能自动测报体温的智能施工安全帽研究*

刘建军，周景深，夏 彪，蒋 为

（湖南高速铁路职业技术学院， 湖南 衡阳 421001）

1 研究背景

近几年随着社会的发展， 建筑行业规模不断扩大。 自2010 年以来， 建筑业产值占国内生产总值的比例保持在6.6%以上， 2019 年为7.16%， 达到了近些年的较高点[1]。 由此可见， 建筑业在国民经济中所占比重越来越大。 建筑施工工地具有人员集中、 流动性大、 外来人员多、 素质参差不齐的特点， 为避免疫情在工地出现及扩散， 全面监测施工人员的体温， 掌握其活动轨迹及健康信息是一项十分重要的工作[2]。

近几年新冠病毒肺炎疫情严重影响了人们的正常生活与工作， 而开展人群发热筛查是疫情防控的重要手段之一。 目前人体的体温测量仪器主要有接触式和非接触式， 接触式的主要有水银体温计、 医用电子体温计等； 非接触式的主要有红外耳温计、红外额温计、 红外筛检仪等。 目前施工工地上大部分都采取人工手持体温计或红外额温计测量体温，一天2～4 次， 对施工人员实行集中排队一一检查。这种方法工作量大、 数据统计麻烦、 效率低， 更重要的是具有交叉感染病毒的风险[3]。

在建筑工程全面数智化管理的大时代背景下，智能施工安全帽作为安全作业中重要的防护设备，承载着守护个人生命及提高施工管理效率的作用，正在向科技化、 舒适化、 智能化方向发展[4]。 一款能实时、 自动测报体温的智能穿戴设备对施工工地疫情的防控非常重要， 显然安全帽是一个非常理想的载体， 而世面上这种安全帽几乎没有。 同时， 随着5G、 VR、 AI、 RFID、 BIM、 物联网等信息技术的飞速发展， 国内外把信息技术用在体育、 反恐、影视、 矿山、 电力行业的安全帽方面的研究比较多， 但是对建筑施工行业中的安全帽研究比较少，特别是对自动测报体温的安全帽装备研究少之又少[5]。因此， 研究一款能自动测报体温的智能施工安全帽显得十分迫切。

2 国内外研究现状

在国外， 美国Daqri 公司开发了第一款搭载安卓系统的AR 智能安全帽， 佩戴在头上， 通过BIM模型模拟出全尺寸的3D 现场环境； 欧洲LAZER Helmets 公司开发了一款集联网、 录像、 多方通话、影像编辑与实时上传、 紧急救护通知等功能于一体的安全帽[6]。 在国内， 中泰创安科技公司推出了具备可实时视频、 检测有害气体及人员定位等功能的智能安全帽； 赛亿科技开发了一款智能安全帽， 具有一键接听电话功能， 在工人遇到危险的时候， 能发出SOS 求救信号； 中建五局运用物联网、 大数据、 传感和RFID 射频技术开发了智能安全帽云平台， 实现危险物体识别、 人员移动定位、 声音报警、 数据缓存和无网续传等功能[7]。

以“ 智能安全帽” 为主题， 在中国知网中只检索出134 篇关于智能安全帽研究的论文（2023 年2 月数据） 。 通过知识图谱分析发现， 开展智能安全帽研究主要集中在土木施工、 电力能源、 石油化工、医疗健康、 地理测绘、 机械设备这些行业， 主要围绕以下7 个方面开展研究： 智能安全帽的系统开发、 外形设计、 安全性能、 传感技术、 实时监测与数据处理、 物联网系统、 不同场景应用等。 主要结合以下先进技术开展研究： 人工智能、 云技术、 物联网、 GPS 定位、 红外热成像、 全息技术、 智能识别、 无线传感器、 BIM 等技术。 尽管学者们对智能安全帽问题关注度有所提高， 但关于“ 能自动测报体温的智能安全帽” 的研究论文却很少。

大连大学黄祥[8]将建筑用的反射隔热涂料应用在安全帽上， 可以降低安全帽表面温度， 从而降低工人夏天在户外长期佩戴安全帽由于闷热或暴晒造成的不适感； 福清核电有限公司王征勇[9]利用深度学习与计算机视觉技术， 设计了基于YOLOV4 的安全帽识别方法， 能准确、 实时检测施工人员是否穿戴了安全帽； 国网浙江省电力公司袁成玉[10]通过DS18B20 温度传感器实时监测环境温度， 当温度高于设定值时蜂鸣器会发出警报声音， 此时继电器模块启动， 风扇转动， 以此达到降低温度的目的。

开发一个什么样的系统或组件， 能够实时采集施工人员的体温数据、 活动轨迹、 健康信息， 并进行传输、 存储、 管理和分析是关键； 把物联网、RIFD、 5G、 AI、 VR、 BIM 等信息技术融合到智能安全帽中， 实现安全帽的智能防疫功能也是关键。

3 智能施工安全帽的结构组成与工作原理

安全帽主要用于保护人的头部不受伤害， 主要由帽壳、 帽衬、 下颏带及附件等组成。 其中帽壳是安全帽的主要部件， 一般采用椭圆形或半球形薄壳结构； 帽衬是帽壳内直接与佩戴者头顶部接触部件的总称； 下颏带指的是系在下颏上的带子， 起固定安全帽的作用。 安全帽作为工人日常使用的防护装备， 全程保护着工人的整个作业过程。 但随着智能穿戴技术的发展和5G 等新兴技术的出现， 信息传递进入全新的时代， 智能安全帽作为一项新生的事物， 逐渐开始进入到人们的视野中。

团队历时几年研发， 设计了一种新型智能施工安全帽， 其主要由VR 眼镜本体、 射频识别模块、温度传感器、 中央处理模块、 电源模块、 5G 信号模块、 蜂鸣报警器等组成。 安全帽本体的两侧设置有转动轴， 转动轴转动连接有安装板， 安装板上设置有倒“ T” 形的轨道槽， 轨道槽内滑动连接有安装座， 安装座上设置有与轨道槽卡接的滑动槽， 安装座上设置有摄像头， 见图1。

图1 智能施工安全帽设计图

与现有的安全帽相比， 研发的新型智能施工安全帽主要有以下4 个优点。

第一， 安全帽本体上安装有中央处理模块， 中央处理模块连接了用于远程传输数据的5G 模块，还连接了用于拍摄的摄像头以及用于提供电能的电源模块。 智能施工安全帽内设置有射频识别模块，射频识别模块能够实现非接触的通信， 从而能够实现门禁、 考勤、 温度监测以及危险区域提前预警等功能。

第二， 安全帽上配有VR 眼镜， 施工人员可快速地查看3D 立体图纸， 可把计算机中的建筑BIM模型植入VR 眼镜中， 实现智慧施工、 智能建造，有助于提高施工的准确度。

第三， 在工人额头的正上方位置， 智能施工安全帽内设置有与中央处理模块连接的温度传感器，可以实时采集人体的额头温度， 并通过5G 模块把采集的数据远程传输出去。 同时， 在安全帽内设置有与中央处理模块连接的蜂鸣报警器， 蜂鸣报警器能够对工人或身边的人发出体温过高、 危险操作等预警信号。

第四， 摄像头安装座能沿着轨道槽上下和左右移动， 拍摄范围更广。 另外， 中央处理模块通过电源模块供电， 并与温度传感器和摄像头连接， 通过5G 模块可将摄像头采集的图像信息和人员的体温信息进行远程传输， 从而对人员的工作情况进行实时监督， 以保障其工作质量和工作安全。

4 结束语

能自动测报体温的智能施工安全帽能自动、 实时、 高效地采集人的体温， 有利于人员管理和保障人员生命安全。 本研究成果一方面可推动安全帽与5G、 VR、 AI、 RFID、 BIM、 物联网等新兴技术的融合， 帮助企业改革创新， 打造“ 智慧工地”， 促进施工实现“ 信息化、 智能化” 的高效管理； 另一方面可提高工程人员对于“ 安全帽重要” 的安全意识， 能有效地避免工程施工事故的发生， 保证施工的顺利进行， 直接或间接地节约施工成本， 为施工项目带来经济效益和社会效益的提高。