電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽及數據采集方法
【專利摘要】本發明屬于作業安全裝備與作業質量監管裝置【技術領域】，是電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽及數據采集方法，包括帽本體、攝像機、激光標示器、照明燈、環境光傳感器、麥克風、耳機、微控制器和電源，攝像機固定在帽本體的一側，用以采集作業的視場影像，激光標示器固定在攝像機的上方，用以通過矩形激光標示攝像機的視場范圍；照明燈固定在帽本體的前部，環境光傳感器固定在帽本體的前部，麥克風和耳機為一體式結構，固定在帽本體的另一側，微控制器固定在帽本體的后部，包括微控制器以及與微控制器集成的擴展存儲器、衛星定位器和接口，電源固定在所述帽本體的后部。本發明結構簡單，可以有效消除作業監護人的關鍵信息缺失。
【專利說明】電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽及數據采集方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于作業安全裝備與作業質量監管裝置【技術領域】，涉及一種安全帽，具體 的說是電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽及數據采集方法。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，現場標準化作業的核心三要素是安全、質量及效率，有效的監管手段及 機制，是三要素"落地"的根本保障。近年來，電力、煤礦等典型行業大力推行現場標準化作 業，并積極引用現代科技輔助手段，對改善安全生產狀況起到了一定的效果，但限于智能輔 助手段體系欠充分，導致作業現場三要素管控機制一直沒能有效健全，嚴重制約了企業的 可持續發展。
[0003] 目前，應用智能裝備技術手段推進現場標準化作業監管，供電企業生產現場管理 方法具有典型的代表性。其方法要點是，依據《GB26859-2011電力安全工作規程（電力線 路部分）》的工作監護制要求，設置現場監護人若干名，每位現場施工人員均在監護人監管 下工作。現場監護人可手持專用PDA，采集現場信息，發布指令，實時監管現場施工的安全、 質量及效率。
[0004] 檢索發現，申請號為201220415314. 4的中國專利申請公開了《信息化自動攝像安 全帽及應用其的智能施工管理系統》，本實用新型公開了一種信息化自動攝像安全帽，包括 安全帽本體，其帽沿上箍設有安裝支架，安裝支架的前部設有內裝有無線信號發射電路的 控制盒、與控制盒電聯接的攝像頭和可外接數據存儲器的數據儲存模塊，安全帽本體的前 部設有可拆裝的主照明燈，控制盒和主照明燈上均設有電源接口。本實用新型還公開了應 用了上述安全帽的智能施工管理系統。本實用新型的安全帽利用攝像頭進行拍攝錄像，控 制盒將之處理成無線信號發射出去，與外界實時通信，并且儲存數據。本實用新型的管理系 統可與信息化自動攝像安全帽配套使用。本實用新型可廣泛應用于現場工程中，提高監理 質量。
[0005] 以上現有專利和現有供電企業的生產現場管理主要存在如下關鍵問題：
[0006] ⑴護人員對關鍵信息的采集缺失。絕大多數情況下，施工人員面對作業對象，監護 人處于施工人員的背后且有一定距離，導致監護人難以直接、全面觀察到施工人員面對的 關鍵作業點，監管實效大打折扣。
[0007] ⑵監護人與施工人員語音交互不暢。施工人員常處于高空作業，傳統便攜對講系 統，施工人員作業過程中，難以再騰出手進行操作，及時語音交互極為不便。
[0008] ⑶施工人員個人防護欠缺。現行工作方法中，只有監護人可配備高精度衛星定位 器，配合電力設備GIS (Geographic Information System,地理信息系統），實現高危區域進 入告警。而施工人員均沒有配備，導致施工人員在進入高危作業區域工作時，沒有得到預先 告警，存在重大安全隱患。
【發明內容】
[0009] 本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供電力可穿戴智能裝備 中的一種智能安全帽及數據采集方法，可以實現激光標示成像角與攝像機視場角的智能同 步，實現攝制圖像的所得即所見，可有效消除監護人信息缺失。
[0010] 本發明解決以上技術問題的技術方案是：
[0011] 電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，包括帽本體、攝像機、激光標示器、照 明燈、環境光傳感器、麥克風、耳機、微控制器和電源，攝像機固定在帽本體的一側，用以采 集作業的視場影像；激光標示器平行固定在攝像機的附近，用以通過矩形激光標示攝像機 的視場范圍；麥克風和耳機固定在帽本體的另一側，用以拾音和放音；照明燈固定在帽本 體的前部，用以為攝像機視場提供輔助照明；環境光傳感器固定在帽本體的前部，并通過微 控制器與照明燈的開關連接，用以自動控制輔助照明燈的開啟和關閉；微控制器固定在帽 本體的后部，其具有集成的擴展存儲器、衛星定位器和接口，用以智能管理攝像機、激光標 示器、麥克風和耳機以及作業人員的現場地理位置信息；電源固定在所述帽本體的后部，用 以為攝像機、激光標示器、照明燈、環境光傳感器、麥克風、耳機和微控制器供電；
[0012] 攝像機含有實現其變焦的第一變焦電機，用以在手動開關的驅動下改變攝像機的 焦距；激光標示器含有實現其變焦的第二變焦電機，用以受控于所述微控制器改變其焦距， 實現激光標示成像角與攝像機視場角成像同步擬合；第一變焦電機和第二變焦電機都與微 控制器通信連接，微控制器用以將獲取的攝像機變焦信號根據下式轉成激光標示器的變焦 信號發送給第二變焦電機：
[0013]
【權利要求】
1. 電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，包括帽本體、攝像機、激光標示器、照明 燈、環境光傳感器、麥克風、耳機、微控制器和電源，其特征在于：所述攝像機固定在所述帽 本體的一側，用以采集作業的視場影像；所述激光標示器平行固定在所述攝像機的附近，用 以通過矩形激光標示攝像機的視場范圍；所述麥克風和耳機固定在所述帽本體的另一側， 用以拾音和放音；所述照明燈固定在所述帽本體的前部，用以為攝像機視場提供輔助照明； 所述環境光傳感器固定在所述帽本體的前部，并通過所述微控制器與所述照明燈的開關連 接，用以自動控制輔助照明燈的開啟和關閉；所述微控制器固定在所述帽本體的后部，其具 有集成的擴展存儲器、衛星定位器和接口，用以智能管理攝像機、激光標示器、麥克風和耳 機以及作業人員的現場地理位置信息；所述電源固定在所述帽本體的后部，用以為攝像機、 激光標示器、照明燈、環境光傳感器、麥克風、耳機和微控制器供電； 所述攝像機含有實現其變焦的第一變焦電機，用以在手動開關的驅動下改變所述攝像 機的焦距；所述激光標示器含有實現其變焦的第二變焦電機，用以受控于所述微控制器改 變其焦距，實現激光標示成像角與攝像機視場角成像同步擬合；所述第一變焦電機和第二 變焦電機都與所述微控制器通信連接，所述微控制器用以將獲取的攝像機變焦信號根據下 式轉成激光標示器的變焦信號發送給所述第二變焦電機：
其中va是攝像機透鏡組與(XD之間的距離，單位為毫米；Vb是激光標識器透鏡與激光 燈的距離，單位為毫米；Sa是CCD對角線的長度，單位為毫米；Sb是矩形激光燈對角線的長 度，單位為毫米；F a是攝像機透鏡組的等效焦距，單位為毫米；Fb是激光標識器透鏡的焦距， 單位為毫米。
2. 如權利要求1所述的電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，其特征在于：所述 攝像機采用微型高清CCD，所述激光標示器采用微型矩形激光燈，所述照明燈采用LED光 源，所述環境光傳感器米用基于1C的光電二極管、光敏電阻或光電晶體管。
3. 如權利要求1所述的電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，其特征在于：所述 帽本體的上下左右都固定有燕尾形安裝插槽，所述攝像機、照明燈、麥克風、耳機和微控制 器底部都固定有與所述安裝插槽形狀相配合的固定插板，所述攝像機通過固定插板與安裝 插槽的插接固定在帽本體一側，所述照明燈通過固定插板與安裝插槽的插接固定在帽本體 的前部，所述麥克風和耳機通過固定插板與安裝插槽的插接固定在所述帽本體的另一側， 所述微控制器通過固定插板與安裝插槽的插接固定在所述帽本體的后部。
4. 如權利要求3所述的電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，其特征在于：所述 麥克風和耳機為一體式結構，所述麥克風和耳機的一體式結構通過所述固定插板與安裝插 槽的插接固定在所述帽本體上。
5. 如權利要求1所述的電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，其特征在于：所述 微控制器為ARM系列處理器，所述ARM系列處理器為TI的Cortex-A15處理器AM5K2Ex、TI 的 Cortex-A9 處理器 AM437x 或 SAMSUNG 的 Cortex-A8 處理器 S5PV210。
6. 如權利要求1所述的電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽，其特征在于：所述 攝像機固定在所述帽本體的左側，所述麥克風和耳機固定在所述帽本體的右側。
7.如權利要求1所述電力可穿戴智能裝備中的一種智能安全帽的數據采集方法，其特 征在于：按以下步驟進行， ㈠ 打開電源，接通攝像機、激光標示器、照明燈、環境光傳感器、麥克風、耳機和微控制 器，手動開關控制攝像機進行變焦，并將攝像機變焦數字信號發送至微控制器； ㈡設定攝像機與矩形激光標識器的寬高比相同，且平行排列，根據等效透鏡通過透鏡 中心的光線方向不變原則，及等角直角三角形關系：
得到
式⑴中： Ha為攝像機視場對角線的長度，單位：毫米； Ua為物距，即被攝物體與攝像機透鏡組之間的距離，單位：毫米； Sa為CCD對角線的長度，單位：毫米； Va為像距，即攝像機透鏡組與C⑶之間的距離，單位：毫米； 根據透鏡成像公式：
得到
式⑵中： Fa為焦距，即攝像機透鏡組的等效焦距，單位：毫米； Ua為物距，即被攝物體與攝像機透鏡組之間的距離，單位：毫米； Va為像距，即攝像機透鏡組與C⑶之間的距離，單位：毫米； 將式（2)代入式（1)，得
同理，得
式⑶和式⑷中： Hb為激光標識成像對角線的長度，單位：毫米； Sa是CCD對角線的長度，單位為毫米，Sb是矩形激光燈對角線的長度，單位為毫米，且設 定矩形激光燈源高寬比與攝像機CCD的高寬比一致； Fb為焦距，即激光標識器透鏡的焦距，單位：毫米； Vb為像距，即激光標識器透鏡與激光燈的距離，單位：毫米； 由Va變化后Ha與Hb應同步擬合，即Ha = Hb，合并式（3)和式（4)，得：
變換上式，得 Sa*Fa*VSa*Fa*Fb = Sb*Fb*Va-Sb*Fb*Fa
曰根據步驟Π 的計算結果，微控制器發出激光標示器變焦數字信號，驅動激光標示器 變焦電機使激光標示器變焦，達到激光標示成像角與攝像機視場角的智能同步，實現光標 成像與攝像機視場邊緣擬合，攝制圖像所得即所見； (Ε)現場視頻及音頻信號進行實時編碼存儲在微控制器的存儲器或擴展存儲器中。
【文檔編號】H04N5/232GK104207398SQ201410464873
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】唐曉彤, 朱錫鋒, 林萬才, 徐立乾, 陳紅衛 申請人:蘇沃智能科技江蘇有限公司