一种施工人员安全状态远程监控方法及系统与流程

本发明涉及安全监测，尤其涉及一种施工人员安全状态远程监控方法及系统。

背景技术：

1、安全监测技术领域涉及利用穿戴式传感终端、无线通信基站及后台数据处理中心，对作业现场人员的生命体征、运动姿态及位置分布进行全天候感知与可视化管理的系统工程。其通过集成多模态传感器网络，实现对复杂环境下的危险源预警与应急救援指挥，是保障高危行业作业安全的核心技术手段。其中，传统用于施工人员的安全状态远程监控方法是指通过部署在安全帽或反光背心上的加速度计与心率监测模块，实时采集人员的单一维度运动加速度或脉搏频率数据，直接将采集数值与预先写入芯片的固定安全阈值进行线性比对，当监测数值超过设定上限时触发本地蜂鸣器报警或向监控终端发送异常信号。

2、现有技术采用固定数值阈值对采集数据进行简单比对，忽略了施工人员在不同作业强度下生理机能的动态波动特性，缺乏对肢体运动轨迹与核心生命体征之间的深度时空耦合校验，导致在高负荷劳动场景下极易将正常生理应激误判为危险信号，且在复杂地形环境中无法精准剔除设备震动产生的干扰噪声，造成安全状态评估结果严重失真，难以实现对突发险情的精准识别与即时响应。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种施工人员安全状态远程监控方法及系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种施工人员安全状态远程监控方法，包括以下步骤：

3、s1：获取施工人员的运动传感数据及生理信号数据，提取所述运动传感数据中的冲击特征参数，对所述生理信号数据进行周期性特征识别处理，生成心跳间期离散序列；

4、s2：对所述运动传感数据进行时频变换处理，生成作业动作的主频域能量分布特征，结合所述心跳间期离散序列计算心率变异性时域指标，基于所述主频域能量分布特征与所述心率变异性时域指标构建生理-运动异构耦合特征向量；

5、s3：将所述生理-运动异构耦合特征向量输入至预先构建的负荷评估模型中，生成动态补偿系数，利用所述动态作业强度补偿系数对预设的安全判定基准值进行自适应调节，建立自适应状态报警边界；

6、s4：基于所述冲击特征参数与所述心率变异性时域指标计算实时风险评价值，将所述实时风险评价值与所述自适应状态报警边界进行比较，当所述实时风险评价值超出所述自适应状态报警边界时，生成远程异常状态预警指令。

7、作为本发明的进一步方案，所述s1的步骤具体为：

8、s11：对获取的多轴加速度数据进行滤波处理，计算各轴向分量的合成向量，在滑动时间窗口内提取所述合成向量的峰值作为所述冲击特征参数；

9、s12：对获取的脉搏波信号进行基线校正处理，采用峰值检测逻辑方法定位信号中的周期性峰值点，计算相邻峰值点之间的时间间隔，生成所述心跳间期离散序列。

10、作为本发明的进一步方案，所述s2的步骤具体为：

11、s21：对所述运动传感数据施加窗函数并进行时频变换，构建时频域能量分布矩阵；

12、s22：对所述时频域能量分布矩阵进行频率维度的累积处理，提取能量集中的优势频段信息，生成所述主频域能量分布特征；

13、s23：对所述心跳间期离散序列进行差分运算及统计处理，生成所述心率变异性时域指标；

14、s24：对所述频域能量分布特征与所述心率变异性时域指标进行归一化处理，并将归一化后的特征进行向量融合，构建所述生理-运动异构耦合特征向量。

15、作为本发明的进一步方案，所述s3的步骤具体为：

16、s31：调用预先训练完成的负荷评估模型，将所述生理-运动异构耦合特征向量输入所述模型进行回归预测，输出表征当前作业负荷强度的无量纲数值，作为所述动态作业强度补偿系数；

17、s32：获取预设的安全判定基准值，根据所述动态补偿系数对所述安全判定基准值进行非线性修正，生成在当前作业负荷状态下的自适应状态报警边界。

18、作为本发明的进一步方案，所述s4的步骤具体为：

19、s41：获取所述冲击特征参数与所述心率变异性时域指标，分别为两者分配相应的风险权重，通过加权融合计算得到所述实时风险评价值；

20、s42：将所述实时风险评价值与所述自适应状态报警边界进行数值比较，当所述实时风险评价值大于所述自适应状态报警边界时，触发报警逻辑并输出所述远程异常状态预警指令。

21、作为本发明的进一步方案，所述峰值检测逻辑的执行过程具体包括：

22、设定滑动窗口长度为n，计算当前窗口内信号幅值的移动平均值作为动态浮动阈值，识别信号中大于该动态浮动阈值且一阶导数由正变负的局部极大值点；

23、校验相邻两个局部极大值点之间的时间间隔，若该时间间隔小于预设的不应期时长，则剔除幅值较小的极大值点，仅保留幅值较大的点作为有效峰值，从而生成所述心跳间期离散序列。

24、作为本发明的进一步方案，所述主频域能量分布特征的识别过程具体包括：

25、遍历所述作业动作能量谱密度矩阵中的所有频率仓，计算每个频率仓在时间轴上的平均功率密度值，将平均功率密度值最大的频率仓定义为优势频率仓；

26、计算该优势频率仓及其邻域内频率仓的能量总和与全频段总能量的比值，将该比值作为频谱纯度因子，并将优势频率仓的中心频率与所述频谱纯度因子组合，生成所述主频域能量分布特征。

27、作为本发明的进一步方案，所述自适应状态报警边界的建立过程具体包括：

28、依据所述动态作业强度补偿系数，采用指数衰减调节函数计算当前的报警阈值，其计算公式为：

29、；

30、其中，代表自适应状态报警边界，代表预设的基础安全判定阈值，代表调节灵敏度系数，代表动态作业强度补偿系数，代表标准作业强度参考值，代表强度波动平滑因子。

31、作为本发明的进一步方案，所述实时风险评价值的计算过程具体包括：

32、构建包含冲击风险项与生理疲劳项的联合评估函数，计算公式为：

33、；

34、其中，代表实时风险评价值，代表冲击风险权重系数，代表瞬时冲击幅值，代表传感器量程最大值，代表当前的心率变异性时域指标，代表施工人员的静息基准指标，代表防止分母为零的微小常数。

35、一种施工人员安全状态远程监控系统，所述系统用于实现上述的施工人员安全状态远程监控方法，所述系统包括：

36、数据采集与解析模块，配置为获取施工人员的运动传感数据及生理信号数据，提取所述运动传感数据中的冲击特征参数，对所述生理信号数据进行周期性特征识别处理，生成心跳间期离散序列；

37、多维特征融合模块，配置为对所述运动传感数据进行时频变换处理，生成作业动作的主频域能量分布特征，结合所述心跳间期离散序列计算心率变异性时域指标，基于所述主频域能量分布特征与所述心率变异性时域指标构建生理-运动异构耦合特征向量；

38、动态阈值构建模块，配置为将所述生理-运动异构耦合特征向量输入至预先构建的负荷评估模型中，生成动态补偿系数，利用所述动态作业强度补偿系数对预设的安全判定基准值进行自适应调节，建立自适应状态报警边界；

39、风险预警执行模块，配置为基于所述冲击特征参数与所述心率变异性时域指标计算实时风险评价值，将所述实时风险评价值与所述自适应状态报警边界进行比较，当所述实时风险评价值超出所述自适应状态报警边界时，生成远程异常状态预警指令。

40、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

41、本发明中，通过引入多源异构数据时空同步采集与解析机制，构建基于作业动作频域特征的动态生理补偿模型，实时计算肢体运动能量与心血管负载之间的耦合系数，消除了高强度劳动场景下因生理指标自然波动引发的误报干扰，利用自适应状态边界判定逻辑替代传统固定阈值，精准区分了非危险性作业震动与真实突发事故冲击，实现了对施工人员生命体征与行为姿态的深度关联分析，解决了传统监控手段在复杂噪声环境下识别精度低且抗干扰能力差的技术难题。