防毒面具智能化

2021-11-24郝璐瑶尹赫朱羽乔牛陆君朱甲甲

科技信息·学术版 2021年21期

郝璐瑶尹赫朱羽乔牛陆君朱甲甲

摘要：伴随着社会的进步，防毒面具从最初的战争防护逐渐转向工业防护、劳动和应急救援，在这些领域中，无论是从业人员，还是救援人员，都面对复杂、难测的危险，他们的人身安全受到极大的威胁。如何保护他们的生命健康是巨大的需求，也是要解决的最大的问题。本项目致力于研发一款防毒面具，通过实时监测人员的生命体征，保证人员在工作过程中的安全。

关键词：安全防护，智能检测，头盔

0 选题背景及项目意义

0.1 选题背景

多数情况下，作业人员只采用简单的口罩、眼罩及防毒面具在有毒的环境中进行作业或检查;而在发生紧急情况时，如大量泄漏有毒气体、燃烧爆炸等，救援队伍虽然有更有效、更安全的防护设备，但仍然是需要将自己置身于危险之中，得不到有效的监护。

0.2 项目研究意义

根据《职业病防治法》和《“健康中国2030”规划纲要》，该项目通过建立长期监测人体技能数据的平台以及监测设备—防毒头盔，来针对处于慢性中毒危险的作业人群进行防护，降低慢性中毒的对人体造成的危害，保障从业人员的生命健康。本项目有以下实际意义：增加了防毒护具的功能性;降低了慢性中毒的风险;加强了信息的即时性。

1 项目的基本内容

1.1 项目思路

结合防毒头盔、消防面具，对安全防护如何智能化的探索。

1.2 项目重难点

防毒头盔的监测技术需要有关技术的学习;防毒头盔选取材料的学习;监测平台的搭建及运行;有关监测数据的采集标准;防毒头盔的测试所需的场所及设备.

1.3 项目创新点

1.3.1 增加防毒护具的功能性

通过增加电子设备或与其相应结合，达到监测作业人员身体机能的作用。并且可以结合实际需要增加通讯作用等;

1.3.2 降低了慢性中毒的风险

通过实时的监测、定时地记录有毒环境下作业人员的身体机能信息，极大地提高在有毒环境下作业人员的安全保障;

1.3.3 加强了信息的即时性

当发生紧急情况时，结合各类监测设备，能够及时有效地进行决断，避免更严重的损失发生.

1.4 研究方法

1.4.1 查阅书籍：通过查阅书籍资料，系统总结在防毒防护过程中的发展，创新，特别是21世纪以来在大数据人工智能的结合防毒防护的巨大进步.

1.4.2 总结概括：在对防毒头盔发展可行性进行相关性的系统分析之前，在对已经收集的资料进行详细地分类、汇总，根据分类的情况，逐一对所分类的资料进行提炼与总结，最终提取出所需要的内容[1] 。

1.4.3 跨学科研究：有关防毒头盔的相关研究可以分为许多不同的观点，涉及的科学内容非常广泛.从防毒头盔想法的构建开始，首先需要基础学科知识的储备，然后需要在设计方面的考虑，同时还需要考虑材料的选取以及運用程序代码构建网站，网站的运行管理，设置监测数据的采集标准并不定期更新数据，另外还需要做大量实验来测试头盔的性能。

1.4.4 整体化思考：复杂问题，并不由许多简单而简单的集合构成，而是具有一定的体系。在新形势的要求下防毒头盔不再仅需要有防毒的功能，同时还需要随时随地能够监测使用者的生命体征，以确保人员的生命健康。

2 智能化架构基础

2.1 传感器技术

2.1.1 有关传感器

传感器是一种检测信息装置。传感器的发展等同于让一个毫无知觉的物体有了眼睛、耳朵、嘴巴、鼻子等灵动的人类身上的感官，让物体拥有了人的某些属性，仿佛活了起来。一如科幻作家在其书中描绘的未来世界一样，当物有了意识，人类社会便变得更加方便。他们可以预测危险，规避危险，甚至在高危行业可以让他们去工作代替人力的工作。从感知区别来看通常传感器分为气敏元件、声敏原件、色敏元件、味敏元件等。在新韦式大词典中定义，认为是功率传输的工具[2]。

2.1.2 气体传感器

比如二氧化硫、一氧化氮、氮氧化物、硫化氢、光气等都是常见的工业有毒气体，其中二氧化硫、氮氧化物、光气都属于刺激性气味，而窒息性气体像一氧化氮、硫化氢如何检测这些气体必须得要靠必要的气体传感器。

MQ135传感器在有毒气体监测方面异常灵感，特别是对硫化物、本系蒸汽，还有烟雾[3]。田莉，方有康，胡益彬认为这是一款多领域可用，价格低廉的传感器[4]。在智能头盔头部装备这两款气体传感器，能够为检测有毒有害气体提供便利。

关于传感器的选用，胡茜，葛思擘，王伊卿，李伟则选取了2种可以检测气体酸碱性的电化学传感器，主要是基于对环境PH值的考虑[5]。

结合具体的工业生产过程其实前者更适用一些。

2.1.3 心率传感器

常见的判断人的生命健康主要通过呼吸、体温、脉搏、血压，医院病房里主要通过心电图机进行监测。于卓含用光电容积脉搏波原理的光电传感器进行实验比对，同时设置对照组：心率手环产品，实验证明通过该原理设计的准确率较高，能够满足对人体的生理监测[6]。

2.3 5G无线通讯技术

第五代移动通信技术简称5G，有很多前几代移动通信技术都不具备的优势。（一）标准高，大数据量传输视频内容流畅。（二）延时率低，远程操控便利。（三）网络容量大，能满足巨大互联网需求（四）频谱效率要比LTE提升10倍以上。（五）覆盖率高同时，网速快（六）提高了流量、连接数。

5G的这些优势，如果能够运用在工业生产和救援过程中，会为实时监测提供更大的帮助，不仅保证了监测视频的流畅度和信息的传输，也最大程度为人员的安全提供了保障。但从目前5G的发展来看，5G在理论应用于实践过程中仍存在较多问题，比如其容量和覆盖不可以同时兼得。学者就曾指出频段越高，基站覆盖范围越小，运营商必须建设更多基站以满足5G的网络需求[7]。

现实生活中是复杂的，在中大型工厂中，各种器械设备在运行过程中不可避免会产生大量热能同时散发着辐射，会对信号进行干扰。同样在救援过程中面临着各种不确定的因素或高温或低温或黑暗或磁场，都会影响对信号的接收与发射。5G采用TDD双工模式，既可以实现同一频段下同时发送和接收信号，能够及时得到反馈信息，缩短信息传输时间，避免延迟。但这种技术面临着强大的自干扰问题。

3 有关智能化普及

3.1 技术层面

实时监测的过程中，对网络的需求较大，区别于传统的摄像头，其需要具有高清画质，同时专业性较强，那么就面临着一个最大的问题：信号传输问题。学者成金蓬曾经过对4G无线通信技术、蓝牙技术、红外无线通信技术、无线局域网技术、 Zig bee技术这5种技术的比对后，认为考虑到复杂的环境和传输内容的大小，采用4G无线通信技术来传输视频数据[8]。基于现在移动通信技术的发展，4G技术明显优势不如5G技术，但是5G技术现在仍不成熟，仍存在较多问题，因此在普及方面还任重道远。

3.2 成本层面

其次智能头盔其涵盖的技术较多，应用成本高，而中小型工厂在企业经营过程中常常又会面临融资困难等问题，救援机关每年下拨的资金有限，故而成本方面将会是在普及过程中的一大困难。

3.3 意识层面

3.3.1 正确意识

无论是智能产品，药类，食品，大多数我们日常生活中接触到的产品都有其使用说明书，通过阅读说明书我们能够正确的了解到如何使用该产品。但也常常出现不读说明书或者说明书阅读不仔细，导致误用或使用不恰当等后果。因此在使用物品的时候特别是本项目研究的智能头盔时，应对使用者进行培训，使其掌握正确使用的方法。

3.3.2 使用意识

在工厂中，负责人应考虑到成本，不遵循《劳动法》中对劳动者的权益保障，既不进行安全教育也不配备相应的安全防护工具;在工业生产过程中，从业者未认识到工业材料的危险性，或者存在侥幸心理，在工作的过程中不佩戴必要的防护工具。以上无论是工厂负责人还是从业者，在现实生活中都可能存在，他们安全意识不强，导致的后果不仅是对从业者的伤害，更是对安全社会建设产生极大阻碍。

3.3.3 维管意识

刘中立在其文章中指出防毒面具要做好维护与保管工作，其中包括常规维护、定期维护、重点维护、保管[9]。在现实生活中，人们往往只注意到防毒面具的使用层面，很容易忽视到维管工作，例如：在使用防毒面具后应及时清洗;涂滑石粉来保存器具。长此以往导致的后果，只会使产品的使用年龄骤减，性能下降。

4 总结

历史不断在被更迭，重写只在今天。于今天而言，防毒头盔是个新词。新事物从其出现到广被接受的过程总是漫長且困难的，防毒头盔未来的路还很长，还有很多问题亟待解决.

参考文献：

[1]汪亚静，苏州相城区农村特色产业发展与布局研究，苏州科技大学建筑与城市规划学院，2016.06.

[2]王维浩，防毒面具，第二课堂：英文版，2020年第1期28-29

[3]传感器，仪器仪表世界网，2013.01.03

[4]谢树俊，于乐忠，朱军等，感温/可燃气体/一氧化氮3复合火灾探测器[J]消防科学与技术，2009

[5]田莉，方有康，胡益彬，有毒气体检测报警监控系统设计，南京航空航天大学，金城学院，2016.06

[6]胡茜，葛思擘，王伊卿，李伟，电化学气敏传感器的原理及其应用，西安交通大学自动控制研究所，2006.07

[7]于卓含，智能消防头盔系统中相关技术的研究，哈尔滨理工大学，2018.3