陳華超

（廣東惠州供電局，廣東 惠州516001）

背景：安全防護(hù)的目的是為工作人員提供必要的、基礎(chǔ)的安全防護(hù)，減少、避免日常維檢工作中的意外傷害，是電力系統(tǒng)日常工作中的重要環(huán)。在運(yùn)輸電路高空作業(yè)時(shí)，工作人員必須佩戴相應(yīng)的個(gè)人防護(hù)設(shè)備。安全帽無疑是個(gè)人防護(hù)設(shè)備中最基礎(chǔ)的一個(gè)，幾乎在所有的工況條件下都必須佩戴。個(gè)人防護(hù)設(shè)備的佩戴可以給工作人員提供物理防護(hù)，減少職業(yè)傷害。同時(shí)，個(gè)人防護(hù)設(shè)備的佩戴還有利于提高工作人員的心理安全感，提高工作質(zhì)量和工作效率。不過，從當(dāng)前的安全帽設(shè)計(jì)來看，雖然考慮了其基本的安全防護(hù)性能，不過卻沒有結(jié)合輸電線路高空作業(yè)實(shí)際進(jìn)行智能化的改進(jìn)。輸電線路高空作業(yè)中，即使制定了相應(yīng)的安全技術(shù)措施、危險(xiǎn)點(diǎn)控制措施和組織措施，但是誤操作事故也時(shí)有發(fā)生，給高空作業(yè)人員帶來巨大的人身和設(shè)備事故。造成這種問題的主要原因是在輸電線路高空作業(yè)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的安全監(jiān)控缺乏連續(xù)性，不能實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)的全過程監(jiān)控。基于上述背景，本創(chuàng)新研制一種新型的電力安全帽，通過對其進(jìn)行二次開發(fā)和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對輸電線路高空作業(yè)操作過程的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和雙向語音溝通功能，實(shí)現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋，彌補(bǔ)現(xiàn)有安全帽中智能設(shè)計(jì)和應(yīng)用不足的缺陷，提高現(xiàn)場工作人員和管理人員之間的溝通效率。

功能需求分析：硬件部分：高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭：輸電線路高空作業(yè)比較復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)遇到一些檢修人員不能獨(dú)立處理的問題。所以通過高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)計(jì)可以讓后臺(tái)管理人員了解當(dāng)前的現(xiàn)場故障情況，指導(dǎo)、協(xié)助檢修人員完成輸電線路高空故障處理，提高檢修效率。無線通訊模塊：將高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集到的數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)管理系統(tǒng)，便于后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。集成板卡：包括電源電路、控制電路、控制接口和通信等。LED照明設(shè)備：可以通過開關(guān)進(jìn)行控制，主要用于外界照明不足時(shí)的補(bǔ)充照明。語音對講設(shè)備：實(shí)現(xiàn)輸電線路高空作業(yè)人員和后臺(tái)管理人員之間的實(shí)時(shí)通話，可以多頻段進(jìn)行更換，主要的語音輸出設(shè)備。電源模塊：主要負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)和照明裝置的供電。網(wǎng)絡(luò)通信部分：網(wǎng)絡(luò)通信部分主要用于硬件設(shè)備與軟件設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。在本設(shè)計(jì)中，結(jié)合輸電線路高空作業(yè)要求，選擇4G 和WIFI 兩種通信模式。軟件管理部分：軟件管理部分以現(xiàn)代通信技術(shù)為基礎(chǔ)，通過集成開發(fā)相關(guān)軟件管理部分實(shí)現(xiàn)對輸電線路高空作業(yè)的遠(yuǎn)程指揮與管理。軟件管理系統(tǒng)通過接收器接受到網(wǎng)絡(luò)攝像頭采集到的信號(hào)，并將信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并在計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)對輸電線路高空作業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)管和控制，提高高空作業(yè)效率和質(zhì)量。通過軟件管理系統(tǒng)可以對高空作業(yè)人員的的檢修作業(yè)、檢修環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對高空作業(yè)人員的可視化管理，提高高空作業(yè)的安全性和有效性，實(shí)現(xiàn)高空作業(yè)的全方位、全流程監(jiān)管。同時(shí)，遇到突然情況時(shí)還可以進(jìn)行及時(shí)的響應(yīng)和救援，提高高空作業(yè)質(zhì)量。

圖1

系統(tǒng)組成：本創(chuàng)新的目的在于提高運(yùn)輸線路高空作業(yè)中現(xiàn)場作業(yè)人員、地面技術(shù)人員和工作監(jiān)護(hù)人之間的溝通效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的實(shí)時(shí)反饋和監(jiān)測。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本創(chuàng)新的系統(tǒng)技術(shù)方案為：創(chuàng)新所設(shè)計(jì)新型安全帽主要包括智能安全帽、服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理終端。智能安全帽又包括安全帽、高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭、喇叭、數(shù)據(jù)傳輸模塊、照明燈、麥克風(fēng)等設(shè)備。智能安全帽可以接受數(shù)據(jù)處理終端傳送的信息，并通過喇叭和光學(xué)棱鏡對音頻數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行展現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理終端主要負(fù)責(zé)內(nèi)部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和傳送，是智能安全帽與服務(wù)器之間的橋梁，因此數(shù)據(jù)處理終端的功能包括音頻采集、編碼、解碼、播放和數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)處理終端與智能安全帽和服務(wù)器之間的信號(hào)傳輸主要通過WIFI 或者4G 來實(shí)現(xiàn)。服務(wù)器系統(tǒng)主要包括WIFI 與4G 模塊、存儲(chǔ)模塊、電池、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像和語音識(shí)別、管理等模塊。通過服務(wù)器系統(tǒng)管理人員可以和現(xiàn)場的高空作業(yè)人員進(jìn)行音頻通話，對高空作業(yè)人員的檢修過程進(jìn)行存儲(chǔ)，便于后期使用。

本創(chuàng)新的功能具體設(shè)計(jì)如下：通過麥克風(fēng)和耳機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)語音通話，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理與現(xiàn)場作業(yè)人員之間的實(shí)時(shí)語音通話功能；通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭對現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)把現(xiàn)場作業(yè)視頻傳輸給服務(wù)器系統(tǒng)，由服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和管理；高空作業(yè)現(xiàn)場的語音信號(hào)通過FM模塊處理之后，借助4G 技術(shù)傳送到服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)后臺(tái)管理者對現(xiàn)場作業(yè)人員的遠(yuǎn)程指揮和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)雙方實(shí)時(shí)信息溝通(圖1)。

技術(shù)實(shí)施方案：視頻設(shè)備配置：本系統(tǒng)中，視頻數(shù)據(jù)采集通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭來實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)攝像頭位于安全帽前端，要求攝像頭的主軸方向要與正常佩戴安全帽時(shí)人眼的視線平視位置同軸。通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以對高空作業(yè)人員的目視內(nèi)容進(jìn)行記錄。在參數(shù)設(shè)置上，要求攝像頭的像素較高，要能滿足輸電線路高空作業(yè)檢修需求，確保圖像清晰度和可辨度；視頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模式為JEPG 模式；采用125°超大廣角鏡頭，提高現(xiàn)場目標(biāo)捕捉范圍。

語音設(shè)備配置：通過4G 通信網(wǎng)和WiFi 熱點(diǎn)連接2 種網(wǎng)絡(luò)連接方式完成雙向?qū)崟r(shí)通話。語音通話設(shè)備包括受話器與耳機(jī)，耳機(jī)位于智能安全帽的前部邊緣，耳機(jī)將語音信號(hào)傳送給受話器。本設(shè)計(jì)后臺(tái)服務(wù)器還具有群呼功能，可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的群體性調(diào)度和指揮。無線網(wǎng)絡(luò)配置方案：本文所設(shè)計(jì)的網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)配置采用4G 與WIFI 結(jié)合模式。照明設(shè)備配置：本設(shè)計(jì)在智能安全帽上的網(wǎng)絡(luò)攝像頭同軸方向配置1.2W 照明燈和二極管激光器。照明設(shè)備設(shè)立獨(dú)立開關(guān)，可以對20 米范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行照明和定位。電源配置：本文設(shè)計(jì)終端電源系統(tǒng)為2600 mA·h 鋰電池。鋰電池安置在智能安全帽的后部，當(dāng)電池電壓低于3.6V 時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出低壓警報(bào)，并在10 分鐘之后自動(dòng)關(guān)機(jī)。電源充電可以通過USB 數(shù)據(jù)接口來實(shí)現(xiàn)。

FM自制模塊：本文所設(shè)計(jì)FM自制模塊主要包括SP7021F收音集成芯片、BH1417F 集成發(fā)射芯片和TDA2822M 功放芯片。

創(chuàng)新點(diǎn)：a.通過自制FM模塊實(shí)現(xiàn)音頻實(shí)時(shí)接收與發(fā)射達(dá)到無線通話功能，F(xiàn)M模塊集成了輸入輸出模塊，輸出模塊插入普通無麥克風(fēng)耳機(jī)，輸入模塊連接有源線夾式麥克風(fēng)。高空工作人員使用安全帽時(shí)，將耳機(jī)和麥克風(fēng)分別佩戴至耳朵與衣領(lǐng)處，即可進(jìn)行實(shí)時(shí)語音通話；b.地面人員通過移動(dòng)終端連接攝像頭熱點(diǎn)觀看實(shí)時(shí)影像，實(shí)現(xiàn)多人高空作業(yè)現(xiàn)場視覺共享功能，并佩戴安全帽戴上耳機(jī)和麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)多人的實(shí)時(shí)通訊對話功能。c.外殼使用ABS 塑料，將電源、FM模塊、攝像頭安裝入內(nèi)，外殼縫隙使用防水膠進(jìn)行粘合, 加上外殼使用四顆螺絲進(jìn)行固定從而達(dá)到防水絕緣耐高溫的功能，保護(hù)外殼內(nèi)的設(shè)備，將電源、FM模塊和攝像頭的電路進(jìn)行并聯(lián)。并使用五金配件將外殼與安全帽連接，拆裝容易便捷。

技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)：a.FM模塊為自己畫電路圖所形成的產(chǎn)品。自制FM模塊的專有鏈路為HZ，為專用鏈路，利用自制FM音頻發(fā)射與接收雙向?qū)崟r(shí)模塊進(jìn)行通訊交互，實(shí)現(xiàn)音頻實(shí)時(shí)接收與發(fā)射達(dá)到無線通話功能；b.5.8GFPV 攝像頭創(chuàng)新應(yīng)用于輸電線路高空作業(yè)工人工作中。利用攝像頭自帶熱點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)短距離實(shí)時(shí)傳輸圖像功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像傳輸功能，保證實(shí)時(shí)無線通話與實(shí)時(shí)視頻功能不受外界網(wǎng)絡(luò)影響，能應(yīng)用于全部輸電線路工作（圖像及音頻有效通訊范圍200 米內(nèi)）；c. 不改變安全帽已有外觀的便捷安裝方式。將電源、FM模塊、攝像頭等配件集成安裝ABS 塑料外殼，能夠便捷的安裝在安全帽位置，并且在某零部件壞的情況下能將該模塊立刻替換，無需維護(hù)即換即用。