基于GPS+北斗的智能安全帽系統

張勇，曾光，鄧奡，王宇，余述良

（1.國網安徽省電力有限公司金寨縣供電公司，安徽六安237300；2.中移（上海）信息通信科技有限公司，上海浦東201200）

隨著電網規模的不斷增大，安全監管人員已無法滿足諸多的工作現場需求。本文提出一種新型的智能安全帽系統，不僅保護操作人員安全，還具有實時監督與溝通等多種功能，可大大提升電力安全生產工作水平[1]。

1 基于GPS+北斗的智能安全帽系統概述

GPS是一種以人造地球衛星為基礎的高精度無線電導航定位系統。北斗作為我國自主研發的衛星導航定位系統，功能也非常強大。本文提出的智能安全帽系統即基于這兩種定位系統設計的，可為使用者提供更為精準的定位服務，提高工作指導精度，提升安全生產管理工作的效率與水平[2]。

2 基于GPS+北斗的智能安全帽系統功能

智能安全帽系統具有如下功能：視頻拍錄、視頻遠程回傳、位置信息回傳、人體體征檢測、智能語音宣貫、電子圍欄報警管理、藍牙beacon接近報警、SOS一鍵報警、語音對講通信、人員登高管理、智能三維現場安全行為檢測。

2.1 視頻拍錄功能

智能安全帽可在不影響作業人員正常工作的情況下對作業現場進行拍錄，實時采集現場音視頻圖像數據，同步記錄作業現場。同時現場采集的音視頻、圖像數據可通過Wi-Fi/5G實時回傳至后臺管理中心，如圖1所示。管理中心收到智能安全帽回傳的視頻后，從視頻中快速定位現場關鍵信息，并通過調度臺系統進行一對一或一對多通信方式快速指導。在處置突發事件過程中，可把重要監控圖像推送至相關領導和處置人員的智能手機，方便各級領導和相關人員及時了解現場情況。

圖1 視頻拍錄功能應用

通過無線網絡，指揮中心可直接、形象地了解到現場情況，使處于不同地理位置的有關人員通過該系統，共享實時視頻資料，匯總各方面管理人員的意見，做出正確的判斷決策。

2.2 視頻遠程回傳功能

實時遠程回傳：智能安全帽本地拍錄的音視頻數據可通過Wi-Fi/5G實時回傳至后臺管理中心。

本地存儲聯網續傳：若現場網絡情況較差，移動人員利用智能安全帽拍錄的現場音視頻圖像可存儲在安全帽本地。待網絡條件恢復后，可自動通過Wi-Fi/5G回傳至后臺管理中心。

2.3 位置信息回傳功能

智能安全帽具備GPS+北斗芯片、高度定位芯片、藍牙芯片，可實現移動人員水平+高度位置信息的實時回傳。

2.4 人體體征檢測功能

智能安全帽具備人體體征檢測芯片，可實時檢測佩戴人員當前的腦電波數據，并回傳至指揮中心。因為人體實時生命體征數據可反映出人員當前的身體健康程度。監管人員可通過作業人員當前腦電波數據，來判斷人員生命體征是否異常，并進行應急處置，以免發生突發事件。系統接收前端智能安全帽采集的人員生命體征數據，如腦電波數據，并根據這些數據分析當前作業人員的疲勞度，判斷人員當前的狀態，如清醒狀態、疲勞狀態、睡眠狀態等，若監測發現人員體征狀態異常，系統自動告警，并發送報警信息至相關人員。

2.5 智能語音宣貫功能

智能安全帽可實現語音自動播報功能。

安全帽開機播報：智能安全帽可以自動播報工作須知、工作安排、安全事項等內容。當無網絡時，可本地播放預存的語音文件。

系統信息下發語音播報：系統可隨時下發臨時任務或緊急指令，現場智能安全帽可自動接收并通過語音進行播報。作業人員可通過智能安全帽與后臺管理中心進行語音通信，將現場實際情況實時匯報至指揮中心。

電子圍欄觸發播報：系統預先在地圖上繪制電子圍欄，配備智能安全帽的作業人員進入該區域時，系統自動發送預警指令，提醒作業人員安全作業。同時系統還可設置將報警信息自動發送至相關管理人員，協助管理人員進行安全管理。

2.6 電子圍欄報警管理功能

系統支持在電子地圖上繪制電子圍欄，依據人員位置信息，實現人員進入報警功能。同時，系統還可與前端智能終端（如智能安全帽）實現報警聯動。若佩戴智能安全帽的前端作業人員進入電子圍欄，安全帽立即告警，并播放語音文件。該功能的應用可提醒作業人員安全作業，協助管理者智能管理作業人員，如圖2所示。

圖2 電子圍欄報警管理功能應用效果

前端作業人員觸發電子圍欄，系統將自動生成報警記錄，報警記錄包括告警時間、告警區域、告警人員。指揮中心人員可在系統上對各終端用戶的報警記錄進行綜合查詢。

2.7 藍牙beacon接近報警功能

在室內區域或GPS/北斗信號較弱的環境下，可在各危險區域部署藍牙beacon設備，佩戴智能安全帽的作業人員靠近該危險區域時，自動觸發報警，安全帽自動進行語音播報，提醒相關人員安全作業或盡快遠離該區域。同時系統可自動將報警信息發送給管理人員，從源頭杜絕安全事故的發生。

藍牙beacon信標觸發播報。佩戴智能安全帽的現場人員接近藍牙beacon信標時，安全帽可自動播報語音文件。安全帽播報內容可由后臺自定義設置。

2.8 SOS一鍵報警功能

智能安全帽具備SOS一鍵報警功能。佩戴智能安全帽的前端作業人員遇到緊急突發問題時可直接按下SOS鍵，管理中心可快速獲取現場報警信息，也可與現場進行音視頻通信，第一時間掌握前方實際情況，并對其進行緊急救援。

2.9 語音對講通信功能

作業人員通過智能安全帽與管理中心人員實時語音通訊，包括語音通話和組內對講，管理中心可以直接了解施工作業現場情況，同時指揮中心調度臺可分別對系統中各終端的語音通話和組內對講統一調度，統一管控。系統支持如下幾項語音通話功能：

單呼。各移動手持終端之間、移動手持終端/智能安全帽與調度臺之間都可進行語音通話。與手機通話功能相同，采用全雙工模式。（a）調度臺發起呼叫：調度臺點擊選擇一個用戶，點擊語音通話按鈕，系統會自動撥通該用戶來發起語音會話。（b）終端發起呼叫：智能終端設備如智能安全帽、移動手持終端等，可主動呼叫調度臺。移動手持終端用戶之間可互相呼叫。

調度臺一對多語音呼叫。調度臺支持同時與多個用戶進行一對多語音通話，調度臺與每一個用戶的語音通話均獨立進行。操作方式為同時選中多個用戶，選中語音通話按鈕，系統自動撥通各用戶。

增加通話路數。調度臺在與用戶進行一對一或一對多語音通話的同時，可隨時撥打其他用戶，并與其進行語音通話。原有通話不受影響。

掛斷當前對話。調度臺和各終端用戶均支持掛斷當前語音通話。同時，調度臺同時與多個用戶進行一對多語音通話時，任意通話雙方均可任掛掉當前語音通話，調度臺與其他用戶正在進行的語音通話不受影響。

錄音。系統具備語音通話錄音功能，可通過后臺進行設置。通過錄音服務器對各終端之間的語音通話進行錄音操作，錄音文件保存到服務器上。

2.10 人員登高管理功能

部分工種如鐵塔維護人員等，在日常檢修作業中，須進行攀登作業，危險系數較高。通過測量現場人員距水平地面的實際高度，管理人員可查看當前各個施工小組的登高作業人員數量，并對登高人員實施重點監督管控。步驟如下：佩戴智能安全帽的登高作業人員到達鐵塔作業地點，將登高伴侶放置于鐵塔下；登高伴侶開機后，會自動搜索半徑30 m范圍內的智能安全帽并配對，若現場有多個鐵塔，智能安全帽移動位置后，可自動與就近鐵塔的登高伴侶重新配對；登高伴侶和安全帽的高度信息通過網絡回傳至指揮中心。系統平臺以登高伴侶的高度作為登高基準點，自動計算智能安全帽距離水平地面（塔底）的實際高度。

2.11 智能三維現場安全行為檢測功能

圖3 人員登高管理功能應用效果

方式一：采用藍牙信標的方式，在智能安全帽內置藍牙模塊，絕緣手套、絕緣靴（鞋）、驗電器、腳扣上部署藍牙標簽。智能安全帽與其他4件裝備通過藍牙通信協議進行無線感知及數據傳輸，當缺少裝備時，發出報警，智能安全帽將信息回傳至系統平臺。其優點是傳輸距離遠，覆蓋范圍廣。

方式二：采用RFID的方式，在智能安全帽內置RFID模塊，絕緣手套、絕緣靴（鞋）、驗電器、腳扣上部署RFID標簽。智能安全帽與其他4件裝備通過射頻識別技術進行無線感知及數據傳輸，當缺少裝備時，發出報警，智能安全帽將信息回傳至系統平臺。其優點是RFID為無源芯片，不用考慮供電等問題。

3 結束語

智能安全帽在保持傳統安全帽的防護功能同時，增加了定位功能、呼叫功能、視頻功能等，達到實時監控、實時求助、實時解決問題的效果。動態跟蹤生產現場實時信息，對違規行為及時糾正，規范操作人員的工作習慣，提升安全生產工作水平[3]。