一種基於三軸加速度的高空墜落檢測方法與流程
2024-03-29 08:26:05
本發明涉及一種三軸加速度傳感器的高空墜落報警檢測方法，屬於人員安全、信息通信控制領域。
背景技術：
隨著社會經濟的飛速發展，我國公路、橋梁、港口、碼頭、航道、鐵路、隧道、市政等基礎設施的勘察、設計、建設、監理、港口和航道的疏浚，海洋重型裝備與港口機械、築路機械的製造開發愈來愈多，同時，人員在施工時也越來越處在高空工作，因此人員安全是必須要考慮的因素。
目前，我國已成為世界上隧道最多、最複雜、發展最快的國家之一。由於新建交通所跨越地區的地質條件越來越複雜，修建隧道的長度越來越長，埋深也越來越大，洞徑截面也越來越大，對施工技術的要求越來越高，這種「長、大、高、難」的發展趨向與特點必然帶來隧道施工中的極大風險，對於安全施工、安全監控、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的救助，可能會導致更加嚴重的後果。因此，如何預知高空墜落並最大限度地減少摔傷程度，往往是公司領導、員工家屬最為關心的問題，能夠隨時檢測高空墜落事件的發生，讓人員能夠及時獲得救治就顯得極為重要，這引起了高空墜落檢測系統研製的重視，它能夠有效檢測施工人員是否發生意外並及時報警，保護了工作人員的健康與安全。
技術實現要素：
本發明提出一種基於三軸加速度的高空墜落報警檢測系統，主要適用於施工人員在達到一定高度的工作環境中，確保工作人員的人身安全，方便工程施工隊的管理，提高工作生產效率。
為了實現上述目的，本發明的內容包括以下兩個部分：
一、高空墜落報警算法流程
當施工人員處於自由落體時加速度計輸出的三軸合加速度理論值應為0，靜止狀態輸出合加速度為1g。設定從高於h1米處墜落就屬於高空墜落範疇，也就是高於h1米漏報率必須為0，同時為了防止發生誤報現象，設定低於h2米，誤報率也必須為0。
高空墜落報警檢測方法具體步驟如下：
步驟1：採集三軸加速度傳感器的信息，並保存採樣值。
步驟2：判斷每個採樣值是否小於閾值g1，如果小於閾值g1，則判為處於失重狀態；否則繼續判斷採樣值。
步驟3：判斷小於閾值g1的採樣值是否是連續的且個數能否達到滑動窗大小num。如果不滿足滑動窗大小，說明人員高度沒有達到設定值h1，返回步驟2，即判為不屬於高空墜落範疇：若滿足上述條件，則求滑動窗中採樣值的平均值avg。
步驟4：判斷滑動窗中的平均值avg是否小於閾值g2，如果小於閾值g2則判為高空墜落，產生報警指示。如果不滿足，則跳轉步驟2繼續監測。
二、高空墜落報警檢測系統
所述的高空墜落報警檢測系統，由三軸加速度傳感器、嵌入式單片機、無線通信模塊、電源模塊組成。利用三軸加速度傳感器採集人體三維加速度值，採集信息傳到中央處理器(單片機)進行分析，當檢測到墜落現象發生時，通過無線通信模塊將報警指示發送到伺服器。電源模塊主要是為其他模塊提供能量支持。
本發明的有益效果：
本發明經過兩次閾值判斷能夠大大提高報警率。系統應用靈活，能夠按照使用方的具體要求而設計，這樣就可以確保高空作業人員的人身安全，方便工程施工隊的管理，提高工作生產效率。
附圖說明
圖1是高空墜落報警算法流程圖
圖2是高空墜落報警檢測系統框圖
具體實施方式
實施例1：
在隧道施工環境下進行使用，設定從高於1.8米處墜落就屬於高空墜落，也就是高於h1＝1.8米漏報率必須為0，報警率為100％；同時為了防止發生誤報現象，設定低於h2＝1.3米，誤報率也必須為0。
晶片採樣頻率20Hz(0.05s採樣一次數據)，滑動窗大小num＝11，11個採樣數據所用時間是：t＝0.05×11＝0.55s，根據自由落體運動公式
所以要想產生高空墜落報警指示高度必須大於1.5米。
具體工作原理：
(1)採集三軸加速度信息。
(2)若採樣合加速度值小於閾值g1＝0.6g，即判為失重狀態，保存採樣值。
(3)判斷小於閾值g1＝0.6g的採樣值是否是連續的且個數是否達到滑動窗大小num＝11個，若是求滑動窗中11個採樣值的平均值avg。
(4)判斷滑動窗中採樣值的平均值avg是否小於設定的閾值g2＝0.4g，若小於則系統產生報警指示。如果不滿足上述條件，則不屬於高空墜落情況。
實施例2：
在隧道施工環境下進行使用，設定從高於2米處墜落屬於高空墜落，這時高度h1＝2.0米，h2＝1.6米。依據h1＝2.0米，設定滑動窗大小num＝12，滑動窗大小num的設定是依據使用方要求h1的高度而計算出的。
具體工作原理：
(1)採集三軸加速度信息。
(2)若採樣合加速度值小於閾值g1＝0.55g，即判為失重狀態，保存採樣值。
(3)判斷小於閾值g1＝0.55g的採樣值是否是連續的且個數是否達到滑動窗大小num＝12個，若是求滑動窗中12個採樣值的平均值avg。
(4)判斷滑動窗中採樣值的平均值avg是否小於設定的閾值g2＝0.4g，若小於則系統產生報警指示，否則為非高空墜落。