基于智能传感的高空作业人员生命体征监测预警技术研究

国网河南省电力有限公司兰考县供电公司 李 明 徐 岚 畅广辉 李寒雨 张昊迪 赵明星 张丽玮

随着电子技术、无线通信技术与微电机技术的不断发展与进步，我国在人体生命体征实时监测方面的研究已经取得了一定的成绩[1]。辅助智能化技术进行高空作业人员行为、身体的监测已经不仅停留在理论研究层面。部分科研单位已经开发了便携式、智能化、可佩戴的生命体感仪，通过对高空作业人员各项身体指标的监测，实时感知人的身体是否存在异常[2]。

目前，我国已上市的监测仪包括智能手环、血氧实时监测仪等。尽管现有的体感监测装置已经满足了使用中的灵活性与实时性需求，但在实际应用中，仍普遍存在预警指标单一、监测数据与真实数据差异较大的问题，这些问题直接影响了终端对高空作业人员身体指标的监测，甚至无法精准进行人体健康数据的预警，从而导致现有的研究成果一直无法在市场内推广使用[3]。为实现对现有研究成果的优化，提高对人体生命的智能感知，本文将在此次研究中，引进智能传感技术，设计一种针对高空作业人员生命体征的全新监测预警方法，通过此种方式，为不同领域内高空作业人员的生命安全提供保障。

1 高空作业人员生命体征监测预警方法设计

1.1 基于智能传感的生命体征数据采集

为实现对高空作业人员生命体征的监测，本文引进智能传感技术，进行人体生命体征数据的采集。根据实际监测需求，明确采集数据的过程需要大量传感节点作为支撑，而对应的传感节点由传感器、电源、MCU、网络构成[4]。将对应的智能传感器安装在便携式装置上，连接网络后，进行数据的获取，为避免获取的数据中存在大量冗余数据，需要在数据采集过程中，对数据进行平滑处理，此过程可表示为下述计算公式：

1.2 高空作业人员生命体征监测数据传输

为实现对高空作业人员生命体征监测数据的安全、稳定传输，将对应的数据反馈接口与TXD蓝牙进行连接，此时智能传感器反馈的数据，可以通过无线组网与TCP协议进行引脚连接。此时，对应的反馈数据将通过蓝牙与SPP协议进行发送，此过程如图1所示。

图1中（1）表示为启动线程；（2）表示为结果反馈；（3）表示为执行传输；（4）表示为持续线程。

监测数据在传输过程中，需要检索接口函数，并通过对周边蓝牙设备的扫描进行数据传输。可将高空作业人员生命体征监测数据的传输过程表示为下述计算公式：

公式（3）中，E表示为人员生命体征监测数据的传输过程；O表示为神经网络；W表示为输入单元层；j表示为数据传输信道；k表示为终端数据库；r表示为数据推送过程。按照上述方式，实现对监测人体生命数据的传输。

1.3 基于健康风险评估的生命体征安全预警

实现对高空作业人员生命体征监测的监测后，设置智能传感数据的健康风险评估范围。以高空作业人员心率指标为例，可按照下述计算公式，进行心率健康风险的评估。

公式（4）中，γ表示为高空作业人员心率健康风险评估结果；γ1表示为高空作业人员最大心率；γ2表示为高空作业人员在安静状态下的心率；γ3表示为高空作业人员在静止状态下的心率；A表示为环境影响系数。按照上述方式，对高空作业人员的不同健康指标进行风险评估。结合高空作业人员的常规体检数据，设置针对不同个人的安全风险预警范围，并按照图2所示的流程，进行生命体征健康预警。

图2中，MagFlage表示为数据是否接收完备。按照上述方式，对高空作业人员生命体征进行实时反馈与评估，实现对作业人员生命体征的安全预警。

2 实例应用分析

上文从三个方面完成了基于智能传感的高空作业人员生命体征监测预警方法设计，但此方法还需要通过全面的检测后，才能被投入相关领域内使用。

为保证测试结果的真实性，选择某高空作业现场作为此次研究的试点场所。通过与现场管理人员的交涉，对现场执行高空作业的工作人员进行身体素质进行综合评估，并选择了一名身体素质较强的高空作业人员作为此次测试对象。在征求了其个人的同意后，获取此名参与实验人员的个人信息。明确了此名工作人员具有高空作业资格证书，且从事此行业已超过了3年，具有较为丰富的工作经验，工作期间并未出现过由于个人原因造成的安全事故。排除现场外界因素对此次实验的干扰后，将本文设计的方法安装在测试对象随身携带的生命监测仪器上。在此过程中，需要先设置高空作业人员生命体征监测传感器，根据此次实验需求，设置如表1所示的生命体征数据采集智能传感器。

表1 生命体征数据采集智能传感器

完成对生命体征数据采集智能传感器的设置后，对被测对象进行生命体征数据主动获取。在此基础上，在监测现场布置蓝牙与无线传感装置，进行高空作业人员生命体征监测数据的传输。根据该作业人员的身体综合情况，设置安全评估指标，通过智能传感反馈的数据，进行高空作业人员生命体征的安全预警。

为检验本文设计的方法具有一定可行性，将本文设计的方法部署在终端，在此基础上，设置数据通过路径，获取此名参与测试人员的血压实时反馈数据。通常情况下，人体的舒张压在60～90mmHg；收缩压在90～140mmHg，以此为标准，进行测试人员血压安全阈值的设置。

大量实验表明，影响纸浆洗涤质量的因素有：上浆浓度、上浆流量、清水加入量、浆层厚度、真空度、浆种、洗涤水温度、纸浆硬度、制浆方法。需将这些相关的过程变量压缩为少数独立的变量，从而对过程进行有效控制。通过数据分析和积累的经验，利用动态PCA方法筛选出了建立纸浆洗涤过程数学模型的输入变量，计算步骤如下。

截取部分时段下的反馈结果作为测试结果，如图3所示。

从图3反馈的数据可以看出，在连续9min的监测中，被测对象的舒张压与收缩压均在安全范围内。由此可见，被测人员在此阶段作业过程中未发生生命体征监测预警，血压指标在安全阈值范围内。

通过对上述反馈曲线的分析可知，反馈信息具有连续性，且反馈的数据符合此名人员日常高空作业行为习惯，无明显异常，由此可以说明本文此次研究设计的方法，在实际应用中具有一定可行性。

在此基础上，对本文设计方法的监测精度进行检验。在使用本文设计的方法进行高空作业人员生命体征监测时，同步使用专业的医疗仪器进行被测人员生命体征的测试，将医疗仪器的测试结果作为标准值，将其与本文设计方法的监测结果进行对比。计算本文设计的监测预警技术在实际应用中，对人体生命体征各项指标测量时的相对误差。相对误差计算公式如下：

公式（5）中，P表示为高空作业人员生命体征监测结果相对误差；x1表示为测量结果；x2表示为计算结果。

表2 高空作业人员生命体征监测结果对比

通过上述试验结果可知，本文设计的基于智能传感的高空作业人员生命体征监测预警方法在实际应用中，对人体各项生命体征的监测相对误差较小。

3 结语

为满足市场内不同行业的发展需求，各行各业的发展都会在建设工程项目中选择部分身体素质较强或具有专业资质证书的工作人员，执行高空作业任务。肩负此类工作岗位的人员不仅具有较高的危险性，还会承担较重的心理压力与负担。当高空作业人员在极大的心理压力下执行任务时，极易出现突发性疾病，而此类疾病在常规的检查中又难以发现，一旦受到外界因素的影响或遭受外部环境的刺激，便会诱发非正常死亡。包括心脏病、高血压、脑出血等。为实现对此类安全事故的规避，本文从生命体征数据采集、高空作业人员生命体征监测数据传输、基于健康风险评估的生命体征安全预警三个方面，对基于智能传感的高空作业人员生命体征监测预警技术展开了研究。实践结果证明，本文设计的方法在实际应用中具有一定可行性，可以实现对高空作业人员身体各项生命体征的高精度监测。