一种高空作业安全报警系统的制作方法

本发明涉及一种安全监控报警系统，具体涉及一种高空作业安全报警系统。

背景技术：

国家标准GB/T 3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上（含2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”为了防止作业者在某个高度和位置上可能出现的坠落，作业者在登高和高处作业时，必须系戴好安全帽、系挂好安全带。

现在建筑行业大概50%多的事故是发生在高空坠落，高空施工人员经常为了省事，不系安全帽或高空移动时经常发生解开安全带，失去保护。从而酿成重大安全事故。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种高空作业安全报警系统，该系统利用传感器、控制器及报警器形成软硬件相结合的控制系统，解决控制信号远程传输问题，解决远程报警信号的手机移动终端显示与提示问题，确保该系统具备安全的基本功能和信息化产品的特殊功能。

技术方案：本发明所述的一种高空作业安全报警系统，包括智能模块、系统服务平台和计算机/手机终端：

所述智能模块承担安全带和安全帽的状态采集、异常报警和远程通讯工作，具备远程传输、回传信号和记录作业行程功能，并具备安全带失去一重安全保护安全提示，失去两重保护将信号传至管理人员终端并触发报警提示功能；所述智能模块包括主控制器单元、传感单元、无线通信模块、运动轨迹记录模块、报警单元和电源模块，所述传感单元、无线通信模块、运动轨迹记录模块、报警单元和电源模块分别与所述主控制器单元电连接；

所述系统服务平台提供远程数据测控、数据存储和访问，以及Web浏览服务；所述远程数据测控工作由数据测控中心承担，其通过手机网络与现场智能模块交互信息，实时采集智能模块上报信息，并可根据功能需求下达命令给智能模块；所述数据存储和访问由数据库服务软件承担，存储实时/历史作业状态、实时/历史报警数据工作；所述Web浏览服务由相关软件功能模块承担，满足手机、计算机浏览作业状态、报警信息，调度任务工作，在异常发生时，将主动推送报警信息到管理人员手机端；

所述计算机/手机终端实现任务发布、实时/历史作业状态查询、实时/历史报警查询功能，其中，作业状态包括了作业状态下的运动轨迹。

进一步的，所述主控制器单元选择STM32F103C8T6作为主控制芯片。

进一步的，所述传感单元包括安全帽检测单元和安全带检测单元两个部分：所述安全帽检测单元用小型化温度传感器DS18B20来检测人体温度，从而判别作业人员是否佩戴了安全帽；采用小型化薄膜压力传感器测量下颚处的压力，从而判断安全帽带是否系紧；采用安全带用压力传感器，检测安全带的三个状态的数字量信息。

进一步的，所述三个状态的数字量信息包括腰带是否系紧信息、系带是否绕过系留点信息、检测系带挂钩是否扣在三角环或金属上的信息。

进一步的，所述无线通信模块选用GPRS无线通信方式，GPRS模块采用中兴通讯的MG2639_V3。

进一步的，所述运动轨迹记录模块具备记录作业行程功能，采用SIM卡、GPS和二维码相结合记录高空走线人员名单，路径与时间，能水平定位相别，双回路能定位上中下相。

进一步的，所述报警单元包括模块语音报警和远程报警。

进一步的，所述计算机/手机终端包括任务调度、实时作业工况、历史作业工况、实时报警和历史报警五个查看和控制模块。

有益效果：本发明的有益效果如下：

1.具备安全可靠、实用美观、智能控制模块可内置于输电电网作业所用标准安全带、安全帽；

2.具备实施安全提示功能；

3.具备远程传输与报警系统功能；

4.具备记录作业行程功能；

5.具备回传信号功能，可实施监控；

6.安全带具备失去一重安全保护安全提示，失去两重保护将信号传至管理人员终端并触发报警提示功能；

7.具备经久耐用、耐摔、操作方便、符合国家对安全防护产品标准要求；

8.利用控制模块检测是否戴安全帽和是否正确佩戴安全帽；

9.利用SIM卡，GPS、二维码等记录高空走线人员名单，路径与时间，能水平定位相别，双回路能定位上中下相；

10. 监控高空走线人员的全过程安全保护（一般走线延长绳保护，失去保护即严重报警），特别是过间隔棒时安全带与延长绳的配合保护。

附图说明

图1为本发明高空安全作业安全报警系统架构图；

图2为本发明智能模块结构框图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种高空作业安全报警系统，包括智能模块、系统服务平台和计算机/手机终端：

智能模块测控对象包括安全带和安全帽，主要承担安全带和安全帽的状态采集、异常报警和远程通讯工作，具备远程传输功能和回传信号功能。具备记录作业行程功能，可利用SIM卡、GPS、二维码等记录走线人员名单，安全带具备失去一重安全保护安全提示，失去两重保护将信号传至管理人员终端并触发报警提示功能。

系统服务平台提供远程数据测控、数据存储和访问，以及web浏览服务。其中，远程数据测控工作由数据测控中心（简称“DSC”）承担，其通过GPRS/CDMA手机网络与现场智能模块交互信息，主要任务是实时采集智能模块上报信息；并可根据功能需求下达命令给智能模块。 数据存储和访问功能由数据库服务软件承担，主要功能是存储实时/历史作业状态、实时/历史报警数据工作。Web浏览服务由相关软件功能模块承担，满足手机、计算机浏览作业状态、报警信息，调度任务工作，在异常发生时，将主动推送报警信息到管理人员手机端。

计算机/手机终端软件 支持计算机、安卓和苹果手机，主要实现任务发布、实时/历史作业状态查询、实时/历史报警查询功能，其中，作业状态包括了作业状态下的运动轨迹。

如图2所示，该智能模块由主控制器单元、传感单元、无线通信模块、运动轨迹记录模块、报警单元和电源模块组成。模块的测控对象为安全帽和安全带，主要承担安全带和安全帽的状态采集、异常报警和远程通讯工作。

主控制器单元选择STM32F103C8T6作为主控制芯片，该芯片使用高性能的ARM® Cortex™-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达128K字节的闪存和20K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设；包含2个12位的ADC、3个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。

传感单元包括安全帽检测单元和安全带检测单元两个部分：

（1）安全帽检测

利用控制模块检测是否戴安全帽和是否正确佩戴安全帽。采用小型化温度传感器来检测人体温度，从而判别作业人员是否佩戴了安全帽。小型化温度传感器采用DS18B20，其特点是体积小、抗干扰能力强、精度高、功耗超低。测温范围可达-55~+125℃，完全满足人体体温检测的需求。

通过检测安全帽带是否系紧来判断是否正确佩戴了安全帽。选用小型化薄膜压力传感器测量下颚处的压力，从而判断安全帽带是否系紧。薄膜式压力传感器具有柔性、可弯曲等优点，最薄可达0.05mm，压力量程从100g~200kg，压力灵敏度高。适合于开发可穿戴式智能装备、智能产品。

（2）安全带检测

采用安全带用压力传感器，检测安全带的三个状态，均为数字量。

1） 检测腰带是否系紧

腰带是否系紧：采用薄膜式压力传感器。

2） 检测系带是否绕过系留点（金属）

系带是否绕过系留点：采用柔性环型金属检测传感器，其工作原理是当有金属穿过传感器环形区域时（即系带绕过系留点），产生信号；当金属离开时，信号撤销。

3） 检测系带挂钩是否扣在三角环（金属）上

系带挂钩是否扣在三角环上：原理同上，系带挂钩敷设柔性金属检测传感器，当挂钩扣在三角环上时，产生信号；当解扣时，信号撤销。

当传感单元检测到安全带失去一重安全保护时，软件语音安全提示，且上传报警信息到服务平台。 当传感单元检测到安全带失去两重安全保护时，软件语音报警提示，且上传报警信息到服务平台，由服务平台推送到手机客户端。

无线通信模块选用GPRS无线通信方式，GPRS模块采用中兴通讯的MG2639_V3，需插入SIM卡，在作业状态下将消耗流量以建立模块与服务平台之间的数据交互通道，在空旷无障碍情况下，可完全满足通讯距离要求达到200米（球面）的需要。

运动轨迹记录模块具备记录作业行程功能，利用SIM卡，GPS、二维码等记录高空走线人员名单，路径与时间，能水平定位相别，双回路能定位上中下相。考虑到通讯和野外高空作业环境因素，选用工业级GPRS+GPS二合一模块MG2639_V3，该模块是中兴通讯研制的GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频工业模块，带有独立GPS定位功能，采用60pin邮票接口，可以内置到机顶盒、车载台等物联网应用中，随时随地收发 Email、浏览网页、高速下载等。在具有 GSM 网络覆盖的地方，可以随时随地连接互联网，还具有收发短信息（ SMS）、语音通话等功能，在移动数据通讯领域，为用户提供了高度自由、方便快捷的解决方案；支持GPS/GLONASS/北斗定位；工作温度范围：-35~+75°C；mA级工作电流，功耗低。

在作业状态，软件定时采集GPS位置信息，并通过GPRS手机网络把位置和时间信息发送到服务平台，服务平台根据采样的GPS位置信息构造作业运动轨迹，手机端软件描绘展示作业运动轨迹。

报警单元设计两种报警方式：模块语音报警和远程报警。

语音报警模块配合喇叭提供警示和报警语音，在报警状态下，播放语音提示警告高空作业人员当前违章作业状态。

同时，警示报警信息通过GPRS模块送到服务平台，由服务平台推送到管理人员手机端，从而协助管理人员及时纠正高空作业人员的违章作业。

警示报警信息保存在服务平台数据库，可查询可统计，以满足惩罚管理方面的需求。

电源模块选用轻薄可充电聚合物锂电池，容量设计3000~4000Mah，保障连续工作12小时的需要，支持休眠模式，尽可能长的待机时间。

系统服务平台提供数据库服务、数据测控中心和Web浏览服务。 考虑到费用和性能的均衡，采用模块化的弹性设计。初期阶段，这些功能模块可共用一台商用高性能支持Raid的服务器； 随着支持模块的增加和功能的扩充，可架设新的服务器，将各功能模块部署到不同的服务器上； 进一步地，可支持分布式数据库，以保障性能的需求。

数据库服务是数据存储的仓库，选用千万级的SQL Server，通过过程、调度策略以提高大数据下的访问和查询效率。初步设计模块上线达到1000台时，查询无明显滞后，数据保存1年。

数据测控中心是模块与数据库的接口。一方面接收模块上报的作业状态（包括报警信息和运动轨迹数据），并存储到数据库中；另一方面将来自于管理人员的命令下达到模块。为了保障采集和响应的及时性，DSC软件采用模块化设计，同一台服务器上，可部署多个DSC，每个DSC设计支持200个智能模块；可将DSC部署到不同的多个服务器上，以支持系统扩容的需要。

Web浏览服务是手机/计算机客户端与数据库中心的接口。采用H5规范设计，满足跨计算机、安卓手机和苹果手机平台的需求。设计软件功能模块，以满足计算机/手机客户端任务调度、作业状态和报警信息查询的需要。 设计软件功能模块，推送警示报警信息到计算机/手机客户端。 设计软件功能模块，根据接收的GPS位置和时间信息，生成高空作业运动轨迹，保存到数据库；设计接口供计算机/手机客户端高效的访问。

计算机/手机终端软件包括任务调度、实时作业工况、历史作业工况、实时报警和历史报警等五大功能：

任务调度：高空作业前，管理人员通过扫描安全帽上的二维码，以录入高空作业人员信息；通过设计简洁美观的人机界面，以便于排班其他信息的录入。同时可查询历史排班信息功能。

实时作业工况：展示实时作业工况信息，包括作业人员信息、高空作业中安全帽和安全带状态、警示和报警信息、运动轨迹。

历史作业工况：查询并展示历史作业工况信息，包括作业人员信息、高空作业中安全帽和安全带状态、警示和报警信息、运动轨迹。

实时报警：展示当前高空作业中发生的报警信息，包括安全帽未戴或未系紧、安全带失去一重或两重保护等违章操作信息。

历史报警：查询并展示历史高空作业中发生的报警信息，包括安全帽未戴或未系紧、安全带失去一重或两重保护等违章操作信息。

本发明的一种高空作业安全报警系统，其核心是智能安全监测模块，该模块作为一个移动的终端具备实时报警功能，提示作业人员安全帽和安全带锁扣是否紧扣，并将锁扣状态实时传递至管控中心及管理人员手机终端。利用传感器、控制器及报警器形成软硬件相结合的控制系统，解决控制信号远程传输问题，解决远程报警信号的手机移动终端显示与提示问题，确保该系统具备安全的基本功能和信息化产品的特殊功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。