智慧工地人员安全实时监测系统的制作方法

本发明涉及建筑工地人员安全防护和管理技术领域，更具体地，涉及一种智慧工地人员安全实时监测系统。

背景技术：

现有的建筑工地存在一些安全隐患，比如：部分作业人员在工地工作或高空作业时，无视作业规程，不佩戴安全帽；作业人员在工作时不注意周围脚下，有失足踏空，高空坠落的危险；当作业人员发生意外昏迷倒地时，其他人员无法第一时间获知情况，组织施救等。同时，传统的建筑工地缺乏信息化手段，管理效率低下，比如：难以进行实名制认证考勤，难以准确计算一线作业人员的劳动工时，难以根据作业人员现有位置下达命令等。

因此，亟需一种能够消除上述建筑工地安全隐患，改善工地安全和管理效率的工地安全实时监测系统。

技术实现要素：

为了解决或者至少部分地解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种智慧工地人员安全实时监测系统。

本发明实施例提供一种智慧工地人员安全实时监测系统，包括：至少一个智能安全帽、门禁设备、电子围栏、分散设置在工地部分楼层地面的参考节点和后台监控系统，其中，

所述智能安全帽包括安全帽本体和安装在所述安全帽本体内部的安全监测电路板和电源模块，还包括设置于所述安全帽本体边沿侧的充电接口和告警模块，以及设置于所述安全帽本体前侧的rfid电子标签；所述安全监测电路板上集成有控制模块、无线通信模块和检测模块，所述控制模块分别与所述无线通信模块、所述检测模块电连接；

所述门禁设备包括根据工地出入口进出路线作线性排列的天线和rfid读写器；

所述电子围栏由设置在工地的各危险源的信标组成；

所述分散设置在工地部分楼层地面的参考节点具体为具有通信功能的气压测量设备，用于采集相应楼层地面的气压作为基准气压，并广播所述基准气压；

所述智能安全帽用于在佩戴人员进入工地后，对佩戴人员进行高度定位、运动姿态检测和异常告警；周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并在佩戴人员进入所述电子围栏的警戒区域时发出告警提示；

所述后台监控系统，用于在佩戴人员出入所述门禁设备时，根据所述天线接收到的rfid电子标签的先后顺序实现自动考勤；实时显示目前的出勤人员情况、电子围栏的分布情况；对佩戴人员的高度位置和运动姿态进行实时监测；当收到异常告警信息时，发出报警信息并通知管理人员；向所述智能安全帽下发撤退指令和其他安全相关指令。

其中，所述检测模块包括人体监测传感器、气压传感器和三轴加速度传感器，其中，

所述人体监测传感器用于检测所述智能安全帽是否被佩戴；

所述气压传感器用于采集佩戴人员所在高度处的气压数据，并将所述气压数据发送至所述控制模块或所述后台监控系统；

所述三轴加速度传感器具体用于采集佩戴人员的加速度数据，并将所述加速度数据发送至所述控制模块。

其中，所述控制模块具体用于：

根据所述气压数据和基准气压对所述佩戴人员进行高度定位。

其中，所述后台监控系统具体用于：

根据所述气压数据和基准气压对所述佩戴人员进行高度定位；

其中，所述基准气压为工地一楼地面的零点气压。

其中，所述控制模块具体用于：

若通过所述人体监测传感器监测到所述智能安全帽被佩戴，则保存当前时刻所述三轴加速度传感器的数据，记为初始加速度；

根据所述初始加速度和所述三轴加速度传感器实时采集的佩戴人员的加速度数据对所述佩戴人员进行运动姿态识别，并根据运动姿态识别结果进行异常报警。

其中，所述智能安全帽还包括述虹膜识别传感器，

所述虹膜识别传感器用于采集佩戴人员的虹膜数据，并将所述虹膜数据发送至所述控制模块，或者，将所述虹膜数据通过所述无线通信模块发送至后台监控系统；相应地，所述控制模块或后台监控系统根据所述虹膜数据对所述佩戴人员进行身份识别与自动考勤。

其中，所述无线通信模块通过与其他外部的无线通讯模块进行组网，将所述智能安全帽的其他功能部件采集到的信息上传到后台监控系统，并接收所述后台实时监测系统下发的信息；

所述无线通信模块还用于：周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并将检测到的信标id和信号强度发送至控制模块；相应地，

所述控制模块根据所述信标id确定危险源类型特征，并通过信号强度确定安全帽到信标的空间距离，若所述空间距离满足触发安全报警的条件，则触发所述告警模块进行相应的语音提示。

其中，所述无线通信模块还用于向所述后台监控系统上传扫描到的信标id，相应地，

所述后台监控系统根据所述无线通信模块上传的信标id，根据所述信标id对应的危险源的位置获得佩戴人员大致位置，基于一定时间段内的位置信息，获得所述佩戴人员的行动轨迹。

其中，所述电源模块具体包括：可充电电池、电源管理子模块和电量管理子模块；

其中，所述电源管理子模块对所述可充电电池进行充电管理，并对提供短路、过流和过压保护；

所述电量管理子模块对所述可充电电池的电量进行实时监测，当监测到电量过低时发送消息给控制模块以触发所述告警模块进行电量告警提示，并关闭所述无线通信模块的无线电信号扫描，降低所述无线通信模块的发射功率。

其中，所述告警模块具体包括：紧急呼叫按钮、语音提示模块和灯光提示模块。

本发明实施例提供的智慧工地人员安全实时监测系统，通过设计智能安全帽，配合电子围栏、门禁设备和后台监控系统，解决了传统建筑工地的安全监控和管理困难，可有效减少建筑工地安全隐患，改善工地安全，提升管理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的智慧工地人员安全实时监测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的智能安全帽的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了消除建筑工地安全隐患，改善工地安全，提升管理效率，本发明实施例提供一种智慧工地人员安全实时监测系统，图1为本发明实施例提供的智慧工地人员安全实时监测系统的示意图，包括：至少一个智能安全帽、门禁设备、电子围栏、分散设置在工地部分楼层地面的参考节点和后台监控系统。

图2为本发明实施例提供的智能安全帽的结构示意图，所述智能安全帽包括安全帽本体1和安装在所述安全帽本体内部的安全监测电路板2和电源模块3，还包括设置于所述安全帽本体边沿侧的充电接口4和告警模块5，以及设置于所述安全帽本体前侧的rfid电子标签6。

本发明实施例中，安全帽本体和安全监测电路板采用分体式设计，方便逐步部署和后期更换。

安全监测电路板上集成有控制模块、无线通信模块和检测模块，其中，控制模块分别与无线通信模块、检测模块电连接。

进一步地，所述检测模块包括人体监测传感器、气压传感器和三轴加速度传感器，其中，

所述人体监测传感器用于检测所述智能安全帽是否被佩戴；

所述气压传感器用于采集佩戴人员所在高度处的气压数据，并将所述气压数据发送至所述控制模块或所述后台监控系统；

所述三轴加速度传感器具体用于采集佩戴人员的加速度数据，并将所述加速度数据发送至所述控制模块。

所述门禁设备包括根据工地出入口进出路线作线性排列的天线和rfid读写器。

具体地，所述天线用于接收rfid电子标签，所述rfid读写器用于读取所述rfid电子标签中的信息，后台监控系统可以根据读取到的rfid电子标签先后顺序，判断作业人员是进入还是离开。

所述电子围栏由设置在工地的各危险源的信标组成。

具体地，每个信标的id是唯一标识的。

每个信标对应的危险区域类型特征和位置信息可以预先存储在后台监控系统中。

所述分散设置在工地部分楼层地面的参考节点具体为具有通信功能的气压测量设备，参考节点用于采集相应楼层地面的气压作为基准气压，并广播所述基准气压。其中，相应楼层地面包括工地一楼地面。

所述智能安全帽用于在佩戴人员进入工地后，对佩戴人员进行高度定位、运动姿态检测和异常告警。具体地，智能安全帽可实时测量佩戴人员距离地面的数值，可以对佩戴人员的运动姿态进行检测，包括运动、静止、跌落和倒地4种姿态，其中，1)静止姿态：静止判断标准为超过t1分钟无任何运动，静止姿态不进行语音提示，也不会立即上报，而是随整体状态信息周期上报；2)倒地姿态：倒地判断标准为偏离站立姿势θ角并静止持续t2分钟以上；3)坠落告警：出现自由落体运动并超过t3秒；4)运动姿态：非以上3种姿态即是运动姿态。并在检测到佩戴人员出现坠落或倒地异常状态时，立即通过无线通信方式上报警报信息。管理人员可通过后台监控系统看到报警提示，并及时组织救援。

所述智能安全帽还用于周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并在佩戴人员进入所述电子围栏的警戒区域时发出告警提示。

具体地，智能安全帽周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并根据检测到的信标id确定危险源类型特征，根据信号强度确定安全帽到信标的空间距离，若所述空间距离满足触发所述危险源类型特征对应的安全报警的条件，则触发告警模块进行相应的告警提示。

例如，当佩戴人员距离井口在xm以内，且井口部署有电子围栏信标，此时，智能安全帽会发出“嘀嘀！井口危险！”的语音提示，直到工人距离井口超过xm，语音提示消失。该功能可避免作业人员失足掉入机井等危险区域。

所述后台监控系统，用于在佩戴人员出入所述门禁设备时，根据所述天线接收到的rfid电子标签的先后顺序实现自动考勤；实时显示目前的出勤人员情况、电子围栏的分布情况；对佩戴人员的高度位置和运动姿态进行实时监测；当收到异常告警信息时，发出报警信息并通知管理人员；向所述智能安全帽下发撤退指令和其他安全相关指令。

具体地，智能安全帽可以将所采集的用于进行高度定位的数据、用于进行运动姿态检测的数据通过无线通信方式发送至后台监控系统，由后台监控系统对佩戴人员的高度位置和运动姿态进行实时监测。

除此之外，所述后台监控系统还用于在佩戴人员出入所述门禁设备时，根据所述天线接收到的rfid电子标签的先后顺序实现自动考勤；实时显示目前的出勤人员情况、电子围栏的分布情况，方便管理人员对工地进行管理；当收到智能安全帽发送的异常告警信息时，发出报警信息并通知管理人员；还可以向所述智能安全帽下发撤退指令和其他安全相关指令，以便于现场作业人员及时撤退或采取安全措施。

本发明实施例提供的智慧工地人员安全实时监测系统，通过设计智能安全帽，配合电子围栏、门禁设备和后台监控系统，解决了传统建筑工地的安全监控和管理困难，可有效减少建筑工地安全隐患，改善工地安全，提升管理效率。

本发明另一实施例，在上述各实施例的基础上，所述控制模块具体用于：

根据所述气压数据和基准气压对所述佩戴人员进行高度定位。

具体地，控制模块利用等温压高公式，根据气压传感器实时采集的气压数据和参考节点广播的基准气压计算所述佩戴人员距离地面的高度。

本发明另一实施例，在上述各实施例的基础上，所述后台监控系统具体用于：

根据所述气压数据和基准气压对所述佩戴人员进行高度定位；

其中，所述基准气压为工地一楼地面的零点气压。

具体地，所述后台监控系统也可以进行高度定位，利用等温压高公式，根据气压传感器实时采集的气压数据和基准气压计算所述佩戴人员距离地面的高度，其中，所述基准气压为工地一楼地面的零点气压。

本发明另一实施例，在上述实施例的基础上，所述控制模块具体用于：

若通过所述人体监测传感器监测到所述智能安全帽被佩戴，则保存当前时刻所述三轴加速度传感器的数据，记为初始加速度；

根据所述初始加速度和所述三轴加速度传感器实时采集的佩戴人员的加速度数据对所述佩戴人员进行运动姿态识别，并根据运动姿态识别结果进行异常报警。

具体地，由于在实用使用中，智能安全帽的佩戴不是绝对水平的，因此，为了提高运动姿态检测精度，本实施例中，若通过人体监测传感器监测到智能安全帽被佩戴，则保存当前时刻所述三轴加速度传感器的数据，记为初始加速度，根据所述初始加速度和所述三轴加速度传感器实时采集的佩戴人员的加速度数据对所述佩戴人员进行运动姿态识别，并根据运动姿态识别结果进行异常报警。

本发明另一实施例，在上述实施例的基础上，所述智能安全帽还包括述虹膜识别传感器，

所述虹膜识别传感器用于采集佩戴人员的虹膜数据，并将所述虹膜数据发送至所述控制模块，或者，将所述虹膜数据通过所述无线通信模块发送至后台监控系统；相应地，所述控制模块或后台监控系统根据所述虹膜数据对所述佩戴人员进行身份识别与自动考勤。

具体地，本实施例中智能安全帽增加了一个虹膜识别传感器，所述虹膜识别传感器用于采集佩戴人员的虹膜数据，以供控制模块或后台监控系统根据所采集的虹膜数据进行身份识别与自动考勤，可在开放式工地使用。相对于单纯根据所述天线接收到的rfid电子标签的先后顺序实现自动考勤的方案来说，能够弥补仅通过出入口实现考勤的缺陷，可有效地解决传统建筑工地考勤困难，准确计算一线作业人员的劳动时间。

基于上述实施例的内容，所述无线通信模块通过与其他外部的无线通讯模块进行组网，将所述智能安全帽的其他功能部件采集到的信息上传到后台监控系统，并接收所述后台实时监测系统下发的信息；

所述无线通信模块还用于：周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并将检测到的信标id和信号强度发送至控制模块；相应地，

所述控制模块根据所述信标id确定危险源类型特征，并通过信号强度确定安全帽到信标的空间距离，若所述空间距离满足触发安全报警的条件，则触发所述告警模块进行相应的语音提示。

具体地，智能安全帽具备无线收发功能，佩戴人员将智能安全帽上电后，无线通信模块通过与其他外部的无线通讯模块进行组网，将所述智能安全帽的其他功能部件采集到的信息实时上传到后台监控系统，并接收所述后台实时监测系统下发的信息。通过无线通信模块定期上报佩戴人员的运行状态、所处高度、是否进入危险区域，有异常发生时即刻上报异常状态。无线通信模块还支持中继转发。安全帽之间可相互转发，并按路由实现按需、低重复、低功耗转发。

无线通信模块除了具有上述功能以外，还用于：周期性地扫描所述电子围栏发出的无线信号，并将检测到的信标id和信号强度发送至控制模块；相应地，

所述控制模块根据所述信标id确定危险源类型特征，并通过信号强度确定安全帽到信标的空间距离，若所述空间距离满足触发安全报警的条件，则触发所述告警模块进行相应的语音提示。

本发明实施例实现了电子围栏警戒功能。

基于上述实施例的内容，所述无线通信模块还用于向所述后台监控系统上传扫描到的信标id，相应地，

所述后台监控系统根据所述无线通信模块上传的信标id，根据所述信标id对应的危险源的位置获得佩戴人员大致位置，基于一定时间段内的位置信息，获得所述佩戴人员的行动轨迹。

具体地，无线通信模块还用于向所述后台监控系统上传扫描到的信标id，所述后台监控系统根据所述无线通信模块上传的信标id，根据预先存储的所述信标id对应的危险源的位置，可以确定佩戴人员大致位置，基于一定时间段内的位置信息，后天监控系统可以获得所述佩戴人员的行动轨迹，从而实现对一线作业人员的实时监控和定位。

基于上述实施例的内容，所述电源模块具体包括：可充电电池、电源管理子模块和电量管理子模块；

其中，所述电源管理子模块对所述可充电电池进行充电管理，并对提供短路、过流和过压保护；

所述电量管理子模块对所述可充电电池的电量进行实时监测，当监测到电量过低时发送消息给控制模块以触发所述告警模块进行电量告警提示，并关闭所述无线通信模块的无线电信号扫描，降低所述无线通信模块的发射功率。

基于上述实施例的内容，所述告警模块具体包括：紧急呼叫按钮、语音提示模块和灯光提示模块。

具体地，智能安全帽上设置有紧急呼救按钮、语音提示模块和灯光提示模块，佩戴人员按下紧急呼救按钮并持续t秒以上，智能安全帽将以固定的频率循环发出紧急呼救的语音提示信号“紧急呼救”，同时伴随红色指示灯闪烁x次，并通过无线通信方式上报到系统主机。管理人员可在后台终端看到呼救信息，第一时间组织救援。佩戴人员再次单击呼救按键，则取消呼救。

智能安全帽如果接收到智慧工地后台系统下发的撤退指令，将以固定频率循环发出“请即刻撤离”语音提示，同步伴随红色指示灯闪烁x次，手动按下紧急呼救按钮后消除语音提示，并在t秒内通过无线通信方式上报撤退指令已确认的消息。支持全体撤退、按工作面为单位的撤退、工作面中指定班组人员撤退和单个人员撤退，有效解决现有建筑工地指令传递缓慢的问题。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。