智能保障系统在建筑安全施工中的应用研究

刘芷岐 宋珊 滕静 任柯宇

摘 要：由于目前建筑施工过程的管理较为粗放，安全防护措施过于落后，与其相伴随的安全事故不断，造成了严重的人员伤亡和经济损失，为遏制其逐年上升的趋势，减少给国家及成千上万个家庭带来巨大的生命和财产损失。结合无线电的思想，基于现有专利技术，提出了智能保障系统的结构模型。使用该模型设计智能保障系统将有助于降低事故发生概率，提高施工作业安全管理水平。

关键词：专利技术；智能识别；无线电应用；嵌入式系统

中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）01-0262-02

1 研究概述

1.1 系统定义

“安筑”安全施工智能保障系统（以下均简称“安筑”），是在现有自主无线电报警专利技术上进行的二次研发，是集一个无线发射、人体感应、实时监控、定位于一体的嵌入式中央控制软件系统。

1.2 系统组成

“安筑”主要有三个部分组成，分别为安装在施工楼层的“立体金属感应网”（下称“感应网”），戴在每个施工人员手腕上的“单工报警器”（下称“单报器”），设立于控制室的嵌入式“中央控制系统”（下称“中控”）以及相关硬件和软件。

1.3 系统各部分功能简述

“安筑”是为防止高空坠落、意外触电两大施工事故的发生而建立的。

（1）“立体金属感应网”。“感应网”是相对于“单报器”的服务端，是为施工者所属位置提供相对参考系，同时为“中控”提供施工者所处位置信息。以使施工者实时掌握自身位置，以避免因疏忽而造成高空坠落；同时使“中控”操作者实时掌握施工者的位置信息，使得突发高空坠落后，能够及时采取救援措施；此外，“感应网”所为“中控”提供的位置信息是为在施工者意外触电时，“中控”能自动及时的切断施工者所在位置的电源，最大程度保全施工者生命安全。

（2）“单工报警器”。“单报器”是相对于“感应网”的客户端，是虚拟感应网络图中移动的位点，实时与“感应网”进行着数据交互，将施工者位置信息实时反馈给施工者，当接近危险位置时发出报警音并震动，提醒施工者格外注意；同时“单报器”实时监测施工者体表电流，当施工者发生意外触电，“单报器”会向“感应网”发出求救信号，使“中控”能够及时切断触电位置的电源，挽救施工者生命。

（3）“中央控制系统”。“中控”是整个系统的控制中枢，完成对施工者的位置确认，及时处理触电事故、对高空作业的施工者提供实时提醒。

2 系统设计

2.1 专利技术简述

现有专利是一款多対一距离报警装置，由一个服务端和多个客户端组成，当各个客户端与服务端间的距离值超过设定值，则服务端发出报警。下面简述功能原理，详细原理见专利书（专利授权公告号：CN201514688U）。

服务端和客户端分别由无线电接受器和无线电发射器组成。

（1）客户端模块。该模块是无线电发射模块，原理图见图1所示。它由四个相同原理相同的无线电发射模块构成四个客户终端，无线电发射模块由一组轻触按钮开关、电源G和无线电发射模块A（PT2272-M4/2BBS-LM型号集成电路）通过电路连接组成，其作用为在正常情况下保持与服务端的长时正常无线电通讯，显示客户端在预设监控范围内。

图1 客户端模块原理图（2）服务端模块。该模块是无线电接收模块，原理图见图2所示。它由A5、A5、G5和一些外围元件通过电路连接构成，其中A5为PT2272-M4/2BBS-LM型号的集成电路、A6为NE555型号集成电路、G5为12V的直流电源；本模块的作用为在正常情况下保持与客户端的长时正常通讯，显示客户端在预设监控范围内，当客户端离开预设距离超过设定距离值是，接收器便发出报警声。

“单报器”由五个部分组成，分别是空心杯振动马达（YDF1027H）、智能电子熔断体（MAX810L）、不锈钢金属感应片、交互式微处理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）、报警器（GD-R5B）。

施工者佩戴“单报器”，在正常情况下（电压小于12V时），“单报器”通过交互式芯片，与感应网进行数据交互，传递施工者所在位置实时信息，當施工者所处位置超过预设安全值，则“单报器”通过振动和声音报警向佩戴者发出警告，提醒使用者注意；当非正常情况下（有大于36V/10mA高压/电流瞬时通过人体时），智能电子熔断体熔断，失去与交互式芯片的连接，此时交互式芯片向感应网发出经过特殊编码的危险求救信号，以使中控能

够立刻切断此处电源。原理图见图4、图5。

“感应网”是由众多个由内置交互式微处理芯片（PT2272-M4，2BBS-LM，NE555集成）的发射/接收单元组成的一张虚拟的由无线电信号交织成的网络。见图6，图中的各个黑点即为上述发射/接收单元，装置间相互发射与接收数据，且与但工报警器进行实时数据传输，一方面为实时确认施工者的位置提供支持并且将位置信息传给中央控制系统，如“面ABCDEFG”为施工作业平面，则该层8个感应单元与其上面一层感应单元协同交互，以确定施工者位置。另一方面，感应网还负责将接收到的危险触电信号发自中央控制系统，以使中央控制系统能及时作出相应反应。工作原理见图6、图7。

中央控制系统是由一个内置嵌入式芯片ARM -SA-110并装有LINUX操作系统的主机，及一台wince数据采集器组成的监控台。

由wince数据采集器接收发自感应网的信号，并将其通过电线实时传送给嵌入式主机，嵌入式主机还与PLC配电箱相连，根据信号决定切断某区域供电，并且根据wince提供的施工者位置信息，通过OPENGL三维建模实时反应在显示屏上。详见图8。

该模型设计智能保障系统将有助于降低事故发生概率，为遏制其逐年上升的趋势，减少给国家及成千上万个家庭带来巨大的生命和财产损失提供可能，将会有效规范施工管理程序，提高施工作业安全管理水平。

参考文献

［1］田泽.嵌入式系统开发和应用教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005:1-9.

［2］Joseph Mitola，赵荣黎，王庭昌等.软件无线电系结构［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］Dick c.Configurable logic for digital communication:Some signal processing perspectives［J］.IEEE Communications Magazine，1999，（4）.

［4］南利平.通信原理简明教程［M］.北京：清华大学出版社，2004.