本發(fā)明涉及多傳感器融合監(jiān)控領(lǐng)域，具體地講，涉及一種安全帽安全監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

在有安全隱患的場所，為了安全防護，要求在場人員都需要佩戴安全帽。現(xiàn)有的安全帽的研究主要分為兩類：一類是通過材料和外型設(shè)計，完善安全帽的防護特性；另一類通過借助攝像頭、藍(lán)牙等電子產(chǎn)品的輔助，提供對生產(chǎn)現(xiàn)場的監(jiān)管、控制以及危險狀況下的通信。這兩類研究在本質(zhì)上提供了安全帽的安全防護作用，但是卻忽略了安全帽使用不當(dāng)造成的人員傷亡問題。通過大量事故的統(tǒng)計得到，事故發(fā)生的直接原因88％是由于人的不安全行為導(dǎo)致。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種安全帽安全監(jiān)控方法，用于檢測和監(jiān)控安全帽是否正確佩戴。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)發(fā)明目的：

一種安全帽安全監(jiān)控方法，包括嵌入式信息融合處理單元，其特征在于，所述嵌入式信息融合處理單元分別連接射頻鑒權(quán)單元、生物感知單元、彈性位移單元、三維姿態(tài)單元、移動互聯(lián)單元和主動報警單元,所述嵌入式信息融合處理單元包括數(shù)據(jù)接口模塊、信息解析模塊、信息計算模塊、語音模塊和存儲模塊，包括如下步驟：

(1)射頻鑒權(quán)單元獨立工作，啟動后主動采集使用者信息，判斷是否是合法的使用者，如果是，則進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，如判斷為上班狀態(tài)，則開啟整個裝置，通知移動互聯(lián)單元并進(jìn)入工作狀態(tài)，否則裝置處于待機狀態(tài)；如在判斷為下班狀態(tài)，則記錄工作時間，完成數(shù)據(jù)存儲備份，并發(fā)送給移動互聯(lián)單元，然后整個裝置進(jìn)入待機狀態(tài)；

(2)數(shù)據(jù)接口模塊在裝置進(jìn)入工作狀態(tài)后，開始實時采集各個單元的傳感器信息；

(3)信息解析模塊對傳遞來的各種不同類型的接口信息進(jìn)行解析處理，歸一轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一格式的判別變量，并針對不同模塊的在固定時間內(nèi)，統(tǒng)計多次測量的結(jié)果并取其平均值，并將結(jié)果傳遞給信息計算模塊；

(4)信息計算模塊收到歸一化判別變量后，先進(jìn)行閾值范圍判決，然后進(jìn)行多維感知算法計算，判斷安全帽是否正確佩戴；

(5)一旦判斷安全帽沒有正確佩戴，安全帽中的語音模塊就會發(fā)出聲光動作，提示佩戴人員要修正安全帽佩戴動作；同時嵌入式信息融合單元將記錄信息，在超過報警閾值后進(jìn)而將信息給移動互聯(lián)單元，移動互聯(lián)單元再傳遞報警信息給遠(yuǎn)程控制中心；

(6)主動報警單元獨立工作，在緊急狀況下或者佩戴者判斷為需要上報告警的其他場合，由佩戴者主動觸發(fā)，嵌入式信息融合單元觸發(fā)定制信息上送，此優(yōu)先級設(shè)置為最高。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述生物感知單元包括1個熱釋電紅外傳感器和2個紅外測距傳感器，所述熱釋電傳感器位于帽頂內(nèi)部前側(cè)，2個所述紅外測距傳感器位于帽檐兩側(cè)。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述彈性位移單元包括1個薄膜壓力傳感器和3個高精度電阻式應(yīng)變片，所述薄膜壓力傳感器位于帽子的下顎帶處，3個所述高精度電阻式應(yīng)變片分布再安全帽冒箍處。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述三位姿態(tài)單元包括三軸傳感器，所述三軸傳感器位于安全帽帽內(nèi)頂部。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(2)的具體步驟為：先判斷是否接收到了生物感知單元的信息，并進(jìn)一步判斷信息內(nèi)容，如檢測到使用者已經(jīng)佩戴安全帽，則開始定時采樣生物感知模塊中的紅外測距信息，彈性位移模塊中的壓力傳感器信息以及三維姿態(tài)模塊的角速度和加速度信息。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述嵌入式信息融合處理單元采用控制處理芯片MSP430,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳5連接所述主動報警單元,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳13、引腳14和引腳15連接所述生物感知單元,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳13連接三極管Q1的集電極，所述三極管Q1的集電極還通過電阻R5連接電源，所述三極管Q1的發(fā)射極接地，所述三極管Q1的基極通過電阻R3連接其中一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳14連接三極管Q2的集電極，所述三極管Q2的集電極還通過電阻R7連接電源，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的基極通過電阻R6連接另一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳15連接所述熱釋電紅外傳感器；所述嵌入式信息融合處理單元的引腳33、引腳34、引腳35和與引腳44分別連接所述薄膜壓力傳感器和3個所述高精度電阻式應(yīng)變片，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳36、引腳37和引腳38連接所述射頻鑒權(quán)單元，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳39、引腳40、引腳41、引腳42和引腳43分別連接所述三軸傳感器的引腳6、引腳7、引腳12、引腳23和引腳24，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳58、引腳59和引腳60連接所述移動互聯(lián)單元。

作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(4)的多維感知算法計算步驟為：a)首先兩個紅外測距傳感器對安全帽進(jìn)行多次測試，利用公式，和其中x_i為每次的測量值，d_i為測量值與平均值的偏差n為觀測次數(shù)，每個紅外測距傳感器的測量次數(shù)為n/2次，計算平均值和平均誤差，可以得到兩個紅外測傳感器的測距平均值和平均誤差δ_r；彈性位移模塊中的兩類壓力傳感器平均值和平均誤差δ_b1、δ_b2，兩類壓力傳感器平均值和平均誤差的計算公式與紅外測距傳感器的計算公式雷同，根據(jù)兩類壓力傳感器的不同加權(quán)值根據(jù)公式和計算出彈性位移模塊的平均值和平均誤差δ_b；三維姿態(tài)模塊的X、Y、Z三個方向角速度的平均值和平均誤差δ_ωx、δ_ωy、δ_ωz，同時根據(jù)X、Y、Z三個方向不同的加權(quán)值根據(jù)公式：和可最終得到三維姿態(tài)模塊的平均值和平均誤差δ_ω；b)各個模塊通過測量值計算出平均誤差，根據(jù)平均誤差是否在各個模塊事先確定的誤差范圍中來判定安全帽是否正確佩戴，如果在誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為正確，進(jìn)入c)步進(jìn)行下一步的計算，否則認(rèn)為沒有正確佩戴安全帽，c)當(dāng)上述計算得到各個模塊的平均誤差都在各自的誤差范圍內(nèi)時，根據(jù)紅外測距模塊的權(quán)重值彈性位移模塊的權(quán)重值和三維姿態(tài)模塊權(quán)重值從而計算出最終判斷安全帽的狀態(tài)平均值和平均誤差通過整體分析計算安全帽的整體狀態(tài)平均值和整體平均誤差，判定安全帽是否正確佩戴，如果整體平均誤差超出事先設(shè)定的整體平均誤差，則同樣判定沒有正確佩戴安全帽。

現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：本發(fā)明采用多傳感器融合技術(shù)，獲得生物感知、壓力、位移、三維加速度等信息，通過嵌入式信息融合處理單元進(jìn)行信息接收、分析、計算、處理，迅速判定員工佩戴安全帽的行為是否正確。本發(fā)明具有報警設(shè)備，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動和手動報警功能，應(yīng)對突發(fā)事件有巨大作用。本發(fā)明規(guī)范人員使用安全帽的行為，降低了由于佩戴不當(dāng)引發(fā)的安全事故，在安全領(lǐng)域有廣闊的市場前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實施例安全帽的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實施例安全帽的帽檐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實施例安全帽的下頜帶結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明優(yōu)選實施例安全帽各個模塊間的連接框圖；

圖5為本發(fā)明的方法流程圖。

圖6為射頻鑒權(quán)單元電路圖。

圖7(1)(2)(3)為生物感知單元電路圖。

圖8(1)(2)(3)(4)為彈性位移單元電路圖。

圖9三維姿態(tài)單元電路圖。

圖10主動報警單元電路圖。

圖11移動互聯(lián)單元電路圖。

圖12嵌入式信息融合處理單元電路圖。

其中，101、射頻鑒權(quán)單元，102、生物感知單元，103、彈性位移單元，104三維姿態(tài)單元，105、主動報警單元，106、移動互聯(lián)單元，107、嵌入式信息融合處理單元；對嵌入式信息融合單元，其內(nèi)部又可分為：201、數(shù)據(jù)接口模塊，202、信息解析模塊，203、信息計算模塊，204、存儲模塊，205、語音模塊。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一個具體實施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

如圖1-圖12所示，本發(fā)明包括嵌入式信息融合處理單元107，所述嵌入式信息融合處理單元分別連接生物感知單元102、彈性位移單元103、三維姿態(tài)單元104和主動報警單元105。

所述嵌入式信息融合處理單元107還連接射頻鑒權(quán)單元101。

所述嵌入式信息融合處理單元107還連接移動互聯(lián)單元106。

所述嵌入式信息融合處理單元107包括數(shù)據(jù)接口模塊、信息解析模塊、信息計算模塊、語音模塊和存儲模塊。

所述射頻鑒權(quán)單元101由RFID及附屬電路構(gòu)成，用于佩戴人員的身份鑒權(quán)，在獲取基本信息的同時，并根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)信息和時間信息判定，啟動整個裝置進(jìn)入工作狀態(tài)或者待機狀態(tài)。

所述生物感知單元102由1個熱釋電紅外傳感器和2個紅外測距傳感器及其附屬電路構(gòu)成，其中置于帽頂內(nèi)部前側(cè)的熱釋電紅外傳感器用于判定是否存在佩戴者，置于帽檐兩側(cè)的2個紅外測距傳感器測量安全帽到佩戴者雙耳的距離。

所述彈性位移單元103分別由1個薄膜壓力傳感器和3個BF350高精度電阻式應(yīng)變片及附屬電路構(gòu)成，其中薄膜壓力傳感器置于下顎帶處，檢測下顎帶處壓力，BF350高精度電阻式應(yīng)變片置于安全帽帽箍處，測量安全帽佩戴者的頭部壓力信息。所述的三維姿態(tài)單元104由MPU6050三軸傳感器及其附屬電路構(gòu)成，置于安全帽帽內(nèi)頂部，完成對安全帽動態(tài)角速度和加速度信息的測量，并獲取實時數(shù)據(jù)。

所述主動報警單元105由按鍵及接口電路組成，位于安全帽的帽舌上方，用于緊急情況下佩戴者主動發(fā)起的報警功能，為防止誤觸發(fā)，結(jié)構(gòu)上采用反扣按鍵。

所述移動互聯(lián)單元106由GPRS模塊SIM900及其附屬電路構(gòu)成，位于安全帽帽舌上方，用于信息交互傳遞，包括傳送鑒權(quán)考勤信息、安全帽是否正確佩戴信息給監(jiān)控中心，同時可將主動報警模塊觸發(fā)的定制信息傳遞給上層監(jiān)控中心。

所述的嵌入式信息融合單元107由控制處理芯片MSP430以及相應(yīng)的電路構(gòu)成，位于安全帽帽舌上方，其中數(shù)據(jù)接口模塊用于獲取實時傳感器信息；信息解析模塊完成對實時感知數(shù)據(jù)的采樣結(jié)構(gòu)分析；信息計算模塊對解析后的信息按照算法規(guī)則進(jìn)行計算分析，從而判定是否正確佩戴安全帽；語音模塊對沒有正確佩戴的人員進(jìn)行語音提示，并根據(jù)系統(tǒng)配置可選擇性上報信息；存儲模塊記錄佩戴者的基本信息、定時傳感器信息以及操作信息。

所述嵌入式信息融合處理單元107采用控制處理芯片MSP430,所述嵌入式信息融合處理單元的引腳5連接所述主動報警單元105,所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳13、引腳14和引腳15連接所述生物感知單元102,所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳13連接三極管Q1的集電極，所述三極管Q1的集電極還通過電阻R5連接電源，所述三極管Q1的發(fā)射極接地，所述三極管Q1的基極通過電阻R3連接其中一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元的引腳14連接三極管Q2的集電極，所述三極管Q2的集電極還通過電阻R7連接電源，所述三極管Q2的發(fā)射極接地，所述三極管Q2的基極通過電阻R6連接另一個所述紅外測距傳感器，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳15連接所述熱釋電紅外傳感器；所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳33、引腳34、引腳35和與引腳44分別連接所述薄膜壓力傳感器和3個所述高精度電阻式應(yīng)變片，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳36、引腳37和引腳38連接所述射頻鑒權(quán)單元101，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳39、引腳40、引腳41、引腳42和引腳43分別連接所述三軸傳感器的引腳6、引腳7、引腳12、引腳23和引腳24，所述嵌入式信息融合處理單元107的引腳58、引腳59和引腳60連接所述移動互聯(lián)單元106。

判定安全帽是否正確佩戴的方法如圖5所示，包括以下步驟：

步驟1：射頻鑒權(quán)單元101獨立工作，啟動后主動采集使用者信息，判斷是否為合法的使用者，如果是合法的使用者，則根據(jù)系統(tǒng)信息、刷卡次數(shù)和時間數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)判斷，如判斷為上班狀態(tài)，則開啟整個裝置，通知移動互聯(lián)單元106并進(jìn)入工作狀態(tài)，否則裝置處于待機狀態(tài)；如果判斷為下班狀態(tài)，則記錄工作時間，完成數(shù)據(jù)存儲備份，并發(fā)送給移動互聯(lián)單元106，然后整個裝置進(jìn)入待機狀態(tài)。

步驟2：數(shù)據(jù)接口模塊在裝置進(jìn)入工作狀態(tài)后，開始實時采集各接口傳感器信息，具體地，先判斷是否接收到了生物感知單元102的信息，并進(jìn)一步判斷信息內(nèi)容，如檢測到使用者已經(jīng)佩戴安全帽，則開始定時采樣生物感知單元102中的紅外測距信息，彈性位移單元103中的壓力傳感器信息以及三維姿態(tài)單元104的角速度和加速度信息。

步驟3：信息解析模塊對傳遞來的各種不同類型的接口信息進(jìn)行解析處理，歸一轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一格式的判別變量，并針對不同模塊的在固定時間內(nèi)，統(tǒng)計多次測量的結(jié)果并取其平均值，并將結(jié)果傳遞給信息計算模塊。

步驟4：信息計算模塊收到歸一化判別變量后，進(jìn)行多維感知算法計算：a)首先兩個紅外測距傳感器對安全帽進(jìn)行多次測試，利用公式，和其中x_i為每次的測量值，d_i為測量值與平均值的偏差n為觀測次數(shù)，每個紅外測距傳感器的測量次數(shù)為n/2次，計算平均值和平均誤差，可以得到兩個紅外測傳感器的測距平均值和平均誤差δ_r；彈性位移模塊中的兩類壓力傳感器平均值和平均誤差δ_b1、δ_b2，兩類壓力傳感器平均值平均值和平均誤差的計算公式與紅外測距傳感器的計算公式雷同，根據(jù)兩類壓力傳感器的不同加權(quán)值根據(jù)公式和計算出彈性位移模塊的平均值和平均誤差δ_b；三維姿態(tài)模塊的X、Y、Z三個方向角速度的平均值和平均誤差δ_ωx、δ_ωy、δ_ωz，同時根據(jù)X、Y、Z三個方向不同的加權(quán)值根據(jù)公式：和可最終得到三維姿態(tài)模塊的平均值和平均誤差δ_ω；b)各個模塊通過測量值計算出平均誤差，根據(jù)平均誤差是否在各個模塊事先確定的誤差范圍中來判定安全帽是否正確佩戴，如果在誤差范圍內(nèi)，則認(rèn)為正確，進(jìn)入c)步進(jìn)行下一步的計算，否則認(rèn)為沒有正確佩戴安全帽，c)當(dāng)上述計算得到各個模塊的平均誤差都在各自的誤差范圍內(nèi)時，根據(jù)紅外測距模塊的權(quán)重值彈性位移模塊的權(quán)重值和三維姿態(tài)模塊權(quán)重值從而計算出最終判斷安全帽的狀態(tài)平均值和平均誤差通過整體分析計算安全帽的整體狀態(tài)平均值和整體平均誤差，判定安全帽是否正確佩戴，如果整體平均誤差超出事先設(shè)定的整體平均誤差，則同樣判定沒有正確佩戴安全帽。

步驟5：一旦判斷安全帽沒有正確佩戴，安全帽中的語音模塊就會發(fā)出聲光動作，提示佩戴人員要修正安全帽佩戴動作；同時嵌入式信息融合單元107將記錄信息，在超過報警閾值后進(jìn)而將信息給移動互聯(lián)單元106，移動互聯(lián)單元106再傳遞報警信息給遠(yuǎn)程控制中心。

步驟6：主動報警單元105獨立工作，在緊急狀況下或者佩戴者判斷為需要上報告警的其他場合，由佩戴者主動觸發(fā)，嵌入式信息融合單元107觸發(fā)定制信息上送，此優(yōu)先級設(shè)置為最高。

上述部分為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。凡是依據(jù)本發(fā)明內(nèi)容所做的等效變化與修飾，都應(yīng)屬于本發(fā)明的內(nèi)容。