摘要：在戶外作業(yè)中為滿足多樣化需求，通常需要外出作業(yè)人員攜帶眾多通用工具或電子設(shè)備，加之其在作業(yè)中需要同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等諸多要素進(jìn)行同時(shí)管控，故而也大大增加了現(xiàn)場作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)。為此，本文將通過結(jié)合相關(guān)研究資料，以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)，嘗試設(shè)計(jì)一種一體化智能安全帽。在對(duì)其結(jié)構(gòu)基本組成、軟硬件設(shè)計(jì)以及應(yīng)用功能等進(jìn)行分析研究下，為減輕戶外作業(yè)人員負(fù)擔(dān)，提升其作業(yè)效率給予相應(yīng)幫助。

關(guān)鍵詞：人工智能;一體化;智能安全帽;設(shè)計(jì)應(yīng)用

引言：隨著我國人工智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，許多通信、電子等設(shè)備中均已開始逐步使用人工智能技術(shù)，并獲得了良好的應(yīng)用成效。但眼下我國在安全帽設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，人工智能及一體化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用尚且處于一片空白。因此本研究一方面可為該領(lǐng)域提供相應(yīng)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(shí)際應(yīng)用指明方向。

一、基于人工智能的一體化智能安全帽結(jié)構(gòu)基本組成

一體化智能安全帽從本質(zhì)上來說，屬于一種智能化的可穿戴裝備。其采用一體化設(shè)計(jì)方式，將包括物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及云服務(wù)等在內(nèi)的眾多設(shè)備功能和先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行有機(jī)整合，使其集成在同一個(gè)智能安全帽上[1]。其主要設(shè)計(jì)目的在于避免作業(yè)人員在戶外作業(yè)中，攜帶各種繁瑣設(shè)備，為現(xiàn)場作業(yè)人員減負(fù)、增效，提供定位、對(duì)講、電話呼叫、視頻、拍照、照明及安全防護(hù)等服務(wù)。作業(yè)過程能夠與后臺(tái)管理進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)，且該人工智能下的一體化智能安全帽可以自動(dòng)采集各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行同步分析、存儲(chǔ)與傳輸。立足具體作業(yè)需求，一體化智能安全帽還支持業(yè)務(wù)對(duì)接，為指揮中心提供身臨其境、運(yùn)籌帷幄的調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)緊急調(diào)度、遠(yuǎn)程指揮、工作協(xié)調(diào)等服務(wù)，最終達(dá)到切實(shí)提升作業(yè)人員的作業(yè)效率和管理效率的目標(biāo)。

本文設(shè)計(jì)的基于人工智能的一體化智能安全帽，在一體化設(shè)計(jì)形式下，其主要結(jié)構(gòu)組成包括信息系統(tǒng)、硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)以及電子設(shè)備集成等。各子系統(tǒng)以及電子設(shè)備之間，通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等方式進(jìn)行互聯(lián)互通，在將人工智能技術(shù)以及云服務(wù)等技術(shù)引入其中，使得各電子設(shè)備與子系統(tǒng)可以具備較高的智能化程度?？稍谥贫ㄗ鳂I(yè)環(huán)境下自動(dòng)進(jìn)行相互組合、互相配合。獨(dú)立、高效地完成信息數(shù)據(jù)采集分析、同步傳輸?shù)裙δ堋?/p>

二、人工智能下的一體化智能安全帽設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

（一）智能安全帽設(shè)計(jì)

1.硬件設(shè)計(jì)

在本文設(shè)計(jì)的基于人工智能的一體化智能安全帽的硬件系統(tǒng)部分，其主要構(gòu)成除運(yùn)算器與控制器外，還包括輸入和輸出設(shè)備以及存儲(chǔ)器等。在接入方式設(shè)計(jì)中，采用統(tǒng)一規(guī)劃多硬件模塊，在使用通用型串口的基礎(chǔ)上，配合使用USB接口對(duì)包括高清影像模塊、近電感應(yīng)模塊、GPS定位模塊、生命特征模塊、語音識(shí)別模塊、照明模塊、快捷按鈕模塊等在內(nèi)的各硬件進(jìn)行有效集成。其中，高清影像模塊中設(shè)計(jì)采用自帶移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸功能模塊的高清攝像頭，攝像頭配置大容量存儲(chǔ)卡記錄，并且在云服務(wù)作用下，數(shù)據(jù)可同步存儲(chǔ)在云中。此外，攝像頭中設(shè)置了可充電式大容量鋰電池，可有效延長設(shè)備工作時(shí)間，在將攝像頭和音視頻收發(fā)器進(jìn)行相互分離下，也能夠避免作業(yè)人員穿戴一體化智能安全帽時(shí)感覺設(shè)備過重，而影響其正常作業(yè)[3]。在照明模塊中設(shè)計(jì)采用低功率的LED白光照明燈，在節(jié)能節(jié)電之余也可為夜間影像拍攝補(bǔ)光。在其硬件設(shè)計(jì)中，各輸入設(shè)備均需要在物理層與結(jié)構(gòu)層中進(jìn)行統(tǒng)一集成。不僅如此，設(shè)計(jì)人員還需要通過積極參考其他同類型智能安全帽、防護(hù)帽的成功設(shè)計(jì)案例，學(xué)習(xí)其優(yōu)秀的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法，科學(xué)集成相應(yīng)硬件驅(qū)動(dòng)，使得該一體化智能安全帽設(shè)備能夠自動(dòng)完成對(duì)各項(xiàng)硬件設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確讀取。確保數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全可靠性和穩(wěn)定性。

2.軟件設(shè)計(jì)

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(shè)置在數(shù)據(jù)傳輸模塊當(dāng)中。該軟件主要負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)傳輸、音視頻的編解碼與采集播放等功能。在其正常運(yùn)行時(shí)，所有現(xiàn)場音頻與視頻分別交由麥克風(fēng)與高清攝像頭負(fù)責(zé)進(jìn)行統(tǒng)一采集，而后集中進(jìn)行壓縮處理，最后經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)處理終端。由數(shù)據(jù)處理終端轉(zhuǎn)發(fā)的各種數(shù)據(jù)，在準(zhǔn)確傳輸至數(shù)據(jù)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(xué)棱鏡進(jìn)行播放和集中顯示。此外，該一體化智能安全帽設(shè)計(jì)中，還采用專門負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的工具軟件，同樣將其安裝在數(shù)據(jù)處理終端內(nèi)，用以作為該一體化智能安全帽以及后臺(tái)服務(wù)器的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站，一路聲音輸入與輸出信號(hào)以及其他數(shù)據(jù)均可以借助移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)轉(zhuǎn)發(fā)。

本文在設(shè)計(jì)人工智能下的一體化智能安全帽中，同時(shí)還設(shè)計(jì)使用兼具播放和存儲(chǔ)音視頻、智能識(shí)別語音與視頻圖像、人員與設(shè)備管理等諸多功能模塊的后臺(tái)服務(wù)軟件。并將該軟件設(shè)計(jì)安裝在服務(wù)器上。在前端和后臺(tái)均使用 java 開發(fā)，集成各相關(guān)模塊，完成軟硬件集成和調(diào)試，通過后臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)管理和控制。配合使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，搭建起相應(yīng)的信息系統(tǒng)，通過對(duì)企業(yè)現(xiàn)有各項(xiàng)資源，包括人力、物力等進(jìn)行全面調(diào)查了解，建立正確的數(shù)據(jù)，由該信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)加工處理并編制成各種信息資料，及時(shí)提供給管理人員，以便相關(guān)工作人員實(shí)現(xiàn)正確決策決議，從而不斷提高企業(yè)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

（二）智能安全帽功能

1.智能通信與實(shí)時(shí)視頻

該一體化智能安全帽具有高清影像功能與遠(yuǎn)程通話功能，其中前者可代替當(dāng)前移動(dòng)單兵設(shè)備，接入省公司現(xiàn)場作業(yè)安全管控平臺(tái)。并通過利用其帶有的高清攝像頭，作業(yè)人員通過直接觸發(fā)相應(yīng)按鈕，即可對(duì)現(xiàn)場環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行情況等進(jìn)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(guān)數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器，高清攝像頭內(nèi)含存儲(chǔ)卡，可先錄像再離線上傳至服務(wù)器。在遠(yuǎn)程通話功能中，內(nèi)置高靈敏度MIC及環(huán)線立體聲喇叭，實(shí)現(xiàn)語音雙向通訊、組呼、視頻通訊等功能。遠(yuǎn)程監(jiān)控人員一旦發(fā)現(xiàn)存在違章現(xiàn)象，可迅速運(yùn)用麥克風(fēng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行警示提醒。并且不同作業(yè)現(xiàn)場檢修人員之間也可以實(shí)現(xiàn)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?zhèn)鹘y(tǒng)便攜式小手電，在暗光環(huán)境下也可以為影像提供補(bǔ)光。

2.智能監(jiān)測(cè)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(jìn)技術(shù)下，可對(duì)人臉、設(shè)備等進(jìn)行智能識(shí)別。安全帽中的生命體征監(jiān)測(cè)功能，主要利用近紅外光電脈搏波血氧傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)作業(yè)人員的心率和血氧飽和度，確保作業(yè)人員身體適合現(xiàn)場作業(yè)。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(nèi)置電壓感應(yīng)芯片支持22V、10KV、35KV、110KV、220KV近電預(yù)警，一旦識(shí)別監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)距離高壓帶電設(shè)備或線路超過安全距離，將會(huì)自動(dòng)發(fā)出告警聲。在AI智能語音系統(tǒng)中，可通過調(diào)用人工AI，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)范查詢、工作流程解答等咨詢查詢功能。

結(jié)束語：總而言之，設(shè)計(jì)使用基于人工智能的一體化智能安全帽，對(duì)于減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度與作業(yè)負(fù)擔(dān)，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(guān)工作人員在實(shí)際進(jìn)行該一體化智能安全帽的設(shè)計(jì)時(shí)，還需要充分結(jié)合實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)選用與之相適宜的軟件、硬件等設(shè)備。主動(dòng)將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等各種先進(jìn)技術(shù)引入其中，以此有效優(yōu)化一體化智能安全帽設(shè)計(jì)，使其應(yīng)用功能得以更加豐富、完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]李育冰，胡闖.基于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的智能安全帽研究及應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2019（03）：94-96.

[2]鞏銳，吳晨光，李文萃.基于CAE優(yōu)化的智能安全帽成型設(shè)計(jì)[J].塑料工業(yè)，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(shù)新產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)。