基于人工智能的一體化智能安全帽研究

摘要：在戶外作業中為滿足多樣化需求，通常需要外出作業人員攜帶眾多通用工具或電子設備，加之其在作業中需要同時對周圍環境、設備狀態等諸多要素進行同時管控，故而也大大增加了現場作業人員的負擔。為此，本文將通過結合相關研究資料，以人工智能技術為基礎，嘗試設計一種一體化智能安全帽。在對其結構基本組成、軟硬件設計以及應用功能等進行分析研究下，為減輕戶外作業人員負擔，提升其作業效率給予相應幫助。

關鍵詞：人工智能;一體化;智能安全帽;設計應用

引言：隨著我國人工智能技術的持續發展，許多通信、電子等設備中均已開始逐步使用人工智能技術，并獲得了良好的應用成效。但眼下我國在安全帽設計制造領域中，人工智能及一體化設計技術的應用尚且處于一片空白。因此本研究一方面可為該領域提供相應的理論參考，另一方面也可以為基于人工智能的一體化智能安全帽的實際應用指明方向。

一、基于人工智能的一體化智能安全帽結構基本組成

一體化智能安全帽從本質上來說，屬于一種智能化的可穿戴裝備。其采用一體化設計方式，將包括物聯網與移動互聯網、人工智能以及云服務等在內的眾多設備功能和先進技術手段進行有機整合，使其集成在同一個智能安全帽上[1]。其主要設計目的在于避免作業人員在戶外作業中，攜帶各種繁瑣設備，為現場作業人員減負、增效，提供定位、對講、電話呼叫、視頻、拍照、照明及安全防護等服務。作業過程能夠與后臺管理進行實時互動，且該人工智能下的一體化智能安全帽可以自動采集各項信息數據并對其進行同步分析、存儲與傳輸。立足具體作業需求，一體化智能安全帽還支持業務對接，為指揮中心提供身臨其境、運籌帷幄的調度平臺，實現緊急調度、遠程指揮、工作協調等服務，最終達到切實提升作業人員的作業效率和管理效率的目標。

本文設計的基于人工智能的一體化智能安全帽，在一體化設計形式下，其主要結構組成包括信息系統、硬件系統、軟件系統以及電子設備集成等。各子系統以及電子設備之間，通過運用物聯網、移動互聯網等方式進行互聯互通，在將人工智能技術以及云服務等技術引入其中，使得各電子設備與子系統可以具備較高的智能化程度。可在制定作業環境下自動進行相互組合、互相配合。獨立、高效地完成信息數據采集分析、同步傳輸等功能。

二、人工智能下的一體化智能安全帽設計與應用分析

（一）智能安全帽設計

1.硬件設計

在本文設計的基于人工智能的一體化智能安全帽的硬件系統部分，其主要構成除運算器與控制器外，還包括輸入和輸出設備以及存儲器等。在接入方式設計中，采用統一規劃多硬件模塊，在使用通用型串口的基礎上，配合使用USB接口對包括高清影像模塊、近電感應模塊、GPS定位模塊、生命特征模塊、語音識別模塊、照明模塊、快捷按鈕模塊等在內的各硬件進行有效集成。其中，高清影像模塊中設計采用自帶移動通信網絡傳輸功能模塊的高清攝像頭，攝像頭配置大容量存儲卡記錄，并且在云服務作用下，數據可同步存儲在云中。此外，攝像頭中設置了可充電式大容量鋰電池，可有效延長設備工作時間，在將攝像頭和音視頻收發器進行相互分離下，也能夠避免作業人員穿戴一體化智能安全帽時感覺設備過重，而影響其正常作業[3]。在照明模塊中設計采用低功率的LED白光照明燈，在節能節電之余也可為夜間影像拍攝補光。在其硬件設計中，各輸入設備均需要在物理層與結構層中進行統一集成。不僅如此，設計人員還需要通過積極參考其他同類型智能安全帽、防護帽的成功設計案例，學習其優秀的設計理念與設計方法，科學集成相應硬件驅動，使得該一體化智能安全帽設備能夠自動完成對各項硬件設備數據的準確讀取。確保數據傳輸具有較高的安全可靠性和穩定性。

2.軟件設計

在該基于人工智能的一體化智能安全帽中，使用專門的音視頻傳輸軟件并將其設置在數據傳輸模塊當中。該軟件主要負責完成數據傳輸、音視頻的編解碼與采集播放等功能。在其正常運行時，所有現場音頻與視頻分別交由麥克風與高清攝像頭負責進行統一采集，而后集中進行壓縮處理，最后經由物聯網與移動互聯網等通信網絡傳輸至數據處理終端。由數據處理終端轉發的各種數據，在準確傳輸至數據傳輸模塊后，將分別通過該一體化智能安全帽中的喇叭與光學棱鏡進行播放和集中顯示。此外，該一體化智能安全帽設計中，還采用專門負責轉發數據的工具軟件，同樣將其安裝在數據處理終端內，用以作為該一體化智能安全帽以及后臺服務器的數據中轉站，一路聲音輸入與輸出信號以及其他數據均可以借助移動通信網進行實時、精準轉發。

本文在設計人工智能下的一體化智能安全帽中，同時還設計使用兼具播放和存儲音視頻、智能識別語音與視頻圖像、人員與設備管理等諸多功能模塊的后臺服務軟件。并將該軟件設計安裝在服務器上。在前端和后臺均使用 java 開發，集成各相關模塊，完成軟硬件集成和調試，通過后臺軟件實現管理和控制。配合使用現代計算機、網絡通訊技術等，搭建起相應的信息系統，通過對企業現有各項資源，包括人力、物力等進行全面調查了解，建立正確的數據，由該信息系統負責加工處理并編制成各種信息資料，及時提供給管理人員，以便相關工作人員實現正確決策決議，從而不斷提高企業的管理水平和經濟效益。

（二）智能安全帽功能

1.智能通信與實時視頻

該一體化智能安全帽具有高清影像功能與遠程通話功能，其中前者可代替當前移動單兵設備，接入省公司現場作業安全管控平臺。并通過利用其帶有的高清攝像頭，作業人員通過直接觸發相應按鈕，即可對現場環境、設備運行情況等進行影音視頻的采集記錄、分析與同步傳輸[3]。所有采集得到的音像視頻及相關數據，可實時上傳至服務器，高清攝像頭內含存儲卡，可先錄像再離線上傳至服務器。在遠程通話功能中，內置高靈敏度MIC及環線立體聲喇叭，實現語音雙向通訊、組呼、視頻通訊等功能。遠程監控人員一旦發現存在違章現象，可迅速運用麥克風、移動互聯網等對現場進行警示提醒。并且不同作業現場檢修人員之間也可以實現互相通話。除此之外，在采用LED白光照明下，一體化智能安全帽還具備LED照明功能，其亮度可代替傳統便攜式小手電，在暗光環境下也可以為影像提供補光。

2.智能監測告警與AI語音

基于人工智能的一體化智能安全帽，在采用人工智能等先進技術下，可對人臉、設備等進行智能識別。安全帽中的生命體征監測功能，主要利用近紅外光電脈搏波血氧傳感器實時檢測作業人員的心率和血氧飽和度，確保作業人員身體適合現場作業。另外，該一體化智能安全帽還具有近電告警和AI智能語音功能。在近電告警功能中，內置電壓感應芯片支持22V、10KV、35KV、110KV、220KV近電預警，一旦識別監測發現距離高壓帶電設備或線路超過安全距離，將會自動發出告警聲。在AI智能語音系統中，可通過調用人工AI，可以實現規范查詢、工作流程解答等咨詢查詢功能。

結束語：總而言之，設計使用基于人工智能的一體化智能安全帽，對于減輕作業人員的勞動強度與作業負擔，為其提供更多的生命安全保障以及全面提升檢修成效等，均具有十分重要的幫助作用。為此，相關工作人員在實際進行該一體化智能安全帽的設計時，還需要充分結合實際情況，合理設計選用與之相適宜的軟件、硬件等設備。主動將人工智能、物聯網等各種先進技術引入其中，以此有效優化一體化智能安全帽設計，使其應用功能得以更加豐富、完善。

參考文獻：

[1]李育冰，胡闖.基于遠程監控技術的智能安全帽研究及應用[J].電氣化鐵道，2019（03）：94-96.

[2]鞏銳，吳晨光，李文萃.基于CAE優化的智能安全帽成型設計[J].塑料工業，2020（01）：55-57.

[3]孫振豪，徐一虎.一種基于Arduino的通用智能安全帽的研究[J].中國新技術新產品，2019（07）：15-17.

作者簡介：

王其明（1988—），男，安徽合肥人，工程師，碩士，研究方向：電力通信光傳輸網絡。