基于GPS+北斗的智能安全帽系统

2021-09-13张勇曾光邓奡王宇余述良

农村电气化 2021年9期

张勇，曾光，邓奡，王宇，余述良

（1.国网安徽省电力有限公司金寨县供电公司，安徽六安237300；2.中移（上海）信息通信科技有限公司，上海浦东201200）

随着电网规模的不断增大，安全监管人员已无法满足诸多的工作现场需求。本文提出一种新型的智能安全帽系统，不仅保护操作人员安全，还具有实时监督与沟通等多种功能，可大大提升电力安全生产工作水平[1]。

1 基于GPS+北斗的智能安全帽系统概述

GPS是一种以人造地球卫星为基础的高精度无线电导航定位系统。北斗作为我国自主研发的卫星导航定位系统，功能也非常强大。本文提出的智能安全帽系统即基于这两种定位系统设计的，可为使用者提供更为精准的定位服务，提高工作指导精度，提升安全生产管理工作的效率与水平[2]。

2 基于GPS+北斗的智能安全帽系统功能

智能安全帽系统具有如下功能：视频拍录、视频远程回传、位置信息回传、人体体征检测、智能语音宣贯、电子围栏报警管理、蓝牙beacon接近报警、SOS一键报警、语音对讲通信、人员登高管理、智能三维现场安全行为检测。

2.1 视频拍录功能

智能安全帽可在不影响作业人员正常工作的情况下对作业现场进行拍录，实时采集现场音视频图像数据，同步记录作业现场。同时现场采集的音视频、图像数据可通过Wi-Fi/5G实时回传至后台管理中心，如图1所示。管理中心收到智能安全帽回传的视频后，从视频中快速定位现场关键信息，并通过调度台系统进行一对一或一对多通信方式快速指导。在处置突发事件过程中，可把重要监控图像推送至相关领导和处置人员的智能手机，方便各级领导和相关人员及时了解现场情况。

图1 视频拍录功能应用

通过无线网络，指挥中心可直接、形象地了解到现场情况，使处于不同地理位置的有关人员通过该系统，共享实时视频资料，汇总各方面管理人员的意见，做出正确的判断决策。

2.2 视频远程回传功能

实时远程回传：智能安全帽本地拍录的音视频数据可通过Wi-Fi/5G实时回传至后台管理中心。

本地存储联网续传：若现场网络情况较差，移动人员利用智能安全帽拍录的现场音视频图像可存储在安全帽本地。待网络条件恢复后，可自动通过Wi-Fi/5G回传至后台管理中心。

2.3 位置信息回传功能

智能安全帽具备GPS+北斗芯片、高度定位芯片、蓝牙芯片，可实现移动人员水平+高度位置信息的实时回传。

2.4 人体体征检测功能

智能安全帽具备人体体征检测芯片，可实时检测佩戴人员当前的脑电波数据，并回传至指挥中心。因为人体实时生命体征数据可反映出人员当前的身体健康程度。监管人员可通过作业人员当前脑电波数据，来判断人员生命体征是否异常，并进行应急处置，以免发生突发事件。系统接收前端智能安全帽采集的人员生命体征数据，如脑电波数据，并根据这些数据分析当前作业人员的疲劳度，判断人员当前的状态，如清醒状态、疲劳状态、睡眠状态等，若监测发现人员体征状态异常，系统自动告警，并发送报警信息至相关人员。

2.5 智能语音宣贯功能

智能安全帽可实现语音自动播报功能。

安全帽开机播报：智能安全帽可以自动播报工作须知、工作安排、安全事项等内容。当无网络时，可本地播放预存的语音文件。

系统信息下发语音播报：系统可随时下发临时任务或紧急指令，现场智能安全帽可自动接收并通过语音进行播报。作业人员可通过智能安全帽与后台管理中心进行语音通信，将现场实际情况实时汇报至指挥中心。

电子围栏触发播报：系统预先在地图上绘制电子围栏，配备智能安全帽的作业人员进入该区域时，系统自动发送预警指令，提醒作业人员安全作业。同时系统还可设置将报警信息自动发送至相关管理人员，协助管理人员进行安全管理。

2.6 电子围栏报警管理功能

系统支持在电子地图上绘制电子围栏，依据人员位置信息，实现人员进入报警功能。同时，系统还可与前端智能终端（如智能安全帽）实现报警联动。若佩戴智能安全帽的前端作业人员进入电子围栏，安全帽立即告警，并播放语音文件。该功能的应用可提醒作业人员安全作业，协助管理者智能管理作业人员，如图2所示。

图2 电子围栏报警管理功能应用效果

前端作业人员触发电子围栏，系统将自动生成报警记录，报警记录包括告警时间、告警区域、告警人员。指挥中心人员可在系统上对各终端用户的报警记录进行综合查询。

2.7 蓝牙beacon接近报警功能

在室内区域或GPS/北斗信号较弱的环境下，可在各危险区域部署蓝牙beacon设备，佩戴智能安全帽的作业人员靠近该危险区域时，自动触发报警，安全帽自动进行语音播报，提醒相关人员安全作业或尽快远离该区域。同时系统可自动将报警信息发送给管理人员，从源头杜绝安全事故的发生。

蓝牙beacon信标触发播报。佩戴智能安全帽的现场人员接近蓝牙beacon信标时，安全帽可自动播报语音文件。安全帽播报内容可由后台自定义设置。

2.8 SOS一键报警功能

智能安全帽具备SOS一键报警功能。佩戴智能安全帽的前端作业人员遇到紧急突发问题时可直接按下SOS键，管理中心可快速获取现场报警信息，也可与现场进行音视频通信，第一时间掌握前方实际情况，并对其进行紧急救援。

2.9 语音对讲通信功能

作业人员通过智能安全帽与管理中心人员实时语音通讯，包括语音通话和组内对讲，管理中心可以直接了解施工作业现场情况，同时指挥中心调度台可分别对系统中各终端的语音通话和组内对讲统一调度，统一管控。系统支持如下几项语音通话功能：

单呼。各移动手持终端之间、移动手持终端/智能安全帽与调度台之间都可进行语音通话。与手机通话功能相同，采用全双工模式。（a）调度台发起呼叫：调度台点击选择一个用户，点击语音通话按钮，系统会自动拨通该用户来发起语音会话。（b）终端发起呼叫：智能终端设备如智能安全帽、移动手持终端等，可主动呼叫调度台。移动手持终端用户之间可互相呼叫。

调度台一对多语音呼叫。调度台支持同时与多个用户进行一对多语音通话，调度台与每一个用户的语音通话均独立进行。操作方式为同时选中多个用户，选中语音通话按钮，系统自动拨通各用户。

增加通话路数。调度台在与用户进行一对一或一对多语音通话的同时，可随时拨打其他用户，并与其进行语音通话。原有通话不受影响。

挂断当前对话。调度台和各终端用户均支持挂断当前语音通话。同时，调度台同时与多个用户进行一对多语音通话时，任意通话双方均可任挂掉当前语音通话，调度台与其他用户正在进行的语音通话不受影响。

录音。系统具备语音通话录音功能，可通过后台进行设置。通过录音服务器对各终端之间的语音通话进行录音操作，录音文件保存到服务器上。

2.10 人员登高管理功能

部分工种如铁塔维护人员等，在日常检修作业中，须进行攀登作业，危险系数较高。通过测量现场人员距水平地面的实际高度，管理人员可查看当前各个施工小组的登高作业人员数量，并对登高人员实施重点监督管控。步骤如下：佩戴智能安全帽的登高作业人员到达铁塔作业地点，将登高伴侣放置于铁塔下；登高伴侣开机后，会自动搜索半径30 m范围内的智能安全帽并配对，若现场有多个铁塔，智能安全帽移动位置后，可自动与就近铁塔的登高伴侣重新配对；登高伴侣和安全帽的高度信息通过网络回传至指挥中心。系统平台以登高伴侣的高度作为登高基准点，自动计算智能安全帽距离水平地面（塔底）的实际高度。