CN115378968B - 一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统 - Google Patents

一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统，包括：多个传感器，设置于生物实验室内，每个传感器用于采集所述生物实验室内的传感数据；边缘计算系统，用于获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息；并根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作；所述监控设备，用于根据所述边缘计算系统的控制进行告警操作。

Description

一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统
技术领域
本发明涉及边缘计算技术领域，特别涉及一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统。
背景技术
现有技术中，生物实验室主要依靠摄像头、传感器等监测环境情况，对环境以及保护措施要求比较严格。通常，是会为同一栋楼里的多个实验室配置同一个服务器来对每个生物实验室中传感器、摄像头采集到的数据进行分析，以获得生物实验室的环境情况和安全情况，但是，由于同一个服务器处理多个生物实验室的数据，就会使得针对单个生物实验室来说，分析不及时，有可能在紧急情况下，无法及时获得生物实验室的紧急状态信息；同时生物实验室中传感器比较多，产生的数据比较多，对上述服务器的压力也比较大。
发明内容
本发明提供一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统，包括：
多个传感器，设置于生物实验室内，每个传感器用于采集所述生物实验室内的传感数据；
所述生物实验室对应的边缘计算系统，用于获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息；并根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作；其中，每个生物实验室都配置独立的一个边缘计算系统；
所述监控设备，用于根据所述边缘计算系统的控制进行告警操作。
上述技术方案的技术效果为：为每个生物实验室配置独立的一个边缘计算系统，边缘计算系统专门用来分析该一个生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，并根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作；从而，边缘计算系统由于只负责处理一个生物实验室内的传感数据，因此，其工作压力较小，处理速度较快，可以及时的在生物实验室存在危险隐患或危险情况时，及时通过监控设备进行告警，提高对生物实验室的监测安全性和告警及时性。
在一个实施例中，所述生物实验室被划分为多个区域，所述多个区域包括N个危险操作区域，所述N等于或大于1；
所述多个传感器包括3N个摄像头，所述3N个摄像头中每三个摄像头为一组，即包括N组摄像头，所述N组摄像头与所述N个危险操作区域一一对应；每组摄像头中的第一个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的操作人面部衣着图像、第二个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的操作人动作图像、第三个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的实验器材所在区域图像；
所述边缘计算系统获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
所述边缘计算系统对每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据进行分析，获得所述视频画面中包括的危险行为数据，根据所述危险行为数据确定危险信息；
其中，所述每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据包括每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的操作人面部衣着图像、操作人动作图像、实验器材所在区域图像。
在一个实施例中，所述边缘计算系统对每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
步骤A1：在生物实验室门口以及内部设置有图像采集装置，根据门口设置的图像采集装置采集到的图像进行人脸识别，并且记录每个进入实验室内的人员，以及每个进入实验室的人员在预设时间段内的进入次数，并且利用人脸识别技术识别估算出每个进入实验室的人员的年纪，并且生物实验室内部设置的图像采集装置利用图像识别技术识别出每个进入实验室的人员的衣着裸露部分的面积，生物实验室内部设置的图像采集装置识别生物实验室内的人员的脸部表情，利用公式(1)根据每个进入生物实验室的人员的进入次数、每个进入生物实验室的人员的年纪、每个进入生物实验室的人员的衣着裸露部分的面积、生物实验室内部设置的图像采集装置识别生物实验室内的人员的脸部表情状态得到生物实验室的当前危险预警等级值
其中K表示生物实验室的当前危险预警等级值；B(a)表示当前生物实验室的第a个人员的脸部表情状态情绪值，若所述人员的脸部表情状态情绪为预设情绪时(例如惊讶、惊慌、情绪激动、愤怒等非平静、非愉悦类的情绪)，B(a)＝1；若无上述预设情绪，则B(a)＝0)；N(a)表示生物实验室的第a个人员在预设时间段内的进入生物实验室的进入次数；J(a)表示当前生物实验室的第a个人员的年纪数值，单位可以为年、岁，计算时不将单位带进公式，只取数值来计算；S(a)表示当前生物实验室的第a个人员的衣着裸露部分的面积数值，面积可以为平方厘米，计算时不将单位带进公式，只取数值来计算，可根据当前图像识别技术中的相关技术来实现；D表示当前生物实验室的人员个数；
步骤A2：利用公式(2)根据操作人动作图像中的动作数据判断当前是否已经发生危险行为：
其中W表示当前生物实验室内是否已经发生危险行为的判定值以及危险行为的等级值；ΔT(a)表示当前生物实验室的第a个人员在操作时两个动作之间的间隔时间；T表示预设间隔时间阈值；∑(a)表示当前生物实验室的第a个人员是否有擦抹裸露部位的动作的判定值，若当前生物实验室的第a个人员有擦抹裸露部位的动作则C(a)＝1反之C(a)＝0；P表示当前生物实验室内的危险溶液(有腐蚀性的溶液、有爆炸风险的溶液等)被洒出来的重量(危险溶液的容器可以实时放在电子称重设备的上方，该电子称重设备用来对危险溶液的容器中洒出来的危险溶液重量进行称重；P0表示当前生物实验室内的危险溶液的起始总重量；表示存在函数，将a的值从1取值到D代入到括号内若存在一个a值使得括号内的式子成立则整体的函数值为1，反之整体的函数值为0；
若W＝0，则表示当前生物实验室内未发生危险行为；
若W>0，则表示当前生物实验室内已发生危险行为，并且危险行为的等级值为W；
步骤A3：利用公式(3)根据当前是否已经发生危险行为的判定值以及当前实验室的危险预警等级值确定危险信息，并通过所述危险信息控制实验室内可控色彩板的颜色值，其中所述实验室内可控色彩板分为左右两个区域，左边区域的颜色代表当前实验室内发生危险行为的等级情况，右边区域的颜色代表当前实验室内的危险预警等级值：
其中(R0,G0,B0)表示所述生物实验室内可控色彩板左边区域的颜色RGB控制值；(R1,G1,B1)表示所述生物实验室内可控色彩板右边区域的颜色RGB控制值；
通过上述公式(3)得到的左右两个区域的RGB控制值控制所述生物实验室内可控色彩板左右两个区域的颜色。
上述技术方案的有益效果是：利用步骤A1的公式(1)根据每个进入实验室的人员的进入次数、每个进入实验室的人员的年纪、每个进入实验室的人员的衣着裸露部分的面积、实验室内部设置的图像采集装置识别实验室内的人员的脸部表情状态得到当前实验室的危险预警等级值，从而知晓潜在的危险情况，便于实验室内的人员进行相应的预警调整以及防护；然后利用步骤A2的公式(2)根据操作人动作图像中的动作数据判断当前是否已经发生危险行为，从而可以及时发现危险行为，并针对危险行为进行提醒以及做出相应的应对；最后利用步骤A3的公式(3)根据当前是否已经发生危险行为的判定值以及当前实验室的危险预警等级值确定危险信息，并通过所述危险信息控制实验室内可控色彩板的颜色值，从而实验室内的人员通过观察所述实验室内可控色彩板的颜色，进行相应的预警和安全调整，颜色情况便于观察并且色彩单一便于快速查看和预警。
在一个实施例中，所述多个传感器还包括烟雾传感器、湿度传感器、温度传感器中的任一种或多种传感器。
在一个实施例中，所述边缘计算系统获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
根据所述实验器材所在区域图像确定所述实验器材所在区域中正在被操作人使用的实验器材；
从预存的数据库中获取所述正在被操作人使用的实验器材对应的承装物品名称和该承装物品对应的安全使用环境参数，所述安全实验环境参数包括该承装物品对应的安全使用温度范围和安全使用湿度范围；其中，承装物品例如可以是药水、液体、粉末状物品等实验物品材料；
根据所述多个传感器采集到的当前传感数据，判断所述生物实验室当前的温度是否处于所述安全使用温度范围、判断所述生物实验室当前的湿度是否处于所述安全使用湿度范围；
如果所述生物实验室当前的温度不处于所述安全使用温度范围，则确定所述生物实验室存在的危险信息包括所述生物实验室的温度不适合该承装物品；
如果所述生物实验室当前的湿度不处于所述安全使用湿度范围，则确定所述生物实验室存在的危险信息包括所述生物实验室的湿度不适合该承装物品。
上述技术方案的有益效果为：通过上述技术方案，可以智能的分析出生物实验室当前的温度、湿度，对于当前正在被使用的实验物品材料是否是安全的，如果是不安全的，则可以及时通过监控设备告警，提高对生物实验室监控的智能化、安全性、及时性。
在一个实施例中，所述根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作，包括：
将所述危险信息显示于所述监控设备的显示界面；
和/或
将所述危险信息以语音播放的形式通过所述监控设备播放。
在一个实施例中，所述监控设备包括设置于所述生物实验室所在大楼的监控室内的室内监控设备，从而便于大楼监管人员及时获得生物实验室的危险信息，及时采取相应救援措施。或者，所述监控设备包括随身携带于所述生物实验室管理人员身上的便携式监控设备，从而可以使得生物实验室管理人员可以及时获得生物实验室的危险信息，及时采取相应救援措施。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于边缘计算的生物实验室安全检测系统，其特征在于，包括：
多个传感器，设置于生物实验室内，每个传感器用于采集所述生物实验室内的传感数据；
所述生物实验室对应的边缘计算系统，用于获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息；并根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作；
所述监控设备，用于根据所述边缘计算系统的控制进行告警操作；
其中，所述生物实验室被划分为多个区域，所述多个区域包括N个危险操作区域，所述N等于或大于1；
所述多个传感器包括3N个摄像头，所述3N个摄像头中每三个摄像头为一组，即包括N组摄像头，所述N组摄像头与所述N个危险操作区域一一对应；每组摄像头中的第一个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的操作人面部衣着图像、第二个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的操作人动作图像、第三个摄像头用于拍摄其对应的危险操作区域的实验器材所在区域图像；
所述边缘计算系统获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
所述边缘计算系统对每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息；
其中，所述每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据包括每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的操作人面部衣着图像、操作人动作图像、实验器材所在区域图像中的任一种或多种；
其中，所述边缘计算系统对每组摄像头拍摄到的对应的危险操作区域的图像数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
步骤A1：在生物实验室门口以及内部设置有图像采集装置，根据门口设置的图像采集装置采集到的图像进行人脸识别，并且记录每个进入实验室内的人员，以及每个进入实验室的人员在预设时间段内的进入次数，并且利用人脸识别技术识别估算出每个进入实验室的人员的年纪，并且生物实验室内部设置的图像采集装置利用图像识别技术识别出每个进入实验室的人员的衣着裸露部分的面积，生物实验室内部设置的图像采集装置识别生物实验室内的人员的脸部表情，利用公式(1)根据每个进入生物实验室的人员的进入次数、每个进入生物实验室的人员的年纪、每个进入生物实验室的人员的衣着裸露部分的面积、生物实验室内部设置的图像采集装置识别生物实验室内的人员的脸部表情状态得到生物实验室的当前危险预警等级值
其中K表示生物实验室的当前危险预警等级值；B(a)表示当前生物实验室的第a个人员的脸部表情状态情绪值，若所述人员的脸部表情状态情绪为预设情绪时，B(a)＝1；若无上述预设情绪，则B(a)＝0)；N(a)表示生物实验室的第a个人员在预设时间段内的进入生物实验室的进入次数；J(a)表示当前生物实验室的第a个人员的年纪数值；S(a)表示当前生物实验室的第a个人员的衣着裸露部分的面积数值；D表示当前生物实验室的人员个数；
步骤A2：利用公式(2)根据操作人动作图像中的动作数据判断当前是否已经发生危险行为：
其中W表示当前生物实验室内是否已经发生危险行为的判定值以及危险行为的等级值；ΔT(a)表示当前生物实验室的第a个人员在操作时两个动作之间的间隔时间；T表示预设间隔时间阈值；C(a)表示当前生物实验室的第a个人员是否有擦抹裸露部位的动作的判定值，若当前生物实验室的第a个人员有擦抹裸露部位的动作则C(a)＝1反之C(a)＝0；P表示当前生物实验室内的危险溶液被洒出来的重量；P0表示当前生物实验室内的危险溶液的起始总重量；表示存在函数，将a的值从1取值到D代入到括号内若存在一个a值使得括号内的式子成立则整体的函数值为1，反之整体的函数值为0；
若W＝0，则表示当前生物实验室内未发生危险行为；
若W>0，则表示当前生物实验室内已发生危险行为，并且危险行为的等级值为W；
步骤A3：利用公式(3)根据当前是否已经发生危险行为的判定值以及当前实验室的危险预警等级值确定危险信息，并通过所述危险信息控制实验室内可控色彩板的颜色值，其中所述实验室内可控色彩板分为左右两个区域，左边区域的颜色代表当前实验室内发生危险行为的等级情况，右边区域的颜色代表当前实验室内的危险预警等级值：
其中(R0,G0,B0)表示所述生物实验室内可控色彩板左边区域的颜色RGB控制值；(R1,G1,B1)表示所述生物实验室内可控色彩板右边区域的颜色RGB控制值；
通过上述公式(3)得到的左右两个区域的RGB控制值控制所述生物实验室内可控色彩板左右两个区域的颜色。
2.如权利要求1所述的生物实验室安全检测系统，其特征在于，
所述多个传感器还包括烟雾传感器、湿度传感器、温度传感器中的任一种或多种传感器。
3.如权利要求2所述的生物实验室安全检测系统，其特征在于，
所述边缘计算系统获取所述生物实验室内的每个传感器采集到的传感数据，并对所述传感数据进行分析，获得所述生物实验室存在的危险信息，包括：
根据所述实验器材所在区域图像确定所述实验器材所在区域中正在被操作人使用的实验器材；
从预存的数据库中获取所述正在被操作人使用的实验器材对应的承装物品名称和该承装物品对应的安全使用环境参数，所述安全实验环境参数包括该承装物品对应的安全使用温度范围和安全使用湿度范围；
根据所述多个传感器采集到的当前传感数据，判断所述生物实验室当前的温度是否处于所述安全使用温度范围、判断所述生物实验室当前的湿度是否处于所述安全使用湿度范围；
如果所述生物实验室当前的温度不处于所述安全使用温度范围，则确定所述生物实验室存在的危险信息包括所述生物实验室的温度不适合该承装物品；
如果所述生物实验室当前的湿度不处于所述安全使用湿度范围，则确定所述生物实验室存在的危险信息包括所述生物实验室的湿度不适合该承装物品。
4.如权利要求1所述的生物实验室安全检测系统，其特征在于，
所述根据所述危险信息控制监控设备进行告警操作，包括：
将所述危险信息显示于所述监控设备的显示界面；
和/或
将所述危险信息以语音播放的形式通过所述监控设备播放。
5.如权利要求1所述的生物实验室安全检测系统，其特征在于，
所述监控设备包括设置于所述生物实验室所在大楼的监控室内的室内监控设备、和/或随身携带于所述生物实验室管理人员身上的便携式监控设备。
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