基于人工智能的一体化智能安全帽研究
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摘 要：在户外作业中为满足多样化需求，通常需要外出作业人员携带众多通用工具或电子设备，加之其在作业中需要同时对周围环境、设备状态等诸多要素进行同时管控，故而也大大增加了现场作业人员的负担。为此，本文将通过结合相关研究资料，以人工智能技术为基础，尝试设计一种一体化智能安全帽。在对其结构基本组成、软硬件设计以及应用功能等进行分析研究下，为减轻户外作业人员负担，提升其作业效率给予相应帮助。
关键词：人工智能;一体化;智能安全帽;设计应用
引言：随着我国人工智能技术的持续发展，许多通信、电子等设备中均已开始逐步使用人工智能技术，并获得了良好的应用成效。但眼下我国在安全帽设计制造领域中，人工智能及一体化设计技术的应用尚且处于一片空白。因此本研究一方面可为该领域提供相应的理论参考，另一方面也可以为基于人工智能的一体化智能安全帽的实际应用指明方向。
一、基于人工智能的一体化智能安全帽结构基本组成
一体化智能安全帽从本质上来说，属于一种智能化的可穿戴装备。其采用一体化设计方式，将包括物联网与移动互联网、人工智能以及云服务等在内的众多设备功能和先进技术手段进行有机整合，使其集成在同一个智能安全帽上[1]。其主要设计目的在于避免作业人员在户外作业中，携带各种繁琐设备，为现场作业人员减负、增效，提供定位、对讲、电话呼叫、视频、拍照、照明及安全防护等服务。作业过程能够与后台管理进行实时互动，且该人工智能下的一体化智能安全帽可以自动采集各项信息数据并对其进行同步分析、存储与传输。立足具体作业需求，一体化智能安全帽还支持业务对接，为指挥中心提供身临其境、运筹帷幄的调度平台，实现紧急调度、远程指挥、工作协调等服务，最终达到切实提升作业人员的作业效率和管理效率的目标。
本文设计的基于人工智能的一体化智能安全帽，在一体化设计形式下，其主要结构组成包括信息系统、硬件系统、软件系统以及电子设备集成等。各子系统以及电子设备之间，通过运用物联网、移动互联网等方式进行互联互通，在将人工智能技术以及云服务等技术引入其中，使得各电子设备与子系统可以具备较高的智能化程度。可在制定作业环境下自动进行相互组合、互相配合。独立、高效地完成信息数据采集分析、同步传输等功能。
二、人工智能下的一体化智能安全帽设计与应用分析
（一）智能安全帽设计
1.硬件设计
在本文设计的基于人工智能的一体化智能安全帽的硬件系统部分，其主要构成除运算器与控制器外，还包括输入和输出设备以及存储器等。在接入方式设计中，采用统一规划多硬件模块，在使用通用型串口的基础上，配合使用USB接口对包括高清影像模块、近电感应模块、GPS定位模块、生命特征模块、语音识别模块、照明模块、快捷按钮模块等在内的各硬件进行有效集成。其中，高清影像模块中设计采用自带移动通信网络传输功能模块的高清摄像头，摄像头配置大容量存储卡记录，并且在云服务作用下，数据可同步存储在云中。此外，摄像头中设置了可充电式大容量锂电池，可有效延长设备工作时间，在将摄像头和音视频收发器进行相互分离下，也能够避免作业人员穿戴一体化智能安全帽时感觉设备过重，而影响其正常作业[3]。在照明模块中设计采用低功率的LED白光照明灯，在节能节电之余也可为夜间影像拍摄补光。在其硬件设计中，各输入设备均需要在物理层与结构层中进行统一集成。不仅如此，设计人员还需要通过积极参考其他同类型智能安全帽、防护帽的成功设计案例，学习其优秀的设计理念与设计方法，科学集成相应硬件驱动，使得该一体化智能安全帽设备能够自动完成对各项硬件设备数据的准确读取。确保数据传输具有较高的安全可靠性和稳定性。
2.软件设计
在该基于人工智能的一体化智能安全帽中，使用专门的音视频传输软件并将其设置在数据传输模块当中。该软件主要负责完成数据传输、音视频的编解码与采集播放等功能。在其正常运行时，所有现场音频与视频分别交由麦克风与高清摄像头负责进行统一采集，而后集中进行压缩处理，最后经由物联网与移动互联网等通信网络传输至数据处理终端。由数据处理终端转发的各种数据，在准确传输至数据传输模块后，将分别通过该一体化智能安全帽中的喇叭与光学棱镜进行播放和集中显示。此外，该一体化智能安全帽设计中，还采用专门负责转发数据的工具软件，同样将其安装在数据处理终端内，用以作为该一体化智能安全帽以及后台服务器的数据中转站，一路声音输入与输出信号以及其他数据均可以借助移动通信网进行实时、精准转发。
本文在设计人工智能下的一体化智能安全帽中，同时还设计使用兼具播放和存储音视频、智能识别语音与视频图像、人员与设备管理等诸多功能模块的后台服务软件。并将该软件设计安装在服务器上。在前端和后台均使用 java 开发，集成各相关模块，完成软硬件集成和调试，通过后台软件实现管理和控制。配合使用现代计算机、网络通讯技术等，搭建起相应的信息系统，通过对企业现有各项资源，包括人力、物力等进行全面调查了解，建立正确的数据，由该信息系统负责加工处理并编制成各种信息资料，及时提供给管理人员，以便相关工作人员实现正确决策决议，从而不断提高企业的管理水平和经济效益。
（二）智能安全帽功能
1.智能通信与实时视频
该一体化智能安全帽具有高清影像功能与远程通话功能，其中前者可代替当前移动单兵设备，接入省公司现场作业安全管控平台。并通过利用其带有的高清摄像头，作业人员通过直接触发相应按钮，即可对现场环境、设备运行情况等进行影音视频的采集记录、分析与同步传输[3]。所有采集得到的音像视频及相关数据，可实时上传至服务器，高清摄像头内含存储卡，可先录像再离线上传至服务器。在远程通话功能中，内置高灵敏度MIC及环线立体声喇叭，实现语音双向通讯、组呼、视频通讯等功能。远程监控人员一旦发现存在违章现象，可迅速运用麦克风、移动互联网等对现场进行警示提醒。并且不同作业现场检修人员之间也可以实现互相通话。除此之外，在采用LED白光照明下，一体化智能安全帽还具备LED照明功能，其亮度可代替传统便携式小手电，在暗光环境下也可以为影像提供补光。
2.智能监测告警与AI语音
基于人工智能的一体化智能安全帽，在采用人工智能等先进技术下，可对人脸、设备等进行智能识别。安全帽中的生命体征监测功能，主要利用近红外光电脉搏波血氧传感器实时检测作业人员的心率和血氧饱和度，确保作业人员身体适合现场作业。另外，该一体化智能安全帽还具有近电告警和AI智能语音功能。在近电告警功能中，内置电压感应芯片支持22V、10KV、35KV、110KV、220KV近电预警，一旦识别监测发现距离高压带电设备或线路超过安全距离，将会自动发出告警声。在AI智能语音系统中，可通过调用人工AI，可以实现规范查询、工作流程解答等咨询查询功能。
结束语：总而言之，设计使用基于人工智能的一体化智能安全帽，对于减轻作业人员的劳动强度与作业负担，为其提供更多的生命安全保障以及全面提升检修成效等，均具有十分重要的帮助作用。为此，相关工作人员在实际进行该一体化智能安全帽的设计时，还需要充分结合实际情況，合理设计选用与之相适宜的软件、硬件等设备。主动将人工智能、物联网等各种先进技术引入其中，以此有效优化一体化智能安全帽设计，使其应用功能得以更加丰富、完善。
参考文献：
[1]李育冰，胡闯.基于远程监控技术的智能安全帽研究及应用[J].电气化铁道，2019（03）：94-96.
[2]巩锐，吴晨光，李文萃.基于CAE优化的智能安全帽成型设计[J].塑料工业，2020（01）：55-57.
[3]孙振豪，徐一虎.一种基于Arduino的通用智能安全帽的研究[J].中国新技术新产品，2019（07）：15-17.
作者简介：
王其明（1988—），男，安徽合肥人，工程师，硕士，研究方向：电力通信光传输网络。
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