的稳定安全评估系数具体计算公式为：
Figure BDA0003749533810000051
其中，δ表示为目标脚手架的稳定安全评估系数，c1和c2分别表示为目标脚手架各节点的结构稳定度和目标脚手架各层级的外表安全度对应的权重因子，且c1+c2＝1。
作为上述方案的进一步优化，所述目标吊绳的使用安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
根据目标吊绳的图像信息，从中提取中目标吊绳的磨损面积和磨损处数目，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000052
计算得出目标吊绳的磨损安全评估系数ε，其中，M表示为目标吊绳的磨损面积，M'表示为设定的许可吊绳磨损面积，S表示为目标吊绳的磨损处数目，S'表示为设定的许可吊绳磨损处数目，e表示为自然数，b1和b2分别表示为设定的目标吊绳磨损面积和磨损处数目对应的磨损安全评估影响权重因子，且b1+b2＝1；
根据目标吊绳的使用年限，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000053
计算得出目标吊绳的使用年限评估系数
Figure BDA0003749533810000061
其中,R表示为目标吊绳的使用年限，R′表示为目标吊绳的许可使用年限；
基于目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000062
计算得出目标吊绳的使用安全评估系数φ，其中,d1和d2分别表示为设定的目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数对应的影响因子，且d1+d2＝1。
作为上述方案的进一步优化，所述高空作业设施安全评估系数，具体计算公式为：
Figure BDA0003749533810000063
其中,η表示为高空作业设施安全评估系数，f1和f2分别表示为设定的目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数对应的影响系数，且f1+f2＝1。
作为上述方案的进一步优化，所述高空作业人员的行为安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
C1、从各高空作业人员对应的各脚部图像中提取脚踏面积，将其与数据库存储的高空作业人员对应的参考安全脚踏面积进行匹配对比，若某高空作业人员对应的脚部脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚踏面积匹配成功，则判定该高空作业人员为安全脚踏人员，若某高空作业人员对应的脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚部脚踏面积匹配失败，则判定该高空作业人员为危险脚踏人员，进而统计危险脚踏人员数目，将各危险脚踏人员按照预设顺序进行编号，依次标记为1,2，...r,...q，并提取各危险脚踏人员对应的脚踏面积；
C2、基于当前各高空作业人员所处目标脚手架层级，将各危险脚踏人员对应的所处目标脚手架层级与设定的各层级等级对应的层级区间进行匹配对比，筛选得出各危险脚踏人员对应的所处层级等级，进而从数据库中定位出各危险脚踏人员对应所处层级等级的危险权重，并记为χr，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000071
计算得到其中高空作业人员的行为安全评估系数μ，其中，r表示为各危险脚踏人员对应的编号，r＝1,2，......q，Gr表示为第r位危险脚踏人员对应的脚踏面积，G′表示为设定的危险脚踏人员对应的标准脚踏面积，λ表示为高空作业人员安全修正因子。
作为上述方案的进一步优化，所述高空作业风力安全评估系数，具体计算公式如下：
获取各层级高空作业中的风力值，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000072
计算得到高空作业风力安全评估系数
Figure BDA0003749533810000073
其中，Fj表示为第j个层级高空作业中的风力值，F′j表示为设定的第j个层级高空作业中的许可风力值，τ表示为高空作业风力安全修正因子。
作为上述方案的进一步优化，所述高空作业综合安全评估系数，具体计算公式如下：
Figure BDA0003749533810000074
其中，ψ表示为高空作业综合安全评估系数，h1,h2和h3分别表示为设定的高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数对应的影响权重，且h1+h2+h3＝1。
如上所述，本发明提供的一种基于机器视觉的市政路面环卫清扫智能分析调控系统，至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，通过对目标脚手架和目标吊绳进行监测分析，得出高空作业设施安全评估系数，进而结合高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数，综合计算得到高空作业综合安全评估系数，一方面，有效地解决了当前技术仅对高空作业设施进行监测的问题，消除了当前监测方式的片面性和局限性，大幅度提升了高空作业设施监测的全面性和精准性，实现了高空作业设施监测状态的高效监测，进而节省了大量的人力和物力，一方面，通过从高空作业设施的安全、高空作业人员的行为安全和高空作业风力安全三个维度的监测分析，实现了高空作业安全的多方位监测与分析，保障了高空作业安全检测结果的准确性，另一方面，通过智能化设备的监测方式，提高了高空作业安全的监测力度，防止脚手架、吊绳等出现破损时继续使用造成的二次损伤，进而避免了高空作业设施损坏程度的加重，提高了高空作业设施的使用效率；
(2)本发明通过布设的摄像头对高空作业人员的脚踏面积采集分析，进而得到高空作业人员的行为安全评估系数，提高了高空作业人员安全预警的及时性，保障了高空作业人员的作业安全性和稳定性，在一定程度上减少了踩空、坠落等事故的发生；
(3)本发明通过在各层级装置的风力传感器对风力进行监测，分析得到高空作业风力安全评估系数，实现了脚手架中各层级内风力的针对性监测，加强了风力安全隐患的排查力度，一方面减轻了高空作业难度，另一方面降低了高空作业的危险性；
(4)本发明通过目标脚手架和目标吊绳进行监测分析，综合计算得到高空作业设施安全评估系数，为高空作业人员提供了有力的作业支撑，进而为高空作业人员的作业安全提供了有力的保障；
(5)本发明通过布设的传感器和摄像头对高空作业安全监测，消除了人工监测的误差，确保了高空作业安全监测信息的可靠性、参考性和合理性，提高了高空作业安全监测数据的精准性，智能化和自动化水平高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明的系统模块连接示意图。
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。
请参照图1所示，一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，包括脚手架监测与分析模块，吊绳监测与分析模块，高空作业设施安全分析模块，高空作业人员行为监测与分析模块，高空作业风力监测与分析模块，高空作业安全分析模块，高空作业安全预警模块和数据库。
上述中高空作业设施安全分析模块与脚手架监测与分析模块和吊绳监测与分析模块连接，数据库与脚手架监测与分析模块、吊绳监测与分析模块和高空作业人员行为监测与分析模块连接，高空作业安全分析模块与高空作业设施安全分析模块、高空作业人员行为监测与分析模块和高空作业风力监测与分析模块连接。
所述脚手架监测与分析模块，用于通过目标脚手架各节点搭载的压力传感器对各节点的压力进行监测，同时还通过目标脚手架各层级中布设的高清摄像头对各层级表面进行图像采集，分析得到目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数，进而根据目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数综合计算得到目标脚手架的稳定安全评估系数。
上述提到的目标脚手架各节点对应的结构安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
A1、获取目标脚手架在各节点的压力值，并记为Ni,其中i表示为目标脚手架各节点对应的编号，i＝1,2，......m；
A2、利用计算公式
Figure BDA0003749533810000101
计算得出目标脚手架各节点对应的结构稳定系数αi，其中，Ni′表示为目标脚手架第i节点对应的标准压力值。
上述提到的目标脚手架各层级对应的外表安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
B1、根据目标脚手架各层级表面的图像信息，从中提取目标脚手架各层级表面对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积和生锈处数目；
B2、利用计算公式
Figure BDA0003749533810000111
计算得出目标脚手架各层级对应的外表安全系数βj，其中，j表示为目标脚手架各层级对应的编号，j＝1,2，......n，Wj、Lj、Qj、Xj、Pj分别表示为目标脚手架第j层级对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈处数目，W'表示为设定的目标脚手架许可弯曲度数，Δw表示为设定的参考弯曲角度差，L′j、Q′j、X′j、P′j分别表示为目标脚手架第j层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，a1、a2、a3、a4、a5分别表示为设定的目标脚手架各层级的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈数目对应的外表安全影响权重，且a1+a2+a3+a4+a5＝1。
上述提到的目标脚手架的稳定安全评估系数具体计算公式为：
Figure BDA0003749533810000112
其中，δ表示为目标脚手架的稳定安全评估系数，c1和c2分别表示为目标脚手架各节点的结构稳定度和目标脚手架各层级的外表安全度对应的权重因子，且c1+c2＝1。
所述吊绳监测与分析模块，用于通过在目标吊绳顶端布设的高清摄像头对目标吊绳进行图像采集，同时从数据库中提取目标吊绳的使用年限，综合分析得出目标吊绳的使用安全评估系数。
上述提到的目标吊绳的使用安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
根据目标吊绳的图像信息，从中提取中目标吊绳的磨损面积和磨损处数目，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000121
计算得出目标吊绳的磨损安全评估系数ε，其中，M表示为目标吊绳的磨损面积，M'表示为设定的许可吊绳磨损面积，S表示为目标吊绳的磨损处数目，S'表示为设定的许可吊绳磨损处数目，e表示为自然数，b1和b2分别表示为设定的目标吊绳磨损面积和磨损处数目对应的磨损安全评估影响权重因子，且b1+b2＝1；
根据目标吊绳的使用年限，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000122
计算得出目标吊绳的使用年限评估系数
Figure BDA0003749533810000123
其中,R表示为目标吊绳的使用年限，R′表示为目标吊绳的许可使用年限；
基于目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000124
计算得出目标吊绳的使用安全评估系数φ，其中,d1和d2分别表示为设定的目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数对应的影响因子，且d1+d2＝1。
本发明实施例通过目标脚手架和目标吊绳进行监测分析，综合计算得到高空作业设施安全评估系数，为高空作业人员提供了有力的作业支撑，进而为高空作业人员的作业安全提供了有力的保障。
所述高空作业设施安全分析模块，用于根据目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数，综合计算得出高空作业设施安全评估系数，并记为η。
上述提到的高空作业设施安全评估系数，具体计算公式为：
Figure BDA0003749533810000131
其中,η表示为高空作业设施安全评估系数，f1和f2分别表示为设定的目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数对应的影响系数，且f1+f2＝1。
所述高空作业人员行为监测与分析模块，用于通过在目标脚手架底部布设的摄像头当前各高空作业人员脚部进行图像采集，同时通过目标脚手架顶部布设的摄像头对当前各高空作业人员所处目标脚手架层级进行采集，进而分析得到高空作业人员的行为安全评估系数，并记为μ。
上述提到的高空作业人员的行为安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
C1、从各高空作业人员对应的各脚部图像中提取脚踏面积，将其与数据库存储的高空作业人员对应的参考安全脚踏面积进行匹配对比，若某高空作业人员对应的脚部脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚踏面积匹配成功，则判定该高空作业人员为安全脚踏人员，若某高空作业人员对应的脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚部脚踏面积匹配失败，则判定该高空作业人员为危险脚踏人员，进而统计危险脚踏人员数目，将各危险脚踏人员按照预设顺序进行编号，依次标记为1,2，...r,...q，并提取各危险脚踏人员对应的脚踏面积；
C2、基于当前各高空作业人员所处目标脚手架层级，将各危险脚踏人员对应的所处目标脚手架层级与设定的各层级等级对应的层级区间进行匹配对比，筛选得出各危险脚踏人员对应的所处层级等级，进而从数据库中定位出各危险脚踏人员对应所处层级等级的危险权重，并记为χr，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000141
计算得到其中高空作业人员的行为安全评估系数μ，其中，r表示为各危险脚踏人员对应的编号，r＝1,2，......q，Gr表示为第r位危险脚踏人员对应的脚踏面积，G′表示为设定的危险脚踏人员对应的标准脚踏面积，λ表示为高空作业人员安全修正因子。
本发明实施例通过布设的摄像头对高空作业人员的脚踏面积采集分析，进而得到高空作业人员的行为安全评估系数，提高了高空作业人员安全预警的及时性，保障了高空作业人员的作业安全性和稳定性，在一定程度上减少了踩空、坠落等事故的发生。
所述高空作业风力监测与分析模块，用于通过在目标脚手架各层级装置的风力传感器对风力进行监测，分析得到高空作业风力安全评估系数，并记为
Figure BDA0003749533810000142
上述提到的高空作业风力安全评估系数，具体计算公式如下：
获取各层级高空作业中的风力值，利用计算公式
Figure BDA0003749533810000151
计算得到高空作业风力安全评估系数
Figure BDA0003749533810000152
其中，Fj表示为第j个层级高空作业中的风力值，F′j表示为设定的第j个层级高空作业中的许可风力值，τ表示为高空作业风力安全修正因子。
本发明实施例通过在各层级装置的风力传感器对风力进行监测，分析得到高空作业风力安全评估系数，实现了脚手架中各层级内风力的针对性监测，加强了风力安全隐患的排查力度，一方面减轻了高空作业难度，另一方面降低了高空作业的危险性。
本发明实施例通过布设的传感器和摄像头对高空作业安全监测，消除了人工监测的误差，确保了高空作业安全监测信息的可靠性、参考性和合理性，提高了高空作业安全监测数据的精准性，智能化和自动化水平高。
所述高空作业安全分析模块，用于根据高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数，综合计算得到高空作业综合安全评估系数。
上述提到的高空作业综合安全评估系数，具体计算公式如下：
Figure BDA0003749533810000153
其中，ψ表示为高空作业综合安全评估系数，h1,h2和h3分别表示为设定的高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数对应的影响权重，且h1+h2+h3＝1。
所述高空作业安全预警模块，用于当高空作业综合安全评估系数达到预警值时，发送预警指令并启动蜂鸣器装置进行预警。
所述数据库，用于存储目标吊绳的许可使用年限，目标脚手架各节点对应的标准压力值，用于存储目标脚手架各层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，还用于存储高空作业人员对应的参考安全脚踏面积和各层级等级的危险权重。
本发明提供的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，通过对目标脚手架和目标吊绳进行监测分析，得出高空作业设施安全评估系数，进而结合高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数，综合计算得到高空作业综合安全评估系数，一方面，有效地解决了当前技术仅对高空作业设施进行监测的问题，消除了当前监测方式的片面性和局限性，大幅度提升了高空作业设施监测的全面性和精准性，实现了高空作业设施监测状态的高效监测，进而节省了大量的人力和物力，一方面，通过从高空作业设施的安全、高空作业人员的行为安全和高空作业风力安全三个维度的监测分析，实现了高空作业安全的多方位监测与分析，保障了高空作业安全检测结果的准确性，另一方面，通过智能化设备的监测方式，提高了高空作业安全的监测力度，防止脚手架、吊绳等出现破损时继续使用造成的二次损伤，进而避免了高空作业设施损坏程度的加重，提高了高空作业设施的使用效率。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：该系统包括脚手架监测与分析模块，吊绳监测与分析模块，高空作业设施安全分析模块，高空作业人员行为监测与分析模块，高空作业风力监测与分析模块，高空作业安全分析模块，高空作业安全预警模块和数据库；
所述脚手架监测与分析模块，用于通过目标脚手架各节点搭载的压力传感器对各节点的压力进行监测，同时还通过目标脚手架各层级中布设的高清摄像头对各层级表面进行图像采集，分析得到目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数，进而根据目标脚手架各节点对应的结构安全系数和目标脚手架各层级对应的外表安全系数综合计算得到目标脚手架的稳定安全评估系数；
所述吊绳监测与分析模块，用于通过在目标吊绳顶端布设的高清摄像头对目标吊绳进行图像采集，同时从数据库中提取目标吊绳的使用年限，综合分析得出目标吊绳的使用安全评估系数；
所述高空作业设施安全分析模块，用于根据目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数，综合计算得出高空作业设施安全评估系数，并记为η；
所述高空作业人员行为监测与分析模块，用于通过在目标脚手架底部布设的摄像头当前各高空作业人员脚部进行图像采集，同时通过目标脚手架顶部布设的摄像头对当前各高空作业人员所处目标脚手架层级进行采集，进而分析得到高空作业人员的行为安全评估系数，并记为μ；
所述高空作业风力监测与分析模块，用于通过在目标脚手架各层级装置的风力传感器对风力进行监测，分析得到高空作业风力安全评估系数，并记为
Figure FDA0003749533800000021
所述高空作业安全分析模块，用于根据高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数，综合计算得到高空作业综合安全评估系数；
所述高空作业安全预警模块，用于当高空作业综合安全评估系数达到预警值时，发送预警指令并启动蜂鸣器装置进行预警；
所述数据库，用于存储目标吊绳的许可使用年限，目标脚手架各节点对应的标准压力值，用于存储目标脚手架各层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，还用于存储高空作业人员对应的参考安全脚踏面积和各层级等级的危险权重。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述目标脚手架各节点对应的结构安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
A1、获取目标脚手架在各节点的压力值，并记为Ni,其中i表示为目标脚手架各节点对应的编号，i＝1,2，......m；
A2、利用计算公式
Figure FDA0003749533800000022
计算得出目标脚手架各节点对应的结构稳定系数αi，其中，Ni′表示为目标脚手架第i节点对应的标准压力值。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述目标脚手架各层级对应的外表安全系数，其具体分析过程包括以下步骤：
B1、根据目标脚手架各层级表面的图像信息，从中提取目标脚手架各层级表面对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积和生锈处数目；
B2、利用计算公式
Figure FDA0003749533800000031
计算得出目标脚手架各层级对应的外表安全系数βj，其中，j表示为目标脚手架各层级对应的编号，j＝1,2，......n，Wj、Lj、Qj、Xj、Pj分别表示为目标脚手架第j层级对应的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈处数目，W'表示为设定的目标脚手架许可弯曲度数，Δw表示为设定的参考弯曲角度差，Lj′、Qj′、Xj′、Pj′分别表示为目标脚手架第j层级对应的许可裂纹长度、许可裂纹数目、许可生锈面积、许可生锈处数目，a1、a2、a3、a4、a5分别表示为设定的目标脚手架各层级的弯曲度数、裂纹长度、裂纹数目、生锈面积、生锈数目对应的外表安全影响权重，且a1+a2+a3+a4+a5＝1。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述目标脚手架的稳定安全评估系数具体计算公式为：
Figure FDA0003749533800000032
其中，δ表示为目标脚手架的稳定安全评估系数，c1和c2分别表示为目标脚手架各节点的结构稳定度和目标脚手架各层级的外表安全度对应的权重因子，且c1+c2＝1。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述目标吊绳的使用安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
根据目标吊绳的图像信息，从中提取中目标吊绳的磨损面积和磨损处数目，利用计算公式
Figure FDA0003749533800000041
计算得出目标吊绳的磨损安全评估系数ε，其中，M表示为目标吊绳的磨损面积，M'表示为设定的许可吊绳磨损面积，S表示为目标吊绳的磨损处数目，S'表示为设定的许可吊绳磨损处数目，e表示为自然数，b1和b2分别表示为设定的目标吊绳磨损面积和磨损处数目对应的磨损安全评估影响权重因子，且b1+b2＝1；
根据目标吊绳的使用年限，利用计算公式
Figure FDA0003749533800000042
计算得出目标吊绳的使用年限评估系数
Figure FDA0003749533800000043
其中,R表示为目标吊绳的使用年限，R′表示为目标吊绳的许可使用年限；
基于目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数，利用计算公式
Figure FDA0003749533800000044
计算得出目标吊绳的使用安全评估系数φ，其中,d1和d2分别表示为设定的目标吊绳的磨损安全评估系数和使用年限评估系数对应的影响因子，且d1+d2＝1。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述高空作业设施安全评估系数，具体计算公式为：
Figure FDA0003749533800000051
其中,η表示为高空作业设施安全评估系数，f1和f2分别表示为设定的目标脚手架的稳定安全评估系数和目标吊绳的使用安全评估系数对应的影响系数，且f1+f2＝1。
7.根据权利要求6所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述高空作业人员的行为安全评估系数，具体分析过程包括以下步骤：
C1、从各高空作业人员对应的各脚部图像中提取脚踏面积，将其与数据库存储的高空作业人员对应的参考安全脚踏面积进行匹配对比，若某高空作业人员对应的脚部脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚踏面积匹配成功，则判定该高空作业人员为安全脚踏人员，若某高空作业人员对应的脚踏面积与高空作业人员对应的参考安全脚部脚踏面积匹配失败，则判定该高空作业人员为危险脚踏人员，进而统计危险脚踏人员数目，将各危险脚踏人员按照预设顺序进行编号，依次标记为1,2，...r,...q，并提取各危险脚踏人员对应的脚踏面积；
C2、基于当前各高空作业人员所处目标脚手架层级，将各危险脚踏人员对应的所处目标脚手架层级与设定的各层级等级对应的层级区间进行匹配对比，筛选得出各危险脚踏人员对应的所处层级等级，进而从数据库中定位出各危险脚踏人员对应所处层级等级的危险权重，并记为χr，利用计算公式
Figure FDA0003749533800000061
计算得到其中高空作业人员的行为安全评估系数μ，其中，r表示为各危险脚踏人员对应的编号，r＝1,2，......q，Gr表示为第r位危险脚踏人员对应的脚踏面积，G′表示为设定的危险脚踏人员对应的标准脚踏面积，λ表示为高空作业人员安全修正因子。
8.根据权利要求7所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述高空作业风力安全评估系数，具体计算公式如下：
获取各层级高空作业中的风力值，利用计算公式
Figure FDA0003749533800000062
计算得到高空作业风力安全评估系数
Figure FDA0003749533800000063
其中，Fj表示为第j个层级高空作业中的风力值，Fj′表示为设定的第j个层级高空作业中的许可风力值，τ表示为高空作业风力安全修正因子。
9.根据权利要求8所述的一种基于无线传感器的高空作业安全在线监测分析预警系统，其特征在于：所述高空作业综合安全评估系数，具体计算公式如下：
Figure FDA0003749533800000064
其中，ψ表示为高空作业综合安全评估系数，h1,h2和h3分别表示为设定的高空作业设施安全评估系数、高空作业人员的行为安全评估系数和高空作业风力安全评估系数对应的影响权重，且h1+h2+h3＝1。
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