基于电力系统应用的智能化新型安全帽设计与开发

龙源期刊网基于电力系统应用的智能化新型安全帽设计与开发作者：陈淼李真璐来源：《科技创新导报》2017年第35期摘要：针对现有电力行业安全帽智能设计与智能应用不足的缺点，提出了实现实时监测与通信功能的智能安全帽设计与开发。新型智能安全帽包括安全帽终端、智能监控应用平台两个部分，提出了智能安全帽终端的工业设计方案，构建了智能监控应用平台的功能架构、数据接口及通信方式。样机制造实现了作业现场实时监测、通信、温度湿度报警灯功能。关键词：安全帽智能监控中图分类号：TM76文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0045-03安全防护一直是电力系统日常工作中非常重要的环节。为了减少巡视、检修等日常工作过程中的意外伤害，往往要求工作人员根据实际工作环境佩戴个人防护设备（PPE），而安全帽几乎是在所有工况下都需要佩戴的防护设备。相关研究表明，使用个人防护设备可以防止高达37%的职业伤害[1]，并且在物理防护的同时能够增加工作者的心理安全感，进而提升工作质量与工作效率[2]。然而，目前安全帽的设计与佩戴中，都只注重考虑了安全帽的基本功能，即安全防护性，而忽略了以安全帽为平台的智能设计与应用[3-5]。安全帽在电力行业日常工作中普及程度高，若能够以安全帽为平台进行二次设计与二次开发，进而实现作业现场的实时监测与实时反馈，能够有效促进决策人员对实际现场情况的了解与把握，提高管理人员与现场工作人员的沟通效率，进而实现管理决策与现场实际的有效联动。本文以安全帽为基础，基于人体工程学、集成电路技术、工业设计等理论，提出了实现现场监测功能的智能安全帽技术，以弥补现有安全帽中智能设计与智能应用不足的缺点。1新型智能安全帽终端及其远程应用平台的设计1.1整体设计方案新型智能安全帽旨在实现现场作业实时监测、实时通信、温度湿度自动预警等智能化高级应用，不再将安全帽视为一件普通的工作防护设备，而是将安全帽作为一个连接后方管理人员与前线作业人员的平台。在本文提出的整体设计方案中，该平台分为安全帽终端和智能监控应用平台两个部分。其中，安全帽终端旨在实现现场的数据采集与通信，并集成温度湿度预警、意外伤害防护等安全功能为一体；智能监控应用平台旨在实现后台的数据处理与传输、图像识别、实时通话等功能，实现不同作业现场、不同作业人员的统一监控与指挥。龙源期刊网安全帽终端与智能监控平台的整体功能设计具体包括以下几项。（1）集成耳机和麦克风功能，实现网络语音通信功能，把现场的信息回传给后台。（2）集成传感器，具备GPS、温度、湿度等功能，现场温度或湿度过高后自动报警提示。（3）集成摄像头功能，可实现对现场作业的实时监控和采集。（4）工作现场语音视频信号在本地高效压缩处理后，通过4G网络实时传至后台服务器，实现远程指挥监控和现场双向通话。1.2智能安全帽终端设计与开发在硬件结构方面，智能安全帽终端采取人体工程学设计，对摄像头、集成电路班、内部走线进行协同考量与统一设计，最大限度地保证安全性与舒适性。摄像头位于安全帽正面中心处，即佩戴人员额头上方，方便取景，集成电路设计在安全帽左侧，并对安装集成电路部位的头盔外形进行重新设计，以适应集成电路的安装。安全帽终端的正面、侧面如图1所示。值得指出的是，虽然增加了摄像头、集成电路模块等相关附件，但是整体重量并未出现明显上升，足以保证安全帽的佩戴舒适性。另一方面，通过摄像头、集成电路的合理布局与分区隔离设计，可以保证佩戴人员的安全防护。在安全帽内部安装有集成电路板，集成电路板包含了供电电源模块、GPS模块、WiFi模块、CMOS传感器、主芯片等若干组成部分。集成电路起到了监测、通信、预警决策等作用，是智能安全帽终端的核心部件，其各个组成部分如图2所示。由图2可以看出，集成电路板由锂电池及其管理芯片、按键和LED灯、主芯片、WiFi模块、GPS模块、CMOS传感器构成。其中，CMOS传感器进行温度、湿度等环境指标的测量感应；WiFi模块可以连接工作现场局域网与远程平台进行通信；GPS模块用于获取位置坐标信息；按键和LED灯用于用户及时控制及状态反馈；锂电池则提供集成电路板正常运行所需能量。1.3智能监控应用平台设计开发智能监控应用平台是与智能安全帽终端配套使用的远程系统，平台将集中展示所有在线并佩戴智能头盔的现场施工人员，方便决策人员实时查看现场影像情况、定位施工人员工作位置、实现与现场工作实时对讲，实现设备维护管理、工作单管理等流程的自动化办公。除了这些基本功能，平台可以加入图像识别、视频识别、虚拟现实等高级应用功能，增加远程应用平台的智能性，对工作人员所做工作、设备现状等进行图片、视频智能识别，对设备现状、潜在故障、工作人员作业过程是否达标、是否符合安全规范等各个方面进行综合评价。远程监控应龙源期刊网所示，由基础设施层、数据接入层、数据整合层、基础服务层、高级服务层等几部分构成。基础设施层包括主机、操作系统、安全帽终端等硬件设施；数据接入层与数据整合层则接入不同类型的数据信息并进行加工处理；基础服务层包括了数据展现、图形生成、报表生成、查询统计等基础服务；高级服务层则包含了作业场景分析、设备故障识别、危险动作预警、虚拟现实等高级功能。2结语为提高在电网现场作业的可控性，本文设计并研制了智能化与平台化的新型智能安全帽系统，包括安全帽终端与智能监控平台两个部分，在现场作业过程中可实时视频对讲，远程指挥，现场温度湿度自动报警，现场人员实时定位、记录自动保存并上传到服务器等。远程监控平台的高级功能将实现设备故障识别、危险动作预警等智能化应用。通过安全帽与摄像机巧妙地结合起来，帽子总重量与现有安全帽一样并不增加负担，维持了人员配戴的舒适性，既保证人员安全又可以提高工作流程的自动化及智能化水平。值得指出的是，本文所提出的智能化安全帽及其应用平台具有通用性，不仅可以在电力行业进行广泛应用，在工厂、建筑、桥梁、隧道等作业场所都可以根据本文进行安全帽智能化改造，推广应用前景广阔。参考文献[1]张振伟.安全帽的舒适性设计研究[D].中南大学，2009.[2]蒋旭日.浅谈国内外安全帽生产技术[J].中国个体防护装备，2010（4）：31-34.[3]黄伟文.安全帽防护面罩改进与应用[J].工业技术创新，2016，3（6）：1151-1154.[4]张敏，王茂人，陈香琳.基于实时检测的送风滤尘安全帽设计[J].机电一体化，2013，19（5）：62-64.[5]肖明东，孙炜.浅谈多功能防护安全帽设计[J].中国高新技术企业，2013（32）：37-38.