CN115277774A - 一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，涉及施工安全监控技术领域，解决了现有技术在进行安全监控过程中，未考虑各种复杂环境对数据传输以及安全营救的影响，导致无法保证施工人员在复杂环境下安全的技术问题；本发明通过多级通讯组网完成中枢分析模块和智慧单兵之间的数据传输；定时根据传输系数选择为了传输周期的通讯方式；能够保证在不同环境下，均通过最优的通讯方式完成数据传输，提高安全监控能力；本发明对基础环境数据进行分析判断施工环境是否异常，若出现异常则建立安全通道并广播；对基础体征数据进行分析判断施工人员体征是否正常，若出现异常则通过附近的施工人员进行救助，能够多方位保证施工人员的安全。

Description

一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统

技术领域

本发明属于施工安全监控领域，涉及一种基于物联网的复杂环境下的远程调度技术，具体是一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统。

背景技术

随着基建需求的不断提高，施工现场环境越来越复杂，安全生产事故频发。复杂环境下进行施工时，如隧道施工、井下施工等施工，各种环境因素不可控，如何保证复杂环境下施工人员安全具有非常重要的意义。

现有技术(公开号为CN114186826A的发明专利申请)公开了一种施工现场智慧单兵安全作业系统及其工作方法，通过智慧单兵采集施工现场的安全信息数据，后台系统根据安全信息数据进行安全监控和调度。现有技术在进行安全监控过程中，未考虑各种复杂环境对数据传输以及安全营救的影响，导致无法保证施工人员在复杂环境下的安全；因此，亟须一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，用于解决现有技术在进行安全监控过程中，未考虑各种复杂环境对数据传输以及安全营救的影响，导致无法保证施工人员在复杂环境下安全的技术问题。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，包括中枢分析模块，以及通过多级通讯组网与之相连接的智慧单兵，且智慧单兵内置各种数据传感器和通讯设备；

智慧单兵：通过数据传感器采集基础分析数据，并通过多级通讯组网发送至中枢分析模块；其中，基础分析数据包括基础环境数据和基础体征数据；

中枢分析模块：对基础分析数据进行验证分析，验证通过后根据其中的基础环境数据判断施工环境是否异常，并根据判断结果进行协同调度；以及

根据基础体征数据判断施工人员体征是否异常，并根据判断结果进行协同预警；其中，施工人员体征的判断并不结合基础环境数据。

优选的，所述中枢分析模块通过多级通讯组网与若干所述智慧单兵通信和/或电气连接；其中，多级通讯组网至少包括两种通讯方式；

所述智慧单兵内部设置有边缘处理模块，所述边缘处理模块分别与数据传感器和通讯设备通信和/或电气连接。

优选的，所述智慧单兵在开启之后，通过内置的所述数据传感器采集获取所述基础分析数据；以及

将所述基础分析数据通过至少一种通讯方式传输至所述中枢分析模块；所述中枢分析模块对不同通讯方式传输的基础分析数据进行对比核验。

优选的，发送所述基础分析数据所采用的通讯方式通过所述中枢分析模块辅助选择，包括：

所述中枢分析模块定时发送测试信号至所述智慧单兵，随后所述智慧单兵通过各种通讯方式发送测试数据至所述中枢分析模块；

所述中枢分析模块基于传输系数分析各种通讯方式的传输效率，根据所述传输效率选择通讯方式。

优选的，所述中枢分析模块根据测试过程获取所述传输系数，包括：

解析提取测试过程中测试数据的数据帧长度和网络波动曲线，并分别标记为SZC和F(t)；其中，t为网络速率采集时间；

通过

公式获取传输系数CX；其中，[t1,t2]为测试时间段，BWS为标准网络速率，α为大于0的比例系数。

优选的，所述中枢分析模块根据所述基础环境数据判断施工环境的异常，当施工环境异常时，则进行协同调度，包括：

通过若干所述智慧单兵获取若干组所述基础环境数据；

基于所述基础环境数据的异常判断对应的施工环境异常；当任意施工环境异常时，则根据正常的施工环境建立安全通道；

将所述安全通道广播至若干所述智慧单兵。

优选的，所述中枢分析模块根据施工人员位置构建所述安全通道，包括：

获取处于异常施工环境中施工人员的位置，标记为初始位置；

确定正常的施工区域；以初始位置为起点，以安全区域为终点，基于正常的施工区域建立安全通道；其中，安全区域为正常的施工区域或庇护场所。

优选的，所述中枢分析模块基于基础体征数据判断施工人员体征是否异常；当施工人员的体征出现异常时，则进行协同预警，包括：

通过若干所述智慧单兵获取若干组所述基础体征数据；其中，基础体征数据包括心率、体温和血压；

基于所述基础体征数据的异常判断对应施工人员是否正常；当施工人员异常时则进行预警，并通过临近的正常施工人员进行协同救助。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过多级通讯组网完成中枢分析模块和智慧单兵之间的数据传输；定时对各通讯方式进行测试获取传输系数，然后根据传输系数选择为了传输周期的通讯方式；能够保证在不同环境下，均通过最优的通讯方式完成数据传输，提高安全监控能力。

2、本发明将施工环境判断和施工人员体征判断分开；对基础环境数据进行分析判断施工环境是否异常，若出现异常则建立安全通道并广播；对基础体征数据进行分析判断施工人员体征是否正常，若出现异常则通过附近的施工人员进行救助，能够多方位保证施工人员的安全。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的工作步骤示意图；

图2为本发明的系统原理示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，本发明第一方面实施例提供了一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，包括中枢分析模块，以及通过多级通讯组网与之相连接的智慧单兵，且智慧单兵内置各种数据传感器和通讯设备；

智慧单兵：通过数据传感器采集基础分析数据，并通过多级通讯组网发送至中枢分析模块；其中，基础分析数据包括基础环境数据和基础体征数据；

中枢分析模块：对基础分析数据进行验证分析，验证通过后根据其中的基础环境数据判断施工环境是否异常，并根据判断结果进行协同调度；以及根据基础体征数据判断施工人员体征是否异常，根据判断结果进行协同预警。

复杂环境下保证施工安全的难点在于：1)通讯困难，通讯异常则会导致数据采集和传输不及时，后台决策系统无法做出及时判断，如存在电磁干扰或者隧道等恶劣环境；2)数据采集困难，无法在施工环境中均匀布置多类型传感器，也会影响后台系统的决策；3)施工人员定位困难，一旦施工环境或者施工人员出现异常，无法及时定位和救助。

本发明申请中中枢分析模块通过多级通讯组网与若干智慧单兵通信和/或电气连接；其中，多级通讯组网至少包括两种通讯方式；智慧单兵内部设置有边缘处理模块，边缘处理模块分别与数据传感器和通讯设备通信和/或电气连接；通讯方式如光纤通讯、无线通讯或者报文通讯等。

中枢分析模块负责数据处理和决策调度，其通过智慧单兵采集数据和执行决策，同时通过智能终端(手机和电脑)展示数据分析过程和决策结果；多级通讯组网是多种通讯方式构成的通讯网络，多种通讯方式可相互切换；智慧单兵是施工人员的智能穿戴设备，包括智能头盔、智能手环等。

智慧单兵内部设置有独立的控制模块，即边缘处理模块，还设置有各种类型的数据传感器和通讯设备；数据传感器包括定位装置、摄像头、预警装置(对电池电量、气体浓度等进行预警)、气体检测仪、温湿度传感器等；通讯设备主要用来建立调度人员与施工人员的直接通话，主要包括声卡、扩音器等。

本发明申请中智慧单兵在开启之后，通过内置的数据传感器采集获取基础分析数据；以及将基础分析数据通过至少一种通讯方式传输至中枢分析模块；中枢分析模块对不同通讯方式传输的基础分析数据进行对比核验。

智慧单兵开始工作之后，其内置的各种数据传感器和通讯设备即开启。数据传感器开始采集基础分析数据，然后根据中枢分析模块选择的通讯方式传输至中枢分析模块。

在某些特定环境下，为了保证基础分析数据能够被准确传输到中枢分析模块中，可以同时选择两种通讯方式进行数据传输。此时，中枢分析模块对接收的两个基础分析数据进行对比核验，一致的情况下进行下一步的数据分析；当然，不一致的情况下也可以根据通讯方式的可信程度来选择可信的基础分析数据。

本发明申请中通过中枢分析模块辅助选择发送基础分析数据所采用的通讯方式，包括：

中枢分析模块定时发送测试信号至智慧单兵，随后智慧单兵通过各种通讯方式发送测试数据至中枢分析模块；中枢分析模块基于传输系数分析各种通讯方式的传输效率，根据传输效率选择通讯方式。

合理选择通讯方式实质还是为了保证数据传输的稳定性，且通讯方式的稳定性在不同环境下表现不同。本发明申请通过测试数据定时进行测试，并根据测试过程获取的数据计算传输系数，根据传输系数来评估传输效率；最后根据传输效率来选择一种或者两种通讯方式来完成数据传输。

本发明申请中中枢分析模块根据测试过程获取传输系数，包括：

解析提取测试过程中测试数据的数据帧长度和网络波动曲线，并分别标记为SZC和F(t)；通过

公式获取传输系数CX；其中，[t1,t2]为测试时间段，BWS为标准网络速率，α为大于0的比例系数。

在测试过程中，由中枢分析模块发送测试信号至智慧单兵，然后智能当兵发送测试数据给中枢分析模块，中枢分析模块接收到测试数据之后即表示测试完成。需要注意的是，每种通讯方式使用的测试数据并不一定相同，可以根据通讯方式定制测试数据，并存储在中枢分析模块和智慧单兵中。

BWS为标准网络速率，即完成基础分析数据传输的最低网络速率要求。由传输系数公式可知，数据帧长度固定，而网络速率较好时，则传输系数低，即传输系数越小，说明对应通讯方式时延越小，且稳定性也越好。测试时间段从智慧单兵发送测试时间开始计算，直到中枢分析模块接收到测试数据。

对各通讯方式的测试是定时的，即每隔一段时间测试一次，不同通讯方式适用环境不同。在获取各通讯方式的传输系数之后，按照从小到大进行排序，选择前面的一个或者两个通讯方式作为该时间段内主要数据传输方式。

本发明申请中中枢分析模块根据基础环境数据判断施工环境的异常，当施工环境异常时，则进行协同调度，包括：

通过若干智慧单兵获取若干组基础环境数据；基于基础环境数据的异常判断对应的施工环境异常；当任意施工环境异常时，则根据正常的施工环境建立安全通道；将安全通道广播至若干智慧单兵。

在基础分析数据核验通过之后，对基础环境数据进行分析，如根据视频数据识别是否出现塌方、漏水等事故，根据有害气体浓度判断是否超过设定阈值等，当基础环境数据全部正常时，则判定对应施工环境安全；否则，判定对应施工环境异常。

当某一施工环境异常时，其中的施工人员应该立即撤离，因此需要建立安全通道。然后将安全通道广播给受影响的施工人员，本发明申请中中枢分析模块根据施工人员位置构建安全通道，包括：

获取处于异常施工环境中施工人员的位置，标记为初始位置；确定正常的施工区域；以初始位置为起点，以安全区域为终点，基于正常的施工区域建立安全通道；其中，安全区域为正常的施工区域或庇护场所。

构建安全通道首先得确定异常施工环境中施工人员的位置，然后确定施工人员撤离的位置。这里面可以撤离的位置包括设置的庇护场所以及其他正常的施工区域。在确定起点和终点之后，结合通过其他智慧单兵获取的正常的施工区域拼接生成安全通道。在安全通道生成过程中，应尽可能保证安全通道的安全性，其次才是保证通道长度，最终目的是将施工人员安全转移到安全区域。

本发明申请中中枢分析模块基于基础体征数据判断施工人员体征是否异常；当施工人员的体征出现异常时，则进行协同预警，包括：

通过若干智慧单兵获取若干组基础体征数据；基于基础体征数据的异常判断对应施工人员是否正常；当施工人员异常时则进行预警，并通过临近的正常施工人员进行协同救助。

基础体征数据包括心率、体温和血压，即使基础环境数据正常，但由于施工环境的复杂性，也有可能会对施工人员造成一定的影响，可以从基础体征数据中解析施工人员的异常，当施工人员心率、体温、血压等不正常时，则判定施工人员处于紧急情况，立即广播该施工人员的位置，其附近的施工人员在接收到广播之后对其进行救助。

需要注意的是，施工人员的体征判断不需要结合基础环境数据，基础环境数据出现异常时，无论施工人员的体征是否出现异常，都会对其进行转移；当基础环境数据正常时，也不能表示施工人员的体征一定表现正常。

上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。

本发明的工作原理：

智慧单兵通过数据传感器采集基础分析数据，并通过多级通讯组网发送至中枢分析模块；中枢分析模块对基础分析数据进行验证分析，验证通过后根据其中的基础环境数据判断施工环境是否异常，并根据判断结果进行协同调度；以及根据基础体征数据判断施工人员体征是否异常，并根据判断结果进行协同预警。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，包括中枢分析模块，以及通过多级通讯组网与之相连接的智慧单兵，且智慧单兵内置各种数据传感器和通讯设备，其特征在于：

智慧单兵：通过数据传感器采集基础分析数据，并通过多级通讯组网发送至中枢分析模块；其中，基础分析数据包括基础环境数据和基础体征数据；

中枢分析模块：对基础分析数据进行验证分析，验证通过后根据其中的基础环境数据判断施工环境是否异常，并根据判断结果进行协同调度；以及

根据基础体征数据判断施工人员体征是否异常，并根据判断结果进行协同预警；其中，施工人员体征的判断并不结合基础环境数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述中枢分析模块通过多级通讯组网与若干所述智慧单兵通信和/或电气连接；其中，多级通讯组网至少包括两种通讯方式；

所述智慧单兵内部设置有边缘处理模块，所述边缘处理模块分别与数据传感器和通讯设备通信和/或电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述智慧单兵在开启之后，通过内置的所述数据传感器采集获取所述基础分析数据；以及

将所述基础分析数据通过至少一种通讯方式传输至所述中枢分析模块；所述中枢分析模块对不同通讯方式传输的基础分析数据进行对比核验。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，发送所述基础分析数据所采用的通讯方式通过所述中枢分析模块辅助选择，包括：

所述中枢分析模块定时发送测试信号至所述智慧单兵，随后所述智慧单兵通过各种通讯方式发送测试数据至所述中枢分析模块；

所述中枢分析模块基于传输系数分析各种通讯方式的传输效率，根据所述传输效率选择通讯方式。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述中枢分析模块根据测试过程获取所述传输系数，包括：

解析提取测试过程中测试数据的数据帧长度和网络波动曲线，并分别标记为SZC和F(t)；其中，t为网络速率采集时间；

通过

公式获取传输系数CX；其中，[t1,t2]为测试时间段，BWS为标准网络速率，α为大于0的比例系数。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述中枢分析模块根据所述基础环境数据判断施工环境的异常，当施工环境异常时，则进行协同调度，包括：

通过若干所述智慧单兵获取若干组所述基础环境数据；

基于所述基础环境数据的异常判断对应的施工环境异常；当任意施工环境异常时，则根据正常的施工环境建立安全通道；

将所述安全通道广播至若干所述智慧单兵。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述中枢分析模块根据施工人员位置构建所述安全通道，包括：

获取处于异常施工环境中施工人员的位置，标记为初始位置；

确定正常的施工区域；以初始位置为起点，以安全区域为终点，基于正常的施工区域建立安全通道；其中，安全区域为正常的施工区域或庇护场所。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的复杂环境下的远程调度系统，其特征在于，所述中枢分析模块基于基础体征数据判断施工人员体征是否异常；当施工人员的体征出现异常时，则进行协同预警，包括：

通过若干所述智慧单兵获取若干组所述基础体征数据；其中，基础体征数据包括心率、体温和血压；

基于所述基础体征数据的异常判断对应施工人员是否正常；当施工人员异常时则进行预警，并通过临近的正常施工人员进行协同救助。

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