CN116236720A - 一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带 - Google Patents

一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带 Download PDF

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李学钧
戴相龙
蒋勇
王晓鹏
何成虎
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Abstract

本发明提供了一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带，包括环境监测模块：用于在高空作业时，通过报警安全带获取环境数据，并判断环境数据是否在预设阈值之内；锁死模块：用于在环境数据不在预设阈值之内时，启动报警安全带的锁死装置，进行移动锁死或移动解锁；预警模块：用于在移动锁死或移动解锁时，向远程管理平台发出报警信息，有利于管理平台实时获取安全带的具体位置和使用情况，降低安全事故的发生。本发明能够检测在高中工作的安全带佩戴者所处的实时环境状态以及位置，然后再根据这些环境状态和位置判断佩戴者是否存在异常，从而进行预警，同时，环境的检测也能够向佩戴者预警异常的环境状，并控制安全带处于锁死状态和开锁状态。

Description

一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带
技术领域
本发明涉及安全设备技术领域，特别涉及一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带。
背景技术
目前，国家对高空作业安全保障有着严格的规定，作业人员在进行高空作业时必须穿戴带安全绳的安全带，作业人员将带体固定在身体上另一端通过安全绳将挂钩固定住。
因而，在高空作业的过程中，缺少在高空中，对于空气环境，例如：氧气浓度的检测，基于实时高度的精确测量。也不具备对作业人员的周围环境检查和身体状态监控的功能。因此，在高空作业的过程中，如果出现作业人员的身体出现紧急异常或者环境中具有异常有毒气体，以及气象状况为大风、大雾或者冰雹等极端不良天气，需要作业人员自主进行沟通远程平台。
因此，现有技术中的安全带的作用存在极大的局限性，主要作为一个控制作业人员不会高空掉落的工具，不具备通信等环境监测功能。虽然，高空作业人员也会装备一些环境监测或者通信设备进行高空作业，但是这些设备是独立的，无法对采集的不同数据进行共通；而且，其需要固定在高空作业人员的身上，常规的固定方式或安全带，无法实现自动、智能和监测一体的高空远程报警功能。
在作业人员自身违规的情况下，因为常规的高空安全带无法检测高空作业人员安全带使用不规范的问题，无法对作业人员做到有效防护，也无法提醒作业人员，更无法判断环境状况是否对作业人员具有影响；因此需要一种能够实时监测安全带状态的报警安全带，从而降低安全事故的发生；
其次，安全带的穿戴，需要高挂低用，而在现有技术中，只能依靠人工检测安全带是否处于低挂高用的状态，检测的方式不方便。
发明内容
本发明提供一种高空作业的远程报警系统及其报警安全带，用以解决传统的安全带不具备对作业人员的检查和监控功能，管理平台无法实时获取安全带的具体位置和使用情况，由此造成了在作业过程中由于安全带使用不规范安全事故的情况。
一种高空作业的远程报警系统，应用于报警安全带，包括：
环境监测模块：用于在高空作业时，通过报警安全带获取环境数据，并判断环境数据是否在预设阈值之内；
锁死模块：用于在环境数据不在预设阈值之内时，启动报警安全带的锁死装置，进行移动移动锁死或移动解锁；
预警模块：用于在移动锁死或移动解锁时，向远程管理平台发出报警信息。
进一步的：所述环境监测模块包括：所述环境监测模块包括：
风力监测单元：用于通过报警安全带的多个风速探头对高空风速进行采样，确定风速数据；
气体监测单元：用于通过报警安全带的气体检测仪实时进行毒害气体采样，生成毒害气体图表；
气象监测单元：用于通过报警安全带的边缘装置，实时接收卫星气象数据，进行气象灾害模拟，生成气象模拟数据；
数据上传单元：构建高空同态环境变动模型，实时上传风速数据、毒害气体图标和气象模拟数据，并按照递归扫描算法遍历高空同态环境变动模型，进行数据更新，生成环境同态展示模型；其中，
数据更新包括：
通过高空同态环境变动模型，构建三维动态空间；
根据风速数据，在三维动态空间生成风向曲线，并在风向曲线上标注实时风速；
根据毒害气体图标，在三维动态空间中生成毒害气体的三维渲染场景，进行实时气体密度标注；
根据气象模拟数据，在三维动态空间中生成模拟气象场景，并进行气象变换标注。
进一步的：所述风力监测单元包括：
序列计算子单元：用于对每个风速探头的实时风速按照时间轴进行统计，构成多个时间风速序列；
第一计算单元：用于对多个时间风速序列进行同时刻平均计算，生成平均风速序列；
第二计算单元：将所述平均风速序列作为样本数据，计算平均风速序列的绝对误差和标准差；
第三计算单元：对绝对误差和标准差进行上下限计算，确定在不同时刻的动态阈值；
排序单元：对动态阈值进行时间排序，确定每一时刻的风速区间，并统计为风速数据；
进一步的：所述气体监测单元包括：
气体采样子单元：用于获取气体检测仪采集的毒害气体数据，并转化为红外气体图像集合；其中，
所述毒害气体为对人体有害气体；
区域采集子单元：用于在所述红外气体图像集合中对每个图像进行ROI区域标记，并进行区域裁剪，获取ROI区域图像集合；其中，
所述ROI区域为图像灰度值超过预设灰度基准值，所述预设灰度基准值为毒害气体的最低灰度基准值；
方程搭建子单元：用于按照每个红外气体图像的生成时间，搭建每个ROI区域的轨迹方程和深度方程；
图表子单元：用于通过轨迹方程和深度方程，生成基于时间顺序的毒害气体图表；其中，
所述毒害气体图表包括接近距离图表和深度变化图表。
进一步的：所述气象监测单元包括：
气象采集子单元：用于将卫星气象数据划分为多个子数据，并建立子数据的气象场景耦合模型；
所述子数据包括：风速数据、风向数据、风向标准差、平均温度、大气压、大气稳定度和天气类型数据；
气象倾向判定单元：用于根据气象场景耦合模型，确定高空气象的变化倾向；
推测单元：用于通过变化倾向，依次推测高空气象的场景演变模拟图像；
气象模拟子单元：通过场景演变模拟图像，确定气象模拟数据；
气象输出单元：将气象模拟数据加载到仿真模型，利用仿真模型将气象模拟数据通过核心处理机进行数据转换得到气象显示画面；并将气象显示画面和真实环境进行比对，生成气象认定结果。
进一步的：所述锁死模块包括：
第一控制单元：用于设置第一控制指令和第二控制指令；其中，
所述第一指令用于对环境数据进行划分，并分别传输至不同的判定机制中；
所述第二控制指令用于获取不同判定机制的判定结果；
第二控制单元：用于设置第三控制指令和第四控制指令；其中，
所述第三控制指令用于根据判定结果，执行锁死和解锁指令；
所述第四控制指令用于根据锁死和解锁指令，发出语音提示。
一种报警安全带，包括:
安全带带体、卡扣、挂钩、安全绳；其中，
所述挂钩与安全绳固定连接；
所述卡扣串接在所述安全带带体上；
所述安全带带体上还设置有传感器组件、通信组件、边缘装置、视频监控组件、报警组件；
所述传感组件套接在所述安全绳上；
所述通信组件固定在所述安全带带体正面的腰部带体上；
所述边缘装置固定在所述安全带带体正面的胸部带体上；
所述视频监控组件分布在所述边缘装置两侧，并固定在在所述安全带带体正面的胸部带体上；
所述挂钩内置挂钩高度传感器；
所述传感器组件、通信组件、视频监控组件、报警组件与边缘装置电连接。
进一步的：所述传感器组包括：
指纹采集传感器：用于在佩戴报警安全带时，采集用户指纹，进行用户身份认证；
气压传感器：用于获取安全带使用环境中的气压数据，确定天气数据；
卫星定位装置：用于通过卫星对安全带佩戴者进行实时定位；
带体高度传感器：用于实时采集安全带佩戴者的实时海拔，确定安全带佩戴者的实时高度；其中，
所述带体高度传感器包括第一带体高度传感器和第二带体高度传感器；
第一带体高度传感器设置于报警安全带的背心处；
第二带体高度传感器设置于报警安全带的安全绳上；
气体监测传感器：用于实时采集安全带使用环境的气体数据，判断是否气体异常。
进一步的：所述传感器组件设置在安全带带体上，所述传感器组件包括以下执行步骤：
步骤1：在只能安全带被佩戴后，指纹采集传感器接收佩戴者指纹，生成指纹信号并传输边缘装置进行验证，获取报警安全带使用权限；
步骤2：边缘装置发出启动信号，控制所述气压传感器、卫星定位装置、带体高度传感器和气体监测传感器；
步骤3：分别获取所述气压传感器的第一阶跃信号；所述卫星定位装置经纬度信号；所述带体高度传感器第二阶跃信号；所述气体监测传感器的第三阶跃信号；
步骤4：将所述第一阶跃信号、第二阶跃信号、第三阶跃信号和经纬度信号分别进行归一化，去除趋势杂波；
步骤5：获取去除趋势杂波后的目标信号，将所述目标信号进行频谱细化，生成动态特性的非参数模型；
步骤6：将所述非参数模型通过BP神经网络分段模型进行信号融合，生成动态特性模型；
步骤7：根据所述动态模型，输出传感信号。
进一步的：所述通信组件包括无线通信模块和存储模块，所述无线通信模块与存储模块通过总线连接；其中，
无线通信模块采用LoRa局域网无线标准与管理平台进行远程通信，所述无线通信模块包括信号接收器、信号发射器，所述信号接收器和信号发射器通过蓝牙进行通信。
本发明有益效果为：本发明中根据传统的安全带，加入了传感器组件、通信组件、边缘装置、视频监控组件和报警组件，有利于对作业人员的工作状态进行检查和监控，有利于管理平台实时获取安全带的具体位置和使用情况，降低安全事故的发生。本发明能够检测在高中工作的安全带佩戴者所处的实时环境状态以及位置，然后再根据这些环境状态和位置判断佩戴者是否存在异常，从而进行预警，同时，环境的检测也能够向佩戴者预警异常的环境状态。
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一种高空作业的远程报警系统组成结构图；
图2为本发明实施例中一种报警安全带结构示意图；
图3为本发明实施例中一种报警安全带传感器组件组成结构图；
其中，1-安全带带体，2-卡扣，3-挂钩，4-安全绳，5-通信组件，6-边缘装置，7-视频监控组件，8-报警组件，9-挂钩高度传感器，11-指纹采集传感器，12-气压传感器，13-卫星定位传感器，14-带体高度传感器，15-气体监测传感器。
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。
本发明涉及一种高空作业的远程报警系统，应用于报警安全带，包括：
环境监测模块：用于在高空作业时，通过报警安全带获取环境数据，并判断环境数据是否在预设阈值之内；
在实施过程中，本发明通过报警安全带的，视频监控组件获取作业人员的工作姿态，通过挂钩高度传感器获取作业人员的高空高度数据，通过带体高度传感器获取作业人员的海波高度数据，通过气体传感器获取作业人员周围的气体数据。卫星定位传感器用于通过经纬度数据实时获取作业人员的实时位置数据。
锁死模块：用于在环境数据不在预设阈值之内时，启动报警安全带的锁死装置，进行移动锁死或移动解锁；
在实施过程中，本发明会通过对环境的检测，如果出现大风天气时会对安全带进行锁死，但是如果出现有毒气体或者异常天气，就会控制安全带进行解锁，提醒作业人员快速移动，如果环境数据正常时，作业人员进行电力维修作业，安全带也进行锁死。
预警模块：用于在移动锁死或移动解锁时，向远程管理平台发出报警信息。
在实施过程中，如果出现异常的天气或者作业人员自身违规的时候，将违规信息通过通讯设备上传到远程的管控平台。
上述技术方案的工作原理为：如附图1所示，本发明中根据传统的安全带是一种基于报警安全带的高空报警系统，本发明能够感应在高空作业时的风速，天气情况和有毒气体；通过这三方面进行监测，判断高空作业是不是不安全，如果在大风的时候，可以通过锁死，保证高空作业人员的安全；当存在有毒气体或者气象环境不好的时候，可以解锁锁死机构，一般在固定作业的时候，锁死机构都是处于锁死状态，而存在有毒气体或者气象环境不好，锁死机构自动打开，从而提醒高空作业人员进行快速移动。本发明对于高空作业人员，能够做到传输高空作业人员的实时高度信息和实时位置，监测高空作业人员工作的环境气象信息。
上述技术方案的有益效果为：本发明能够检测在高中工作的安全带佩戴者所处的实时环境状态以及位置，然后再根据这些环境状态和位置判断佩戴者是否存在异常，从而进行预警，同时，环境的检测也能够向佩戴者预警异常的环境状，并控制安全带处于锁死状态和开锁状态。
进一步的：
所述环境监测模块包括：所述环境监测模块包括：
风力监测单元：用于通过报警安全带的多个风速探头对高空风速进行采样，确定风速数据；
气体监测单元：用于通过报警安全带的气体检测仪实时进行毒害气体采样，生成毒害气体图表；
气象监测单元：用于通过报警安全带的边缘装置，实时接收卫星气象数据，进行气象灾害模拟，生成气象模拟数据；
数据上传单元：构建高空同态环境变动模型，实时上传风速数据、毒害气体图标和气象模拟数据，并按照递归扫描算法遍历高空同态环境变动模型，进行数据更新，生成环境同态展示模型；其中，
数据更新包括：
通过高空同态环境变动模型，构建三维动态空间；
根据风速数据，在三维动态空间生成风向曲线，并在风向曲线上标注实时风速；
根据毒害气体图标，在三维动态空间中生成毒害气体的三维渲染场景，进行实时气体密度标注；
根据气象模拟数据，在三维动态空间中生成模拟气象场景，并进行气象变换标注。
上述技术方案的原理在于：本发明能够在高空状态进行环境监测，确定风速数据，风速主要通过多个风速探头，这是因为在高空中，往往遇到的不是一个方向的风，此时通过安全带上设置的多个风速探头，可以更加清楚的判断出是不是存在风速过大，会导致作业人员存在安全风险。气体监测是高空作业的一个重要监测的方面，随着污染的加剧，很多民航大型飞机在高空中飞行的时候都是增压的，而且增压的气体是采用从飞机压气机里来的引气系统提供高压的气体，这个气体是从进气道流经几级压气机而来，而压气机和发动机连接的轴承需要使用航空润滑油进行润滑，而这些润滑油通常都是含磷酸的，就会形成高空有毒气体，这个气体一般会消散，但是如果空气湿润，这些有毒气体就会随着雾气或者云，在高空长期停留，甚至在雾气蒸发的时候，生成有毒漂浮气体，所以本发明需要毒害气体监测。最后气象监测主要监测异常的天气现象，天气现象恶劣的时候，就可以对高空作业人员进行报警。
本发明的数据更新是基于高空同态环境变动模型，因此，在高空中的实时环境数据变化之后，三维动态空间中的环境数据实时对应的进行变化，而变化的数据均具有具体的标注，进而实现了快速的环境数据的变化判断，判断是不是需要进行预警，从而进行报警反馈。
上述技术方案的有益效果在于：本发明能够在高空进行监测，采集风速数据、采集高空的气体状态数据和高空的天气气象数据。
进一步的：所述风力监测单元包括：
序列计算子单元：用于对每个风速探头的实时风速按照时间轴进行统计，构成多个时间风速序列；
第一计算单元：用于对多个时间风速序列进行同时刻平均计算，生成平均风速序列；
第二计算单元：将所述平均风速序列作为样本数据，计算平均风速序列的绝对误差和标准差；
第三计算单元：对绝对误差和标准差进行上下限计算，确定在不同时刻的动态阈值；
排序单元：对动态阈值进行时间排序，确定每一时刻的风速区间，并统计为风速数据；
上述技术方案的原理在于：本发明能够实现对风力数据进行计算和监测，在这个过程中，首先是按照时间轴对每个风速探头进行计算生成时间风速序列，这个序列中存在实时风速信息和风的方向信息，在计算平均风速序列的时候，计算的是每一时刻，的平均风速，而计算绝对误差和标准差的时候，绝对误差是通过风的方向确定的绝对误差，在计算动态阈值的时候，能够确定风速的上下限，最后通过排序，确定枫树数据。
上述技术方案的有益效果在于：在进行风速判定的时候，可以通过三个步骤进行风速的动态阈值计算，得到的风速是符合不同的方向的综合性风速。
进一步的：所述气体监测单元包括：
气体采样子单元：用于获取气体检测仪采集的毒害气体数据，并转化为红外气体图像集合；其中，
所述毒害气体为对人体有害气体；
区域采集子单元：用于在所述红外气体图像集合中对每个图像进行ROI区域标记，并进行区域裁剪，获取ROI区域图像集合；其中，
所述ROI区域为图像灰度值超过预设灰度基准值，所述预设灰度基准值为毒害气体的最低灰度基准值；
方程搭建子单元：用于按照每个红外气体图像的生成时间，搭建每个ROI区域的轨迹方程和深度方程；
图表子单元：用于通过轨迹方程和深度方程，生成基于时间顺序的毒害气体图表；其中，
所述毒害气体图表包括接近距离图表和深度变化图表。
上述技术方案的原理在于：本发明在进行有毒气体计算的时候，会通过红外气体图像来对ROI区域，也就是有毒气体存在的区域进行标记，轨迹方程和深度方程，首先确定了有毒气体在高空中漂浮轨迹，而深度方程确定有毒气体的浓度，最后转化为毒害气体的图标。
上述技术方案的有益效果在于：本发明可以通过图表的方式确定毒害气体的具体状态。
进一步的：所述气象监测单元包括：
气象采集子单元：用于将卫星气象数据划分为多个子数据，并建立子数据的气象场景耦合模型；
所述子数据包括：风速数据、风向数据、风向标准差、平均温度、大气压、大气稳定度和天气类型数据；
气象倾向判定单元：用于根据气象场景耦合模型，确定高空气象的变化倾向；
推测单元：用于通过变化倾向，依次推测高空气象的场景演变模拟图像；
气象模拟子单元：通过场景演变模拟图像，确定气象模拟数据；
气象输出单元：将气象模拟数据加载到仿真模型，利用仿真模型将气象模拟数据通过核心处理机进行数据转换得到气象显示画面；并将气象显示画面和真实环境进行比对，生成气象认定结果。
上述技术方案的原理在于：本发明的气象监测主要是基于卫星，通过微型数据构建的气象场景耦合模型，确定气象的变化沁香，然后通过场景的演变模拟，确定具体的气象模拟数据。
本发明对于气象数据，会将气象模拟数据加载到仿真模型之中，仿真模型会将气象模拟的场景转换为实时显示的气象模拟画面，通过气象模拟画面和真实环境的对比，判断气象条件是不是出现了气象异常，从而进行对应的报警。
上述技术方案的有益效果在于：气象模拟数据可以确定天气状况，能够实现天气的预测。
进一步的：所述锁死模块包括：
第一控制单元：用于设置第一控制指令和第二控制指令；其中，
所述第一指令用于对环境数据进行划分，并分别传输至不同的判定机制中；
所述第二控制指令用于获取不同判定机制的判定结果；
第二控制单元：用于设置第三控制指令和第四控制指令；其中，
所述第三控制指令用于根据判定结果，执行锁死和解锁指令；
所述第四控制指令用于根据锁死和解锁指令，发出语音提示。
上述技术方案的原理在于：本发明的锁死模块存在两个控制单元，每个控制单元都会存在两个控制指令，通过不同的控制指令可以通过不同的判定机制进行判定控制模式，并且可以通过控制模式进行锁死和解锁。
上述技术方案的有益效果在于：本发明能够通过两个控制单元，在存在高空作业的工人的时候，可以让工人通过锁死状态和解锁状态进行移动。
本发明实施例提供了一种报警安全带，如图1所示，
安全带带体、卡扣、挂钩、安全绳；其中，
所述挂钩与安全绳固定连接；
所述卡扣串接在所述安全带带体上；
所述安全带带体上还设置有传感器组件、通信组件、边缘装置、视频监控组件、报警组件；
所述传感组件套接在所述安全绳上；
所述通信组件固定在所述安全带带体正面的腰部带体上；
所述边缘装置固定在所述安全带带体正面的胸部带体上；
所述视频监控组件分布在所述边缘装置两侧，并固定在在所述安全带带体正面的胸部带体上；
所述挂钩内置挂钩高度传感器，也设置在边缘装置一侧；
所述传感器组件、通信组件、视频监控组件、报警组件与边缘装置电连接。
上述技术方案的工作原理为：本发明中根据传统的安全带，加入了传感器组件、通信组件、边缘装置、视频监控组件和报警组件，其中，传感器组件、视频监控组件、报警组件和边缘装置进行电连接，将采集到的不同数据传输至边缘装置，边缘装置根据获得的数据进行处理和分析，边缘装置再将分析后的数据发送至管理平台；
上述技术方案的有益效果为：本发明中根据传统的安全带，加入了传感器组件、通信组件、边缘装置、视频监控组件和报警组件，有利于对作业人员的工作状态进行检查和监控，有利于管理平台实时获取安全带的具体位置和使用情况，降低安全事故的发生。本发明能够检测在高中工作的安全带佩戴者所处的实时环境状态以及位置，然后再根据这些环境状态和位置判断佩戴者是否存在异常，从而进行预警，同时，环境的检测也能够向佩戴者预警异常的环境状态。
本发明能够达到高精度高程测量：本发明的安全带通过集成气压传感器和卫星定位传感器，综合气压计和卫星定位两种传感技术，并结合边缘计算装置取得作业点附近的已知高度点的温度、气压数据对测量值进行修正，综合校准后高程定位精度可达厘米级，可作为登高作业违章的判断依据。
本发明可以实现对低挂高用违章行为高精度判别：通过在安全带集成两个高精度高度传感器，来检测安全带中心高度和安全带挂钩高度。检测安全带的高度和安全带挂钩的相对高度，判断是否低挂高用违章行为，低挂高用表示安全带拴挂在低处，而人在上面作业。这是一种很不安全的系挂方法，因为当坠落发生时，实际冲击的距离会加大，人和绳都要受到较大的冲击负荷。所以安全带必须高挂低用，杜绝低挂高用。而本发明结合边缘计算装置高度基准，可自动通过安全带的相对高度判断施工人员是否有登高作业，从而有效过滤非登高作业的误报。
在具体实施的过程中，第一带体高度传感器检测安全带背心的海拔高度，生成第一海拔信息，第二带体高度传感器设置在安全绳也就是安全带的挂钩处，生成第二海拔信息；在边缘计算装置中，会计算第一海拔信息和第二海拔信息的高度差；当高度差为负值的时候，表示低挂高用的违章行为。当当高度差为正值的时候，表示高挂低用的合规行为。
本发明的安全带具有低功耗长续航时间：采用广域低功耗通信方式(Lora)与边缘计算装置通信，根据安全带相对高度，智能安全带具备低功耗和高精度两种工作模式，一次充电设备续航时间达7天，低功耗模式下高度测量精度0.5米，高精度工作模式下高度测量精度0.1米。
本发明适配了多星座、多频点的高精度北斗定位模组和双频RTK高精度定位算法：采用国产低功耗芯片，实现支持多星座、多频点、低功耗定位模组；通过卫星观测数据实现载波相位差分算法。同时适配电网工器具场景，在运算资源有限、存储空间有限、系统资源有限的小型化芯片，实现对高精度载波相位差分定位算法(RTK)进行优化处理，降低算法所需计算及存储资源。
在一个实施例中，如图2所示，所述传感器组件4包括：
指纹采集传感器：用于在佩戴报警安全带时，采集用户指纹，进行用户身份认证；
气压传感器：用于获取安全带使用环境中的气压数据，确定天气数据；
卫星定位装置：用于通过卫星对安全带佩戴者进行实时定位；
带体高度传感器：用于实时采集安全带佩戴者的实时海拔，确定安全带佩戴者的实时高度；其中，
所述带体高度传感器包括第一带体高度传感器和第二带体高度传感器；
第一带体高度传感器设置于报警安全带的背心处；
第二带体高度传感器设置于报警安全带的安全绳上；
气体监测传感器：用于实时采集安全带使用环境的气体数据，判断是否气体异常。
上述技术方案的工作原理为：本发明中传感器组件中包括指纹采集传感器、气压传感器、卫星定位传感器、气体监测传感器，传感器组合形成传感器组件，传感器组件与边缘装置进行电连接，从而获取安全带使用者的身份信息，获取作业人员所述环境的气压数据、定位信息、有毒气体含量信息，将数据信息传送至边缘装置中，边缘装置将获取到的数据进行处理分析，发送至管理平台；也使得本发明的报警安全带具有氧气检测和高度检测的功能。
上述技术方案的有益效果为：本发明中在传统的安全带中内置了不同的传感器组件，有利于管理平台能够实时获取安全带的具体位置和使用者信息，还能够获取作业环境周围的空气状况、气压数据，提高对安全带的监控和检测功能，增加安全带使用过程中的安全性，降低事故发生率。
在一个实施例中，所述传感器组件8设置在安全带带体1上，所述传感器组件包括以下执行步骤：
步骤1：在只能安全带被佩戴后，指纹采集传感器11接收佩戴者指纹，生成指纹信号并传输边缘装置进行验证，获取报警安全带使用权限；
步骤2：边缘装置发出启动信号，控制所述气压传感器12、卫星定位装置13、带体高度传感器14和气体监测传感器15；
步骤3：分别获取所述气压传感器12的第一阶跃信号；所述卫星定位装置13经纬度信号；所述带体高度传感器14第二阶跃信号；所述气体监测传感器15的第三阶跃信号；
步骤4：将所述第一阶跃信号、第二阶跃信号、第三阶跃信号和经纬度信号分别进行归一化，去除趋势杂波；
步骤5：获取去除趋势杂波后的目标信号，将所述目标信号进行频谱细化，生成动态特性的非参数模型；
步骤6：将所述非参数模型通过BP神经网络分段模型进行信号融合，生成动态特性模型；
步骤7：根据所述动态模型，输出传感信号。上述技术方案的工作原理为：本发明中传感器组件中包括指纹采集传感器、气压传感器、卫星定位传感器、气体监测传感器，传感器组合形成传感器组件，传感器组件与边缘装置进行电连接，从而获取安全带使用者的身份信息，获取作业人员所述环境的气压数据、定位信息、异常气体含量信息，将数据信息传送至边缘装置中，边缘装置将获取到的数据进行处理分析，发送至管理平台；
上述技术方案的有益效果为：本发明中在传统的安全带中内置了不同的传感器组件，有利于管理平台能够实时获取安全带的具体位置和使用者信息，还能够获取作业环境周围的空气状况、气压数据，提高对安全带的监控和检测功能，增加安全带使用过程中的安全性，降低事故发生率。
在一个实施例中，所述通信组件采用LoRa局域网无线标准进行远程通信，同时也可以通过GPRS的移动网络进行通信，根据具体的体力位置，通信组件可以进行拆卸和更换；
上述技术方案的工作原理为：本发明采用广域低功耗通信方式(Lora)与边缘计算装置通信，根据安全带相对高度，报警安全带具备低功耗和高精度两种工作模式，一次充电设备续航时间达7天，低功耗模式下高度测量精度0.5米，高精度工作模式下高度测量精度0.1米；
上述技术方案的有益效果为：本发明通过采用LoRa局域网无线标准可实现远距离无线通信，且能够降低通信过程中的使用功耗，安全性较高。
本发明实施例提供了一种智能预警系统，如图3所示，包括：
环境监测模块：用于动态采集作业环境信息，生成环境状态数据，并进行分类，确定分类结果；
作业监测模块：用于实时监测作业状态数据，并判断所述状态数据是否处于预设的安全阈值内，确定判断结果；
预警模块：用于获取作业过程中的异常数据，并将所述异常数据传输至管理平台，对作业人员进行预警；
上述技术方案的工作原理为：本发明一种智能预警系统主要包括三大模块的内容，分别为：环境监测模块、作业监测模块和预警模块，其中环境监测模块用于采集作业环境中的相关数据信息，作业监测模块用于采集作业过程中的相关数据信息，通过将获取的数据信息与预设的阈值进行比较，获取异常数据，并将异常数据发送至管理平台，从而对作业人员进行安全预警；
上述技术方案的有益效果为：本发明通过将预警系统中的分模块进行，有利于提高对安全带的检查和监控功能，提升系统运行效率，降低错误发生率。
在一个实施例中，所述环境监测模块包括：
气体监测单元：用于实时监测环境中有毒有害气体成分和浓度，动态生成环境气体监测图表，并对所述环境气体监测图表进行分析，确定分析结果，其中，所述有毒有害气体包括：一氧化碳、硫化氢、氨气、过氧化氢、PM2.5；
定位监测单元：用于采用卫星定位传感器对作业人员的位置进行实时定位监测，动态采集作业人员的定位位置；
气压监测单元：用于实时获取环境中气压数据，并根据所述气压数据判断天气情况，确定判断结果；
高度监测单元：用于获取作业人员实时高度信息，判断所述高度信息是否发生瞬时波动，并对波动数据进行分析，确定分析结果；
风速监测单元：用于实时监测环境中的风速，获取高空气流流动速度信息，将所述气流流动速度信息与预设的安全阈值进行比较，确定比较结果；
环境判断单元：用于根据环境中的气压数据、速度信息和作业人员高度信息，判断当前作业的危险系数，生成第一判断结果，并将所述第一判断结果发送至管理平台；
上述技术方案的工作原理为：本发明中将环境监测模块分为六大单元分别为气体监测单元、定位监测单元、气压监测单元、高度监测单元和环境判断单元，通过气体监测单元、定位监测单元、气压监测单元、高度监测单元工作分别获取作业人员所处环境的空气状况、定位位置、气压数据、高度信息，环境判断单元通过对采集到的数据进行处理与分析，并与预设的阈值进行比较，判断当前作业的危险系数，并将危险信息发送至管理平台；
上述技术方案的有益效果为：本发明将环境监测模块分为六大子单元采集不同的环境数据信息，通过环境判断单元确定危险作业等级，有利于提高对安全带的监控，使得管理平台能够实时获取安全带的具体位置和使用情况，降低危险作业发生率，提高高空作业时对安全带使用的规范程度，降低安全事故的发生。
在一个实施例中，所述作业监测模块包括：
心率监测单元：用于实时获取作业人员的心率数据，判断所述心率数据是否发生瞬时波动，并对波动数据进行分析，动态生成分析结果；
通信异常监测单元：用于定期检测作业人员与平台的通信连接，判断通信是否正常，确定判断结果；
视频流监测单元：用于实时获取作业现场视频流数据信息，并根据所述视频流数据信息，分析作业环境；
作业状态检测单元：用于获取安全带挂钩高度数据和安全带带体高度数据，并将所述挂钩高度数据与带体高度数据进行比较，判断作业人员是否处于危险作业状态，并输出判断结果；
作业判断单元：用于根据作业人员的心率数据、通信状态和作业状态，判断当前作业的危险系数，生成第二判断结果，并将所述第二判断结果发送至管理平台；
上述技术方案的工作原理为：本发明将作业监测模块分为心率监测单元，通信异常监测单元、视频流监测单元、作业状态检测单元，其中心率监测单元获取作业人员的心率变化情况，通信异常单元用于定期检查通信连接情况，通过视频流监测单元获取作业人员的环境信息，作业判断单元通过获取的心率数据，通信连接数据，作业状态数据进行判断当前作业人员的危险系数；
上述技术方案的有益效果为：本发明通过作业监测模块中对作业人员的心率变化，通信连接情况，作业状态信息，判断作业人员在高空作业过程中危险系数，提高对安全带的监控，使得管理平台能够实时获取安全带的具体位置和使用情况，降低危险作业发生率，提高高空作业时对安全带使用的规范程度，降低安全事故的发生。
在一个实施例中，所述预警模块包括：
危险报警单元：用于获取第一判断结果和第二判断结果，并根据所述第一判断结果和第二判断结果划分危险作业等级，并按照不同的危险作业等级，进行对应的危险报警，其中，所述危险作业等级包括轻度危险、中度危险、紧急危险；
风险预测单元：用于获取环境状态参数信息和作业状态参数信息，并传输至风险预测模型，生成对应风险预测结果；
风险应对单元：用于根据所述风险预测结果，划分风险等级，并根据风险等级动态生成应对方案；
上述技术方案的工作原理为：本发明将预警模块分为危险报警单元、风险预测单元、风险应对单元，其中通过危险报警单元能够获取当前作业过程中对应的危险等级，并针对不同的危险等级，开启不同的危险报警；风险预测单元通过获取的环境数据和作业数据对隐藏的风险进行预测，风险应对单元通过获取的风险预测结果生成应对方案；
上述技术方案的有益效果为：本发明通过对作业过程中进行危险等级划分有利于系统根据不同的风险等级采取不同的应对方案，节省系统资源利用率和效率，通过组合采集的环境信息和作业信息，对潜在风险进行预测，有利于降低事故发生率，增加安全带的使用安全性，提前对风险进行对抗。
在一个实施例中，所述危险报警单元：用于获取第一判断结果和第二判断结果，并根据所述第一判断结果和第二判断结果划分危险作业等级，并按照不同的危险作业等级，进行对应的危险报警，包括：
当所述危险作业等级为轻度危险，获取作业人员位置信息，开启三级报警；
当所述危险等级为中度危险，获取作业人员位置信息，开启二级报警，并调取所述作业人员对应的视频流数据信息，将作业人员的位置信息和视频流数据信息发送至管理平台，同时触发预设的警报；
当所述危险等级为紧急危险，获取作业人员位置信息，开启一级报警，并调取环境状态参数信息和作业状态参数信息，生成紧急撤退路径信息，并将所述路径信息转换为语音格式进行播报；
上述技术方案的工作原理为：本发明通过对应不同的危险等级进行对应等级的危险报警，当危险作业等级为轻度危险，仅获取作业人员位置信息，当危险作业等级为中度危险时，需要获取作业人员位置信息并调取视频监控流数据，管理平台根据获取的数据进行分析，当所述危险等级为紧急危险时，除了获取作业人员位置信息和视频流信息，还会生成紧急撤退路径信息，并将所述路径信息转换为语音格式进行播报；
上述技术方案的有益效果为：本发明通过按照不同的危险等级采取对应不同的应对措施，有利于更有针对性的解决问题，提高作业人员使用安全带过程的安全性，并有利于降低安全事故的发生。
在一个实施例中，所述视频流监测单元：用于实时获取作业现场视频流数据信息，并根据所述视频流数据信息，分析作业环境，实现步骤包括：
步骤1：检测安全带是否穿戴标准，当确定安全带穿戴标准，开启视频流监控单元；
步骤2：视频流监控单元中内置人工智能芯片，动态获取拍摄画面中的对象，并结合作业人员位置信息、高度信息进行三维建模，获取作业环境的虚拟场景信息；
步骤3：检测到系统开启一级报警时，根据作业环境的虚拟场景信息，快速判断作业人员的真实环境信息，制定最优应对方案；
上述技术方案的工作原理为：本发明中首先检测作业人员穿戴安全带是否标准，若穿戴标准，视频流监控单元开始工作，由于在视频流监控单元中内置芯片，当摄像设备拍摄视频帧过程中，动态识别视频中的物体，并且结合作业人员所处的位置、高度信息进行三维建模，获取作业现场的虚拟场景信息，当作业人员处于危险时，管理平台调取虚拟场景信息，及时掌握作业人员和安全带的信息；
上述技术方案的有益效果为：本发明中通过在视频监控流单元中内置芯片，对作业人员视频中采集到的视频数据进行三维建模，有利于发生紧急情况时，管理平台可以及时获取作业环境的现场信息，且管理平台能够实时获取安全带的具体位置和使用情况，因此使得在作业过程中由于不会由于安全带使用不规范而出现安全事故。
在一个实施例中，所述气体监测单元：用于实时监测环境中有毒有害气体成分和浓度，动态生成环境气体监测图表，并对所述环境气体监测图表进行分析，确定分析结果，其中，所述有毒有害气体包括：一氧化碳、硫化氢、氨气、过氧化氢、PM2.5；
上述技术方案的工作原理为：本发明中在稳定的大气环境下进行有毒气体监测时，不同时间段、不同风速情况下对应的气体浓度有差异，因此，需要定期对空气的有毒气体浓度进行检测，并对检测结果进行分析，在三维环境中，以作业人员为坐标原点，以正北方向为x正方向，以正西方向为y方向，以反向重力方向为z方向，有毒气体的浓度分布为：
Figure BDA0004095836050000251
/>
其中，
Figure BDA0004095836050000252
表示有毒气体流动平均速度，v0表示风速大小，S表示在三维坐标系中气体对应高度，(βy,βz)表示水平和垂直状态下气体扩散系数；x，y，z为三维环境中的坐标方向参数；
气体在重力作用下会在一定的时间内出现沉降，va表示气体沉降速度，气体在发生下降过程中对应的气体浓度分布为：
Figure BDA0004095836050000253
其中，G表示气体受到的重力势能，ε表示气体扩散系数；
进而，本发明通过根据风速和作业人员所在高度，计算空气中有毒气体的浓度，有利于获得有毒气体扩散的数据更加准确，降低数据误差，有利于提高安全带使用安全性，降低事故发生率。
在一个实施例中，所述预警模块包括：
危险报警单元：用于获取第一判断结果和第二判断结果，并根据所述第一判断结果和第二判断结果划分危险作业等级，并按照不同的危险作业等级，进行对应的危险报警，其中，所述危险作业等级包括轻度危险、中度危险、紧急危险；
风险预测单元：用于获取环境状态参数信息和作业状态参数信息，并传输至风险预测模型，生成对应风险预测结果；
风险应对单元：用于根据所述风险预测结果，划分风险等级，并根据风险等级动态生成应对方案；
上述技术方案的工作原理为：本发明将环境状态参数信息和作业状态参数信息传输至风险预测模型生成对应的风险预测结果，首先，对获取到的参数信息进行分类，分类函数如下所示：
y(a)＝TH+σ(a)·μT
其中，TH表示预设的阈值，σ(·)表示参数数据对应的变换函数，μT表示超平面状态下参数对应权值向量的转置向量；a表示参数数据，表示获取到的参数信息，即环境状态参数信息或作业状态参数信息，即，环境中空气的污染浓度值，或者有毒气体浓度，作业状态参数信息中的作业时间等；
将获取的参数数据进行分类后对作业过程中的风险进行预测，其中风险预测模型对应为：
Figure BDA0004095836050000261
其中，(α,β,γ)分别对应环境参数(环境特征，环境中空气的有毒气体浓度，氧气含量、风速等等)、作业参数(作业时间、作业高度和作业难度等)和数据传输效率(进行数据传输的速度，也就是信息传输速度),k表示参数个数；i∈k，i为正整数。
将数据输入风险预测模型，获得的风险评价指标为：
Figure BDA0004095836050000262
在进行风险评价指标值计算成功后，当ω＜1就表示存在风险，否则没有风险。ω是对前一时刻和后以时刻环境因素的对比，进而判断是不是存在风险。
上述技术方案的有益效果为：本发明通过对作业过程中进行危险等级划分有利于系统根据不同的风险等级采取不同的应对方案，提高风险预测准确率，通过组合采集的环境信息和作业信息，对潜在风险进行预测，有利于降低事故发生率，增加安全带的使用安全性，提前对风险进行对抗。
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 (10)

1.一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，应用于报警安全带，包括：
环境监测模块：用于在高空作业时，通过报警安全带获取环境数据，并判断环境数据是否在预设阈值之内；
锁死模块：用于在环境数据不在预设阈值之内时，启动报警安全带的锁死装置，进行移动移动锁死或移动解锁；
预警模块：用于在移动锁死或移动解锁时，向远程管理平台发出报警信息。
2.如权利要求1所述的一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，所述环境监测模块包括：
风力监测单元：用于通过报警安全带的多个风速探头对高空风速进行采样，确定风速数据；
气体监测单元：用于通过报警安全带的气体检测仪实时进行毒害气体采样，生成毒害气体图表；
气象监测单元：用于通过报警安全带的边缘装置，实时接收卫星气象数据，进行气象灾害模拟，生成气象模拟数据；
数据上传单元：构建高空同态环境变动模型，实时上传风速数据、毒害气体图标和气象模拟数据，并按照递归扫描算法遍历高空同态环境变动模型，进行数据更新，生成环境同态展示模型；其中，
数据更新包括：
通过高空同态环境变动模型，构建三维动态空间；
根据风速数据，在三维动态空间生成风向曲线，并在风向曲线上标注实时风速；
根据毒害气体图标，在三维动态空间中生成毒害气体的三维渲染场景，进行实时气体密度标注；
根据气象模拟数据，在三维动态空间中生成模拟气象场景，并进行气象变换标注。
3.如权利要求1所述的一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，所述风力监测单元包括：
序列计算子单元：用于对每个风速探头的实时风速按照时间轴进行统计，构成多个时间风速序列；
第一计算单元：用于对多个时间风速序列进行同时刻平均计算，生成平均风速序列；
第二计算单元：将所述平均风速序列作为样本数据，计算平均风速序列的绝对误差和标准差；
第三计算单元：对绝对误差和标准差进行上下限计算，确定在不同时刻的动态阈值；
排序单元：对动态阈值进行时间排序，确定每一时刻的风速区间，并统计为风速数据。
4.如权利要求1所述的一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，所述气体监测单元包括：
气体采样子单元：用于获取气体检测仪采集的毒害气体数据，并转化为红外气体图像集合；其中，
所述毒害气体为对人体有害气体；
区域采集子单元：用于在所述红外气体图像集合中对每个图像进行ROI区域标记，并进行区域裁剪，获取ROI区域图像集合；其中，
所述ROI区域为图像灰度值超过预设灰度基准值，所述预设灰度基准值为毒害气体的最低灰度基准值；
方程搭建子单元：用于按照每个红外气体图像的生成时间，搭建每个ROI区域的轨迹方程和深度方程；
图表子单元：用于通过轨迹方程和深度方程，生成基于时间顺序的毒害气体图表；其中，
所述毒害气体图表包括接近距离图表和深度变化图表。
5.如权利要求1所述的一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，所述气象监测单元包括：
气象采集子单元：用于将卫星气象数据划分为多个子数据，并建立子数据的气象场景耦合模型；
所述子数据包括：风速数据、风向数据、风向标准差、平均温度、大气压、大气稳定度和天气类型数据；
气象倾向判定单元：用于根据气象场景耦合模型，确定高空气象的变化倾向；
推测单元：用于通过变化倾向，依次推测高空气象的场景演变模拟图像；
气象模拟子单元：通过场景演变模拟图像，确定气象模拟数据；
气象输出单元：将气象模拟数据加载到仿真模型，利用仿真模型将气象模拟数据通过核心处理机进行数据转换得到气象显示画面；并将气象显示画面和真实环境进行比对，生成气象认定结果。
6.如权利要求1所述的一种高空作业的远程报警系统，其特征在于，所述锁死模块包括：
第一控制单元：用于设置第一控制指令和第二控制指令；其中，
所述第一指令用于对环境数据进行划分，并分别传输至不同的判定机制中；
所述第二控制指令用于获取不同判定机制的判定结果；
第二控制单元：用于设置第三控制指令和第四控制指令；其中，
所述第三控制指令用于根据判定结果，执行锁死和解锁指令；
所述第四控制指令用于根据锁死和解锁指令，发出语音提示。
7.一种报警安全带，适用于权利要求1～6所述的系统，其特征在于，包括:
安全带带体(1)、卡扣(2)、挂钩(3)、安全绳(4)；其中，
所述挂钩(3)与安全绳(4)固定连接；
所述卡扣(2)串接在所述安全带带体(1)上；
所述安全带带体(1)上还设置有传感器组件(4)、通信组件(5)、边缘装置(6)、视频监控组件(7)、报警组件(8)；
所述传感组件(8)套接在所述安全绳(4)上；
所述通信组件(5)固定在所述安全带带体(1)正面的腰部带体上；
所述边缘装置(6)固定在所述安全带带体(1)正面的胸部带体上；
所述视频监控组件分布在所述边缘装置(6)两侧，并固定在在所述安全带带体(1)正面的胸部带体上；
所述挂钩(3)内置挂钩高度传感器；
所述传感器组件(4)、通信组件(5)、视频监控组件(7)、报警组件(8)与边缘装置(6)电连接。
8.如权利要求7所述的一种报警安全带，其特征在于，所述传感器组件(4)包括：
指纹采集传感器(11)：用于在佩戴报警安全带时，采集用户指纹，进行用户身份认证；
气压传感器(12)：用于获取安全带使用环境中的气压数据，确定天气数据；
卫星定位装置(13)：用于通过卫星对安全带佩戴者进行实时定位；
带体高度传感器(14)：用于实时采集安全带佩戴者的实时海拔，确定安全带佩戴者的实时高度；其中，
所述带体高度传感器(14)包括第一带体高度传感器和第二带体高度传感器；
第一带体高度传感器设置于报警安全带的背心处；
第二带体高度传感器设置于报警安全带的安全绳上；
气体监测传感器(15)：用于实时采集安全带使用环境的气体数据，判断是否气体异常。
9.如权利要求7所述的一种报警安全带，其特征在于，所述传感器组件(4)设置在安全带带体(1)上，所述传感器组件包括以下执行步骤：
步骤1：在只能安全带被佩戴后，指纹采集传感器(11)接收佩戴者指纹，生成指纹信号并传输边缘装置进行验证，获取报警安全带使用权限；
步骤2：边缘装置发出启动信号，控制所述气压传感器(12)、卫星定位装置(13)、带体高度传感器(14)和气体监测传感器(15)；
步骤3：分别获取所述气压传感器(12)的第一阶跃信号，所述卫星定位装置(13)经纬度信号，所述带体高度传感器(14)的第二阶跃信号，所述气体监测传感器(15)的第三阶跃信号；
步骤4：将所述第一阶跃信号、第二阶跃信号、第三阶跃信号和经纬度信号分别进行归一化，去除趋势杂波；
步骤5：获取去除趋势杂波后的目标信号，将所述目标信号进行频谱细化，生成动态特性的非参数模型；
步骤6：将所述非参数模型通过BP神经网络分段模型进行信号融合，生成动态特性模型；
步骤7：根据所述动态模型，输出传感信号。
10.如权利要求7所述的一种报警安全带，其特征在于，所述通信组件(4)包括无线通信模块和存储模块，所述无线通信模块与存储模块通过总线连接；其中，
无线通信模块采用LoRa局域网无线标准与管理平台进行远程通信，所述无线通信模块包括信号接收器、信号发射器，所述信号接收器和信号发射器通过蓝牙进行通信。
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