本發(fā)明涉及一種三軸加速度傳感器的高空墜落報(bào)警檢測(cè)方法，屬于人員安全、信息通信控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)公路、橋梁、港口、碼頭、航道、鐵路、隧道、市政等基礎(chǔ)設(shè)施的勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理、港口和航道的疏浚，海洋重型裝備與港口機(jī)械、筑路機(jī)械的制造開(kāi)發(fā)愈來(lái)愈多，同時(shí)，人員在施工時(shí)也越來(lái)越處在高空工作，因此人員安全是必須要考慮的因素。

目前，我國(guó)已成為世界上隧道最多、最復(fù)雜、發(fā)展最快的國(guó)家之一。由于新建交通所跨越地區(qū)的地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，修建隧道的長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)，埋深也越來(lái)越大，洞徑截面也越來(lái)越大，對(duì)施工技術(shù)的要求越來(lái)越高，這種“長(zhǎng)、大、高、難”的發(fā)展趨向與特點(diǎn)必然帶來(lái)隧道施工中的極大風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于安全施工、安全監(jiān)控、安全管理就提出了更高的要求。假如人員從高空不慎墜落，首先是本身直接造成人體傷害，其次是如果不能得到及時(shí)的救助，可能會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的后果。因此，如何預(yù)知高空墜落并最大限度地減少摔傷程度，往往是公司領(lǐng)導(dǎo)、員工家屬最為關(guān)心的問(wèn)題，能夠隨時(shí)檢測(cè)高空墜落事件的發(fā)生，讓人員能夠及時(shí)獲得救治就顯得極為重要，這引起了高空墜落檢測(cè)系統(tǒng)研制的重視，它能夠有效檢測(cè)施工人員是否發(fā)生意外并及時(shí)報(bào)警，保護(hù)了工作人員的健康與安全。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種基于三軸加速度的高空墜落報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)，主要適用于施工人員在達(dá)到一定高度的工作環(huán)境中，確保工作人員的人身安全，方便工程施工隊(duì)的管理，提高工作生產(chǎn)效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)容包括以下兩個(gè)部分：

一、高空墜落報(bào)警算法流程

當(dāng)施工人員處于自由落體時(shí)加速度計(jì)輸出的三軸合加速度理論值應(yīng)為0，靜止?fàn)顟B(tài)輸出合加速度為1g。設(shè)定從高于h1米處墜落就屬于高空墜落范疇，也就是高于h1米漏報(bào)率必須為0，同時(shí)為了防止發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象，設(shè)定低于h2米，誤報(bào)率也必須為0。

高空墜落報(bào)警檢測(cè)方法具體步驟如下：

步驟1：采集三軸加速度傳感器的信息，并保存采樣值。

步驟2：判斷每個(gè)采樣值是否小于閾值g1，如果小于閾值g1，則判為處于失重狀態(tài)；否則繼續(xù)判斷采樣值。

步驟3：判斷小于閾值g1的采樣值是否是連續(xù)的且個(gè)數(shù)能否達(dá)到滑動(dòng)窗大小num。如果不滿(mǎn)足滑動(dòng)窗大小，說(shuō)明人員高度沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值h1，返回步驟2，即判為不屬于高空墜落范疇：若滿(mǎn)足上述條件，則求滑動(dòng)窗中采樣值的平均值avg。

步驟4：判斷滑動(dòng)窗中的平均值avg是否小于閾值g2，如果小于閾值g2則判為高空墜落，產(chǎn)生報(bào)警指示。如果不滿(mǎn)足，則跳轉(zhuǎn)步驟2繼續(xù)監(jiān)測(cè)。

二、高空墜落報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)

所述的高空墜落報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)，由三軸加速度傳感器、嵌入式單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)通信模塊、電源模塊組成。利用三軸加速度傳感器采集人體三維加速度值，采集信息傳到中央處理器(單片機(jī))進(jìn)行分析，當(dāng)檢測(cè)到墜落現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信模塊將報(bào)警指示發(fā)送到服務(wù)器。電源模塊主要是為其他模塊提供能量支持。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明經(jīng)過(guò)兩次閾值判斷能夠大大提高報(bào)警率。系統(tǒng)應(yīng)用靈活，能夠按照使用方的具體要求而設(shè)計(jì)，這樣就可以確保高空作業(yè)人員的人身安全，方便工程施工隊(duì)的管理，提高工作生產(chǎn)效率。

附圖說(shuō)明

圖1是高空墜落報(bào)警算法流程圖

圖2是高空墜落報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)框圖

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

在隧道施工環(huán)境下進(jìn)行使用，設(shè)定從高于1.8米處墜落就屬于高空墜落，也就是高于h1＝1.8米漏報(bào)率必須為0，報(bào)警率為100％；同時(shí)為了防止發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象，設(shè)定低于h2＝1.3米，誤報(bào)率也必須為0。

芯片采樣頻率20Hz(0.05s采樣一次數(shù)據(jù))，滑動(dòng)窗大小num＝11，11個(gè)采樣數(shù)據(jù)所用時(shí)間是：t＝0.05×11＝0.55s，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)公式

所以要想產(chǎn)生高空墜落報(bào)警指示高度必須大于1.5米。

具體工作原理：

(1)采集三軸加速度信息。

(2)若采樣合加速度值小于閾值g1＝0.6g，即判為失重狀態(tài)，保存采樣值。

(3)判斷小于閾值g1＝0.6g的采樣值是否是連續(xù)的且個(gè)數(shù)是否達(dá)到滑動(dòng)窗大小num＝11個(gè)，若是求滑動(dòng)窗中11個(gè)采樣值的平均值avg。

(4)判斷滑動(dòng)窗中采樣值的平均值avg是否小于設(shè)定的閾值g2＝0.4g，若小于則系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警指示。如果不滿(mǎn)足上述條件，則不屬于高空墜落情況。

實(shí)施例2：

在隧道施工環(huán)境下進(jìn)行使用，設(shè)定從高于2米處墜落屬于高空墜落，這時(shí)高度h₁＝2.0米，h₂＝1.6米。依據(jù)h₁＝2.0米，設(shè)定滑動(dòng)窗大小num＝12，滑動(dòng)窗大小num的設(shè)定是依據(jù)使用方要求h₁的高度而計(jì)算出的。

具體工作原理：

(1)采集三軸加速度信息。

(2)若采樣合加速度值小于閾值g1＝0.55g，即判為失重狀態(tài)，保存采樣值。

(3)判斷小于閾值g1＝0.55g的采樣值是否是連續(xù)的且個(gè)數(shù)是否達(dá)到滑動(dòng)窗大小num＝12個(gè)，若是求滑動(dòng)窗中12個(gè)采樣值的平均值avg。

(4)判斷滑動(dòng)窗中采樣值的平均值avg是否小于設(shè)定的閾值g2＝0.4g，若小于則系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警指示，否則為非高空墜落。