基于智能傳感的高空作業人員生命體征監測預警技術研究

國網河南省電力有限公司蘭考縣供電公司 李 明 徐 嵐 暢廣輝 李寒雨 張昊迪 趙明星 張麗瑋

隨著電子技術、無線通信技術與微電機技術的不斷發展與進步，我國在人體生命體征實時監測方面的研究已經取得了一定的成績[1]。輔助智能化技術進行高空作業人員行為、身體的監測已經不僅停留在理論研究層面。部分科研單位已經開發了便攜式、智能化、可佩戴的生命體感儀，通過對高空作業人員各項身體指標的監測，實時感知人的身體是否存在異常[2]。

目前，我國已上市的監測儀包括智能手環、血氧實時監測儀等。盡管現有的體感監測裝置已經滿足了使用中的靈活性與實時性需求，但在實際應用中，仍普遍存在預警指標單一、監測數據與真實數據差異較大的問題，這些問題直接影響了終端對高空作業人員身體指標的監測，甚至無法精準進行人體健康數據的預警，從而導致現有的研究成果一直無法在市場內推廣使用[3]。為實現對現有研究成果的優化，提高對人體生命的智能感知，本文將在此次研究中，引進智能傳感技術，設計一種針對高空作業人員生命體征的全新監測預警方法，通過此種方式，為不同領域內高空作業人員的生命安全提供保障。

1 高空作業人員生命體征監測預警方法設計

1.1 基于智能傳感的生命體征數據采集

為實現對高空作業人員生命體征的監測，本文引進智能傳感技術，進行人體生命體征數據的采集。根據實際監測需求，明確采集數據的過程需要大量傳感節點作為支撐，而對應的傳感節點由傳感器、電源、MCU、網絡構成[4]。將對應的智能傳感器安裝在便攜式裝置上，連接網絡后，進行數據的獲取，為避免獲取的數據中存在大量冗余數據，需要在數據采集過程中，對數據進行平滑處理，此過程可表示為下述計算公式：

1.2 高空作業人員生命體征監測數據傳輸

為實現對高空作業人員生命體征監測數據的安全、穩定傳輸，將對應的數據反饋接口與TXD藍牙進行連接，此時智能傳感器反饋的數據，可以通過無線組網與TCP協議進行引腳連接。此時，對應的反饋數據將通過藍牙與SPP協議進行發送，此過程如圖1所示。

圖1中（1）表示為啟動線程；（2）表示為結果反饋；（3）表示為執行傳輸；（4）表示為持續線程。

監測數據在傳輸過程中，需要檢索接口函數，并通過對周邊藍牙設備的掃描進行數據傳輸。可將高空作業人員生命體征監測數據的傳輸過程表示為下述計算公式：

公式（3）中，E表示為人員生命體征監測數據的傳輸過程；O表示為神經網絡；W表示為輸入單元層；j表示為數據傳輸信道；k表示為終端數據庫；r表示為數據推送過程。按照上述方式，實現對監測人體生命數據的傳輸。

1.3 基于健康風險評估的生命體征安全預警

實現對高空作業人員生命體征監測的監測后，設置智能傳感數據的健康風險評估范圍。以高空作業人員心率指標為例，可按照下述計算公式，進行心率健康風險的評估。

公式（4）中，γ表示為高空作業人員心率健康風險評估結果；γ1表示為高空作業人員最大心率；γ2表示為高空作業人員在安靜狀態下的心率；γ3表示為高空作業人員在靜止狀態下的心率；A表示為環境影響系數。按照上述方式，對高空作業人員的不同健康指標進行風險評估。結合高空作業人員的常規體檢數據，設置針對不同個人的安全風險預警范圍，并按照圖2所示的流程，進行生命體征健康預警。

圖2中，MagFlage表示為數據是否接收完備。按照上述方式，對高空作業人員生命體征進行實時反饋與評估，實現對作業人員生命體征的安全預警。

2 實例應用分析

上文從三個方面完成了基于智能傳感的高空作業人員生命體征監測預警方法設計，但此方法還需要通過全面的檢測后，才能被投入相關領域內使用。

為保證測試結果的真實性，選擇某高空作業現場作為此次研究的試點場所。通過與現場管理人員的交涉，對現場執行高空作業的工作人員進行身體素質進行綜合評估，并選擇了一名身體素質較強的高空作業人員作為此次測試對象。在征求了其個人的同意后，獲取此名參與實驗人員的個人信息。明確了此名工作人員具有高空作業資格證書，且從事此行業已超過了3年，具有較為豐富的工作經驗，工作期間并未出現過由于個人原因造成的安全事故。排除現場外界因素對此次實驗的干擾后，將本文設計的方法安裝在測試對象隨身攜帶的生命監測儀器上。在此過程中，需要先設置高空作業人員生命體征監測傳感器，根據此次實驗需求，設置如表1所示的生命體征數據采集智能傳感器。

表1 生命體征數據采集智能傳感器

完成對生命體征數據采集智能傳感器的設置后，對被測對象進行生命體征數據主動獲取。在此基礎上，在監測現場布置藍牙與無線傳感裝置，進行高空作業人員生命體征監測數據的傳輸。根據該作業人員的身體綜合情況，設置安全評估指標，通過智能傳感反饋的數據，進行高空作業人員生命體征的安全預警。

為檢驗本文設計的方法具有一定可行性，將本文設計的方法部署在終端，在此基礎上，設置數據通過路徑，獲取此名參與測試人員的血壓實時反饋數據。通常情況下，人體的舒張壓在60～90mmHg；收縮壓在90～140mmHg，以此為標準，進行測試人員血壓安全閾值的設置。

大量實驗表明，影響紙漿洗滌質量的因素有：上漿濃度、上漿流量、清水加入量、漿層厚度、真空度、漿種、洗滌水溫度、紙漿硬度、制漿方法。需將這些相關的過程變量壓縮為少數獨立的變量，從而對過程進行有效控制。通過數據分析和積累的經驗，利用動態PCA方法篩選出了建立紙漿洗滌過程數學模型的輸入變量，計算步驟如下。

截取部分時段下的反饋結果作為測試結果，如圖3所示。

從圖3反饋的數據可以看出，在連續9min的監測中，被測對象的舒張壓與收縮壓均在安全范圍內。由此可見，被測人員在此階段作業過程中未發生生命體征監測預警，血壓指標在安全閾值范圍內。

通過對上述反饋曲線的分析可知，反饋信息具有連續性，且反饋的數據符合此名人員日常高空作業行為習慣，無明顯異常，由此可以說明本文此次研究設計的方法，在實際應用中具有一定可行性。

在此基礎上，對本文設計方法的監測精度進行檢驗。在使用本文設計的方法進行高空作業人員生命體征監測時，同步使用專業的醫療儀器進行被測人員生命體征的測試，將醫療儀器的測試結果作為標準值，將其與本文設計方法的監測結果進行對比。計算本文設計的監測預警技術在實際應用中，對人體生命體征各項指標測量時的相對誤差。相對誤差計算公式如下：

公式（5）中，P表示為高空作業人員生命體征監測結果相對誤差；x1表示為測量結果；x2表示為計算結果。

表2 高空作業人員生命體征監測結果對比

通過上述試驗結果可知，本文設計的基于智能傳感的高空作業人員生命體征監測預警方法在實際應用中，對人體各項生命體征的監測相對誤差較小。

3 結語

為滿足市場內不同行業的發展需求，各行各業的發展都會在建設工程項目中選擇部分身體素質較強或具有專業資質證書的工作人員，執行高空作業任務。肩負此類工作崗位的人員不僅具有較高的危險性，還會承擔較重的心理壓力與負擔。當高空作業人員在極大的心理壓力下執行任務時，極易出現突發性疾病，而此類疾病在常規的檢查中又難以發現，一旦受到外界因素的影響或遭受外部環境的刺激，便會誘發非正常死亡。包括心臟病、高血壓、腦出血等。為實現對此類安全事故的規避，本文從生命體征數據采集、高空作業人員生命體征監測數據傳輸、基于健康風險評估的生命體征安全預警三個方面，對基于智能傳感的高空作業人員生命體征監測預警技術展開了研究。實踐結果證明，本文設計的方法在實際應用中具有一定可行性，可以實現對高空作業人員身體各項生命體征的高精度監測。