智能安全帽技术综述

马思聪 白洪宸

杭州意能电力技术有限公司 浙江 杭州 310014

引言

在工程建设上一直使用的传统安全帽不仅可以承受和分散高处掉落物品的冲击力，还可以保护或减轻使用人员在高处坠落时头部先着地时的撞击力，是保证生命安全的重要个人防护用品[1]，在电力、建筑、日常生活以及其他领域等各方面起着至关重要的作用。

而智能安全帽是在科技发展下，由传统安全帽逐渐衍生而来的，可以说是传统安全帽的升级版本，除具备保护使用人员头部安全的功能以外，为适应工程现场的多样性与需求性，加入智能集成模块，具有视频录制[2]、实时定位[3-4]、语音对讲[4]、远程协助、监管考勤[5]、脱帽预警[5-6]等功能，同时配合管理服务平台与手机APP，进行实时高效管理，为企业提高整体安全性，实现降本增效。

本文主要阐述了智能安全帽现状、组成、功能、存在的问题，并对未来安全帽发展提出一些设想与建议。

1 国内现状

当前智能安全帽行业已经在我国发展了近二十年左右，并已应用于各个领域中，其中主要应用于传统行业（电力、建筑、矿业等），随着“互联网+”的出现，进一步助推了智能安全帽市场的快速发展。据统计，在2019年智能安全帽行业市场规模达到3500亿元，同比增长19.6%，而且中央印发的《智能安全帽行业发展“十三五”规划》中明确指出要求到2020年智能安全帽行业将增加30%，说明智能安全帽市场需求旺盛，行业发展长期向好,发展趋势仍处于成长阶段，但现阶段整个产品技术已逐渐成形，产业特点、竞争状态以及应用领域比较明朗，企业进入市场的壁垒相对提高，产品种类与竞争者繁多。

2 性能与功能

2.1 质量与舒适性

智能安全帽最基本功能还是防止在物体打击发生时用来减轻或避免冲击头部，造成伤害，也是保证人生命安全最最重要的功能，所以其质量好坏[7-8]是保障安全的主要因素之一，而另一个因素是在实际工程现场中，不愿意佩戴安全帽[9-10]的现象屡见不鲜，相关研究表明，在作业场所物体打击事故中，不佩戴安全帽的行为引发伤害占15%以上，这一现象国内部分学者进行了大量研究，得出帽体本身不但在结构设计[11-13]上要起到防护作用，而且需要具备各种特殊技术性能[14]要求（如耐低温、防静电、电绝缘等），还要在舒适性[15-18]（散热、吸汗、透气等）上要符合人机工程学,从而使佩戴者得到最好的感观体验，以应对各种环境下佩戴需求。

2.2 组成与功能

工程施工现场往往存在大量不确定因素，而随着城市不断地建设与发展，现代化程度日益提高，工程规模也在逐渐扩大，正因为处于这样一个高速发展的时期，更加剧工程施工现场的多样性与复杂性，例如高压线路检修、安装人员的工作特性，具有相对分散且难于管控，若工作地点又是位于山区，在4G信号缺失的情况下，无法进行通信及定位，出现突发异常情况，会给救援带来较大的难度，危及检修人员的生命安全。

针对上述问题，现阶段市面上的智能安全帽均具有嵌入式智能通信系统这一功能，通过北斗系统[19-21]、无线网络与管理服务平台进行数据交换，实现人员定位、双向语音、远程监管、数据查询等各种功能，在一定程度上大大提高人员安全性与效率、优化管理模式。

2.2.1 硬件介绍。硬件系统基本是由智能安全帽，本地或云服务器所组成。其中智能安全帽包括帽体、透气孔、散热孔、内饰卡扣，并装设高清摄像头、照明灯、SIM卡槽、喇叭孔、电池锁扣，麦克风、数据通信传输模块、北斗定位模块、相关操作按键（包括拍照、SOS、照明、通话、声音调节，开关机等按键），同时配有本地存储卡、便捷充电口、充电器等，整体设计既要考虑重量配比与舒适性，又要保证各组件的紧凑性与可靠性。

2.2.2 功能介绍。①定位跟踪。通过帽体上的北斗定位模块接收卫星数据，解码位置信息，通过4g/wifi/北斗与服务器进行数据交换，还可通过wifi或蓝牙与手机APP进行连接与控制，可实现人员高精确定位，并可绘制出人员的行动轨迹，方便管理人员查询。②远程协助。在工程现场遇到技术问题或突发性事故，可利用帽体上的高清摄像头、远程视频、语音等功能，及时向相关专家汇报与记录，可快速得到技术支持与解决方案，而且在当下新冠疫情期间，不仅可使技术人员出差频次减少，降低人员流动率，还可以解决一定的紧急问题。③远程监管。管理人员需要进入单位内部或生产现场进行监督检查与验收，可通过智能安全帽将相关现场画面第一时间上传至管理服务平台，同时方便查阅与查询，也可通过现场工作人员进行记录与上传，保障工作与安全生产有序进行。④巡检排查。通过红外检测功能，可实时监控现场工作人员是否发生脱帽行为[22]，实现违规事件自动记录，并实时统计巡检人员到达巡检点的具体时间、路线、巡视到位率等数据，自动生成行动轨迹，达到可知可控状态，保障安全工作顺利进行。⑤精准考勤。将人脸面对摄像头进行“刷脸”操作，高清摄像头会将作业人员的头像上传至管理服务平台，与管理平台上的照片、姓名、智能安全帽编号一一对应并绑定，可为人员身份认证、考勤、查询进行备份与使用。

3 应用领域

3.1 电力行业

在工作过程中，电力工作人员需要佩戴安全帽，执行各种工作任务，主要包括巡检、录音、录像、通话、设备操作、安全监护等。将智能安全帽应用于该领域后，则可代替各种电子设备，减少携带随身携带的设备，降低生产维护成本，同时可实现各类型设备材料说明书、资料的集成。不仅使标准化流程从纸质流改变为数据流，带来工作效率的提升，而且进入危险场所或存在不正确的措施和行为可及时进行预警提示，提升安全性。

3.2 建筑行业

在建筑工程上，同样也存在较多的复杂工序，将智能安全帽应用该领域后，可对施工工艺过程进行扫描与记录，对作业行为进行监督与管理，同时可查阅各种材料的资料与特性，快速扫描各种设备、部件的安装角度、距离并进行相应的提示，提高安全性与效率，减少工作量。

3.3 其他行业

以智能化为前提，智能安全帽还可根据用户需求环境与特点，进行功能定制与开发，以适应不同行业的相关需求。

4 存在的问题

4.1 平台管理水平落后

智能安全帽行业生产商和消费者之间存在矛盾，部分智能安全帽生产企业以盈利为目标，以致对加盟者审核不严格，存在服务水平参差不齐，所以目前尚未解决盈利问题，而利润的主要来源来自于压缩原材料，严重影响产品质量与服务，存在隐患。

4.2 供应链整合度低

智能安全帽行业供应链涉及品类繁多。其中小型企业难以生存，初期投资过大，很难打价格战，而行业产品的标准化程度太低，导致生产周期长且成本高。

4.3 行业标准化程度低

智能安全帽行业产品标准化程度低，不能构成独立体系，服务质量在很大程度上依赖于制造厂商、设计师等能力，难以形成规模化管理，导致质量问题频发，管控监控缺失，严重影响用户体验。

4.4 研发设计能力不足

智能安全帽行业研发设计人才供需存在失衡现象，有时无法满足用户所提出的个性化需求，导致行业设计不符合市场需求，交付给用户的设计产品匹配性较差，后期服务更新较慢。

5 未来发展趋势

5.1 需求定位

随着大众生活水平的提高，对安全方面的要求也随之提高，所以越来越多的用户对智能安全帽行业也更加重视，提出了更多更高的需求和建议，因此满足用户需求将是智能安全帽行业的未来立根之本。

5.2 帽体本身

由于材料技术工艺的改进发展和成本的降低，为了进一步保障人身安全性，帽体应该会往更高强度、更低重量发展，其材质必然会发生改变，会由当前工程塑料向更先进的纳米、碳纤维等材质方向逐渐转变，在未来将具体采用何种材质，尚无法估计。

5.3 硬、软件部分

随着技术不断进步，许多事物都发生了翻天覆地的变化，例如发展至今的手机其操作性和功能性已比拟或超越普通计算机，又或者是汽车已逐渐往无人驾驶方向发展，而且AR技术、全息显示技术、穿透式投影技术等先进技术也在不断发展与革新，这些技术在未来也可应用于智能安全帽之上，可能会赋予其全新的使命，不光从安全性能上所考虑，所以可造成的应用价值也无法估量。

6 结束语

智能安全帽是将智能技术与传统安全防护用具相结合的产物，实现对人与设备的实时感知、对安全生产过程的实时监管，构建了动态交互式的智能化监控管理服务平台，而当下新技术比如云计算、大数据等的出现，给行业标准化问题提供了全新的思考空间，通过新技术在未来能够更好地解决行业痛点和问题，保障行业服务效果，实现行业效率和用户体验的双重提升，必将在各个领域发挥巨大效能。