CN115660377B - 一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法，采用一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控装置，包括建立数字地图、建立姿态判断模型、设置施工人员权限、位置监测、姿态监测、防拆卸监测步骤。本发明通过佩戴式终端中的北斗定位模块对施工人员所处范围进行定位，再利用近场通信阅读模块对其所在位置的三维空间进行监控，只要禁入的施工人员进入该三维空间内，则能够对施工人员进行预警提醒，解决了现有技术中监控盲点的问题，实现了对施工人员的全方位监控。

Description

一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法

技术领域

本发明涉及安全监控技术领域，具体为一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法。

背景技术

传统的变电站室外施工时常有人员工作态度不认真，不按照规范随意出入禁区，不佩戴护具等情态出现，传统依靠管理人员进行监管常出现管控盲区，监管难题频现，事故危险性常存，传统摄像头设置的安全边界受制于摄像头的分布，难免有盲点和覆盖不到的区域，结合人员实时定位信息和有效的通知机制成为必然需要。

变电站室外环境施工目前对人员安全管控主要为线下管理和摄像头安全边界管理相结合的办法。其中线下管理主要为施工队长签署安全责任书，凭借人盯人的方式在管理，现在新建变电站或部分老变电站加装了摄像头，利用摄像头划定电子围栏实现安全边界管控的方式在管理。现有技术中利用人盯人以及厘清边界的方式较为传统，而摄像头加安全边界的方案也因为监管盲区导致不能根本解除安全风险。即便摄像头发现人员误入安全边界，也难以判断其是否经过授权，往往发生误报等情况，干扰正常施工进度。

另外现有技术中，为防止施工人员偷懒，通过在施工人员身上佩戴可检测人体倾斜角度的传感器对施工人员身体倾斜角度进行检测，并在施工人员身体倾斜一定角度时判断施工人员处于怠工状态。但是由于施工人员工作的场景以及工作类型不同，使得施工人员在施工时，也可能处于身体倾斜状态，因此仅仅通过施工人员身体倾斜角度判断施工人员是否处于怠工状态是不精确的。

发明内容

针对背景技术中提出的现有变电站室外施工人员安全管控方法在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法，具备对施工人员的定位精确且避免了现有技术中监控盲点的问题，另外提高了对施工人员的怠工状态判断的精确性优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

本发明提供如下技术方案：一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法，采用一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控装置，包括北斗定位模块、近场通信标签模块、近场通信阅读模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、超高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、佩戴模块、语音录入模块，摄像模块，控制集成器终端，所述北斗定位模块、近场通信标签模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、语音录入模块，摄像模块，与佩戴模块形成佩戴式终端，所述方法包括以下步骤：

建立数字地图：建立变电站室外施工区域三维空间数字地图，并将数字地图网格化切分，并在高压、超高压、特高压电柜及设施重点标注，形成高精度网格化地图；

建立姿态判断模型：根据人体倾斜角度及手部动作特征建立姿态判断模型，采集人体倾斜角度及手部动作特征数据，传输至姿态判断模型中，判断施工人员的工作状态；

设置施工人员权限：按照施工人员的权限向近场通信标签模块中写入该施工人员工作范围和禁入区域的数据，此数据通过数据传输模块传输至控制集成器终端，施工人员佩戴对应的佩戴式终端进入变电站室外施工区域；

位置监测：控制集成器终端监控佩戴式终端所处位置，并根据该位置开启临近禁入区域内的近场通信阅读模块，三者进行实时信息传输，对施工人员的位置进行监控；

姿态监测：通过摄像头模块、语音录入模块、姿态控制模块采集人体信息并通过数据传输模块输送至控制集成器终端，将数据输入姿态判断模型进行比较，当比较结果超出设定值时，控制集成器终端通过数据传输模块将启动信息回传至震动提醒模块及终端高音预警模块，并启动超高音预警模块；

防拆卸监测：所述佩戴模块包括防拆卸单元及预警单元，所述防拆卸单元与预警单元相连接，所述预警单元的预警信息通过数据传输模块输送至控制集中器。

进一步，所述位置监控的方法如下：

佩戴式终端中的北斗定位模块通过数据传输模块实时上传位置信息至控制集成器终端；

控制集成器的数字地图实时记录显示施工人员所在位置，当数字地图上施工人员的位置与禁入区域的距离达到设定阈值时，安装在该禁入区域中设施上的近场通信阅读模块开启；

佩戴式终端内的近场通信标签模块与近场通信阅读模块的距离达到设定阈值时，佩戴式终端内的震动提醒模块、终端高音预警模块，以及部署在变电站高处的超高音预警模块均开启。

进一步，所述姿态判断模型的建立方法如下：

预先拍摄变电站室外施工区域场景，并将施工区域场景与三维空间数字地图关联；

根据控制集成器接收的施工人员的位置，调取该位置的施工区域场景三维图像，并建立人体三维模拟图像及手部三维模拟图像；

建立工作类型与人体及手部动作特征映射数据集，并存储在数据库中；

根据语音录入模块接收施工人员播报的工作类型，在数据库中获取与该工作类型对应的人体及手部动作特征，将该人体及手部动作特征数据分别输入人体及手部三维模拟图像中，获取符合人体规律的人体倾斜角度及手部动作图像。

进一步，所述姿态判断模型建立方法如下：

采集施工人员处于多种偷懒状态的手部图像及人体倾斜角度，并将上述数据存储在数据库内的数据集中，形成人体怠工状态数据库；

通过人体姿态控制模块采集人体倾斜数据，摄像模块拍摄人体手部动作图像；

当人体倾斜角度超出设定倾斜阈值时，将人体手部图像与人体怠工状态数据库中人体手部图像进行对比。

进一步，所述佩戴式终端的佩戴模块为头戴式或者颈戴式结构，所述防拆卸单元设置于佩戴模块的固定部件上。

进一步，所述近场通信标签模块为RFID标签，所述近场通信阅读模块为RFID阅读器，所述北斗定位模块为北斗定位芯片。

进一步，所述佩戴式终端还包括电源模块，所述北斗定位模块、近场通信标签模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块与佩戴模块及电源模块集成在PCB板上。

有益效果：

1、本发明通过佩戴式终端中的北斗定位模块对施工人员所处范围进行定位，再利用近场通信阅读模块对其所在位置的三维空间进行监控，只要禁入的施工人员进入该三维空间内，则能够对施工人员进行预警提醒，解决了现有技术中监控盲点的问题，实现了对施工人员的全方位监控。

2、本发明通过佩戴式终端中的北斗定位模块对施工人员所处的位置进行定位，在施工人员的位置临近禁入区域时，控制集成器再开启位于该禁入区域中的近场通信阅读模块，通过佩戴式终端中的近场通信标签模块与近场通信阅读模块的信息传输，对施工人员的位置进一步精确定位，提高了对施工人员定位的精确度，并在施工人员与该禁入区域的距离小于预设阈值时，通过震动、语音提醒方式进行预警，防止施工人员进入禁入区域，提高施工人员的安全。

3、本发明通过工作类型、设备场景预先建立姿态判断模型，根据施工人员播报的工作类型，利用姿态控制模块采集施工人员的身体倾斜角度，摄像模块采集施工人员手部动作信息，并将上述信息输送至姿态判断模型中，先对人体倾斜姿态进行初步判断，根据初步判断结果再确定是否进行手部动作进行判断，从而达到由简到繁的方式对施工人员的姿态进行判断，在保证判断结果精确度的基础上，提高对人体姿态判断的效率。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为本发明佩戴式终端的结构示意图；

图3为本发明安全管控装置的结构示意图。

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。

请参阅图2和附图3，一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法，采用一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控装置，包括北斗定位模块、近场通信标签模块、近场通信阅读模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、超高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、佩戴模块、语音录入模块、摄像模块、电源模块及控制集成器终端，北斗定位模块、近场通信标签模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、语音录入模块，摄像模块及电源模块集成在一张PCB板上，形成一个完整的佩戴终端，近场通信标签模块为RFID标签，近场通信阅读模块为RFID阅读器，北斗定位模块为北斗定位芯片。参阅附图1，基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法如下：

建立数字地图：建立变电站室外施工区域三维空间数字地图，并将数字地图网格化切分，切分方式按照1m*1m的实际面积切分，并在高压、超高压、特高压电柜及设施重点标注，重点标注的形式为添加红色或者其他颜色色块，形成高精度网格化地图。

建立姿态判断模型：根据人体状态及手部动作特征建立姿态判断模型，采集人体状态及手部动作特征数据，传输至姿态判断模型中，判断施工人员的工作状态。姿态判断模型的建立有两种实时方式，具体如下：

实施例一：

预先拍摄变电站室外施工区域场景，并将施工区域场景与三维空间数字地图关联；即将施工区域的每个位置的具体场景中所包含的设备及其周围的设施的三维图像与数字地图的每个坐标关联起来并存储在数据库中，通过三维空间数字地图的坐标可以查询调阅该坐标处三维场景图像，通过三维场景图像可以看到施工人员工作的场景信息；场景信息包括施工人员待操作的设备对象，施工人员在设备上的操作位置点，设备周围的建筑、空间场景。

根据控制集成器接收的施工人员的位置，调取该位置的施工区域场景三维图像，并建立人体三维模拟图像及手部三维模拟图像；施工人员的每个工作类型都对应于其特殊的特征，比如，施工人员所要操作的位置点在较低位置，则施工人员则可能需要蹲或者趴在地面上，操作的位置点在较高的位置时，则施工人员可能需要踩在预先安装在该设备中的辅助工具上；因此，由于施工人员所要操作的位置点高度、方向不同，使得施工人员也可能在工作时需要倾倒在场景中设置的辅助工具上。同样的原理，由于施工人员的工作类型不同，那么施工人员的手部操作的动作也不完全相同，使用的工具也不相同。而且由于施工人员的身高、胖瘦不同，其在施工区域中身体倾斜的姿态也不相同，因此，通过建立该位置点的施工区域场景三维图像，并在该三维影像中添加人体三维模拟图像以及手部三维模拟图像，按照该施工人员的身高、胖瘦的数据调整人体三维模拟参数，可使得人体呈现不同的姿势，利用三维场景影像中具体的设备操作位置点、建筑、辅助工具信息以及人体工程学筛选人体的姿势，选取符合上述条件的人体姿势，并计算三维影像中人体相对于地面的倾斜角度；另外，按照施工人员的工作类型以及设备操作位置点的具体部件安装分布的情况，可获取施工人员手部动作图像，手部动作图像包括特征动作、特殊工具、特殊作业对象，提取手部动作图像的特征值，组成手部动作数据。其中，特殊作业对象例如，电柜外壁、电柜电表等，由于作业的位置不同，手部在进行作业时拍摄到的背景中显示的部件也不相同。

将按照上述方式采集的人体倾斜状态数据以及手部动作数据依据工作类型的种类，构成映射数据集，并存储在数据库中。

在对施工人员姿态监测过程中，根据语音录入模块接收施工人员播报的工作类型，在数据库中获取与该工作类型对应的人体及手部动作数据，将该人体及手部动作数据分别输入人体及手部三维模拟图像中，获取符合人体规律的人体倾斜角度及手部动作图像。

首先，获取佩戴式终端中姿态控制模块采集到的人体倾斜角度，若倾斜角度大于设定倾斜阈值，则判断人体处于倾斜状态；获取模拟获取的人体倾斜角度，若两个倾斜角度的差值在设定差值阈值内，则判断为该工作类型下，人体可以处于该倾斜角度下，那么再进行手部动作的对比判断；若两个倾斜角度的差值超出设定的差值阈值，则判断为该工作类型下，人体不用处于该倾斜角度下，那么判断该施工人员当前为怠工状态；

其次，若需进行手部动作对比判断，则将摄像模块拍摄到的手部动作图像与获取的手部模拟图像进行比较，若量图像间的相似度达到设定阈值时，则判断施工人员在进行作业，否则判断施工人员当前为怠工状态。

实施例二：与实施例一不同的是，本实施例中，映射数据集中存储的为人体倾斜状态数据以及手部动作图像，而并非手部动作数据。数据库中手部动作图像的采集方式为：通过令施工人员预先按照每种工作类型，在每个设备上进行操作，拍摄施工人员手部动作图像，手部动作图像包括特征动作、特殊工具、特殊作业对象，而不对上述手部动作图像提取特征值，直降将手部动作图像存储在映射数据集中。

本实施例在对施工人员的姿态监测过程中，与实施例一相同，先进行人体倾斜角度的判断，若人体倾斜角度判断的结果为两个倾斜角度的差值在设定差值阈值内，则进行手部动作的对比判断；若两个倾斜角度的差值超出设定的差值阈值，则判断为该工作类型下，人体不用处于该倾斜角度下，那么判断该施工人员当前为怠工状态；

与实施例一不同的是手部动作的对比判断，本实施例中，手部动作的判断过程为：根据施工人员播报的工作类型遍历该工作类型对应的映射数据集中的手部动作图像，将摄像模块拍摄的施工人员手部动作图像与存储在数据集中的手部动作图像进行对比，若数据集中存在至少一张手部动作图像与拍摄模块拍摄的手部动作图像的相似度达到设定阈值范围，则判断该施工人员在进行作业，否则判断施工人员当前为怠工状态。

实施例三、与实施例一、实施例二不同的是，本实施采集施工人员处于多种偷懒状态的手部图像数据集，偷懒状态的手部图像比如玩手机时的手部状态，并将上述数据集存储在数据库内，形成人体怠工状态数据库；

通过人体姿态控制模块采集人体倾斜数据，摄像模块拍摄人体手部动作图像；

当人体倾斜数据超出设定倾斜阈值时，遍历人体怠工状态数据库中的人体手部图像，将摄像模块拍摄人体手部图像与人体怠工状态数据库中人体手部图像进行对比，若人体怠工状态数据库存在至少一张图像与摄像模块拍摄人体手部图像的相似度超过设定的阈值，则判断施工人员处于怠工状态。

设置施工人员权限：所有佩戴式终端由变电站运维班组统一保管，在施工人员申请工作票时同步领取，领取时需要进行登记，同时登记施工人员身高、胖瘦等特征，然后确定工作范围和禁入区域，并按照施工人员的权限向近场通信标签模块中写入该施工人员工作范围和禁入区域的数据，此数据通过数据传输模块传输至控制集成器终端，施工人员佩戴对应的佩戴式终端进入变电站室外施工区域。

位置监测：控制集成器终端监控佩戴式终端所处位置，并根据该位置开启临近禁入区域内的近场通信阅读模块，三者进行实时信息传输，对施工人员的位置进行监控，具体如下：

佩戴式终端中的北斗定位模块通过数据传输模块实时上传位置信息至控制集成器终端；

控制集成器的数字地图实时记录显示施工人员所在位置，当数字地图上施工人员的位置与禁入区域的距离达到设定阈值时，安装在该禁入区域中设施上的近场通信阅读模块开启；

佩戴式终端内的近场通信标签模块与近场通信阅读模块的距离达到设定阈值时，佩戴式终端内的震动提醒模块、终端高音预警模块，以及部署在变电站高处的超高音预警模块均开启。

防拆卸监测：佩戴模块包括防拆卸单元及预警单元，防拆卸单元与预警单元相连接，预警单元的预警信息通过数据传输模块输送至控制集中器。佩戴式终端的佩戴模块为头戴式或者颈戴式结构，且摄像模块位于该佩戴式终端的前方，摄像的范围为人体前方，保证摄像头可以拍摄到位于人体前方的手部，防拆卸单元设置于佩戴模块的固定部件上。固定部件可为拆卸式、滑动式，将使用固定部件将佩戴式终端固定在人体的头部或者颈部后，防拆卸单元可检测固定部件的连接情况，当固定部件在未经权限允许的情况错位时，则发出预警。

Claims (1)

1.一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控方法，其特征在于：采用一种基于北斗定位的变电站室外施工人员安全管控装置，包括北斗定位模块、近场通信标签模块、近场通信阅读模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、超高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、佩戴模块、语音录入模块，摄像模块，控制集成器终端，所述北斗定位模块、近场通信标签模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块、语音录入模块，摄像模块，与佩戴模块形成佩戴式终端，所述方法包括以下步骤：

建立数字地图：建立变电站室外施工区域三维空间数字地图，并将数字地图网格化切分，并在高压、超高压、特高压电柜及设施重点标注，形成高精度网格化地图；

建立姿态判断模型：根据人体倾斜角度及手部动作特征建立姿态判断模型，采集人体倾斜角度及手部动作特征数据，传输至姿态判断模型中，判断施工人员的工作状态；

设置施工人员权限：按照施工人员的权限向近场通信标签模块中写入该施工人员工作范围和禁入区域的数据，此数据通过数据传输模块传输至控制集成器终端，施工人员佩戴对应的佩戴式终端进入变电站室外施工区域；

位置监测：控制集成器终端监控佩戴式终端所处位置，并根据该位置开启临近禁入区域内的近场通信阅读模块，三者进行实时信息传输，对施工人员的位置进行监控；

姿态监测：通过摄像头模块、语音录入模块、姿态控制模块采集人体信息并通过数据传输模块输送至控制集成器终端，将数据输入姿态判断模型进行比较，当比较结果超出设定值时，控制集成器终端通过数据传输模块将启动信息回传至震动提醒模块及终端高音预警模块，并启动超高音预警模块；

防拆卸监测：所述佩戴模块包括防拆卸单元及预警单元，所述防拆卸单元与预警单元相连接，所述预警单元的预警信息通过数据传输模块输送至控制集中器；

所述位置监测的方法如下：

佩戴式终端中的北斗定位模块通过数据传输模块实时上传位置信息至控制集成器终端；

控制集成器的数字地图实时记录显示施工人员所在位置，当数字地图上施工人员的位置与禁入区域的距离达到设定阈值时，安装在该禁入区域中设施上的近场通信阅读模块开启；

佩戴式终端内的近场通信标签模块与近场通信阅读模块的距离达到设定阈值时，佩戴式终端内的震动提醒模块、终端高音预警模块，以及部署在变电站高处的超高音预警模块均开启；

所述姿态判断模型的建立方法如下：

预先拍摄变电站室外施工区域场景，并将施工区域场景与三维空间数字地图关联；

根据控制集成器接收的施工人员的位置，调取该位置的施工区域场景三维图像，并建立人体三维模拟图像及手部三维模拟图像；

建立工作类型与人体及手部动作特征映射数据集，并存储在数据库中；

根据语音录入模块接收施工人员播报的工作类型，在数据库中获取与该工作类型对应的人体及手部动作特征，将该人体及手部动作特征数据分别输入人体及手部三维模拟图像中，获取符合人体规律的人体倾斜角度及手部动作图像；

采集施工人员处于多种偷懒状态的手部图像及人体倾斜角度，并将上述数据存储在数据库内的数据集中，形成人体怠工状态数据库；

通过人体姿态控制模块采集人体倾斜数据，摄像模块拍摄人体手部动作图像；

当人体倾斜角度超出设定倾斜阈值时，将人体手部图像与人体怠工状态数据库中人体手部图像进行对比；

所述佩戴式终端的佩戴模块为头戴式或者颈戴式结构，所述防拆卸单元设置于佩戴模块的固定部件上；

所述近场通信标签模块为RFID标签，所述近场通信阅读模块为RFID阅读器，所述北斗定位模块为北斗定位芯片；

所述佩戴式终端还包括电源模块，所述北斗定位模块、近场通信标签模块、震动提醒模块、终端高音预警模块、数据传输模块、姿态控制模块与佩戴模块及电源模块集成在PCB板上。