基于AIOT 的智能工作服设计

宋景弘，黄振威，姚芳琳，陈 江

（1.广西建设职业技术学院，广西 南宁 530007；2 南宁理工学院，广西 南宁 530000）

0 引言

物联网技术监管代替人工巡查是未来施工场地安全管理的发展趋势[1]。物联网技术监管主要采用为施工人员穿戴的工作服加挂传感器、蜂鸣器，同时连接物联网等方式实现。智能工作服就是在物联网技术革新和生产安全需求不断提高的智能化的产物。

物联网技术与人工智能相融合，最终追求的是形成一个智能化生态体系，在该体系内，是以不同智能终端设备之间、不同系统平台之间和不同应用场景之间的互融互通、万物互融来实现的。除了在技术上需要不断革新外，与AIoT 相关的技术标准、测试标准的研发、相关技术的落地和典型案例的推广以及规模应用也是现时期物联网与人工智能领域上亟需突破的一个非常重要问题[2]。

轨迹交叉理论认为，人的不安全行为和物的不安全状态如果产生时空交集，就会导致事故的发生。而运用物联网技术进行监管便是运用技术手段高效提醒作业者存在不安全行为或检测环境中是否存在物的不安全状态。在“人-物-环-管”四环措施中，提升“管”的效能，从而有效提高作业场景安全管理水平。运用传感器、通信技术和物联网技术等设计了一种智能工作服。

1 工作服设计

基于AIOT 的智能工作服设计[3]，其特征在于：包括智能工作服衣体1、风扇安装区域2、多频LED 灯带3、柔性显示屏4、智能工作服外层5、反光条6、蓝牙芯片、定位芯片7、第一魔术贴8、供电接头9、嵌入供电接口10、各类功能性导线11、放置盒12。基于AIOT 的智能工作服，其特征在于：放置盒内还设有蓝牙芯片及定位芯片，蓝牙芯片及定位芯片通过控制器与电池电连接；外层外表面的前胸处设有柔性显示屏，柔性显示屏通过第三魔术贴与所述外层粘连，以使柔性显示屏与控制器电连接；收纳袋内还设有控制板，控制板通过螺旋导线与控制器电连接；内层的安装口设有封闭布，第五魔术贴毛面位于封闭布与内层连接处的两侧，封闭布背向安装口一面的第五魔术贴扣面与对应的第五魔术贴毛面粘连时，封闭布翻折于所述安装口外；外层外表面设有反光条[4]。

一种基于互联网的智能可穿戴设备是物联网得设备终端，以个人信息集为一体，及时将数据信息通过无线通信传输系统传送到地面总控制中心，地面总控制中心对收集来的信息进行有效甄别与分析，用以提高工作的效率与质量。智能工作服系统主要由工人人员定位模块、恒温模块、无线蓝牙传输系统模块和循环系统通风等四个模块组成[5]，如图1 所示。鉴于我国的北斗定位系统已经于GPS 等定位系统兼容，发展也已经成熟，所以我们的定位系统使用北斗定位系统也可以减少信息泄漏的风险。

图1 智能工作服整体装置图

1.1 硬件设计

智能工作服系统主要由微处理器、电源模块、恒温模块、北斗定位单元声光报警装置、蓝牙传输及无线通信模块等多部分组成。

1.1.1 微处理器及外围电路设计

如图2，在智能工作服系统的微处理器中选用STM32F103 来进行工作，其主频率能够达到72 MHz，外部设计丰富，并且适应环境的温度为-40～85℃，这是满足设计的需求。整个系统的一个重要模块就是电源，系统的设计主要结构则是采用体积小、容量高的一种锂电池供电。根据系统的每一个模块的需求，其分别设计了3.3 V、5 V 这三个稳压电路。

图2 处理器和电路原理

1.1.2 恒温模块设计

如图3，工作服设计恒温模块设计选用根据Clim8 恒温系统设计除了Clim8 系统的升温的功能以外还有降温的功能，通过对外界温度的感知与穿戴者的身体温度来调整出一个最佳温度，这就让使用者一年四季都可以使用。

图3 恒温原理

1.1.3 北斗定位系统

建筑行业的数据非常庞大与复杂，人员管理也比较困难，不同的工种施工员也很多，智能工作服运用北斗定位系统原理就可实现考勤定位功能，在工作服的衣领后方安装，北斗定位系统主要由阅读器、后台数据管理系统两部分组成。先是利用阅读器的自动识别功能，将相关数据导出传递到后台管理数据库。其主要数据是纪录人员的进/出施工现场的时间。从而运用物联网技术和借鉴物流实施定位的原理可以准确获取人员所处的方位。

1.1.4 蓝牙传输芯片设计

蓝牙传输可以通过蓝牙协议、蓝牙Mesh 协议、Zigbee 协议连接网关中枢传导，网关中枢传导连接WiFi 集合至AloT（人工智能物联网），形成多种设备互联信号交汇和指令传输。

1.2 智能工作服软件设计

智能工作服的智能终端是在AIoT（人工智能物联网）平台开发的。智能工作服会依据每个任务的功能，将每个模块划分为环境数据设计模块检测、RFID电子标签原理、佩戴检测原理。数据采集部分主要包括定位、环境信息以及佩戴检测数据。

1.2.1 环境数据设计模块检测

工作服主要负责检测工作环境中工作服过滤废气和水蒸气循环通风的可检测度，并且将每一个数据依次通过无线通信传输到各领域的地面监控中心。当工作服环境中的检测浓度正常时，工作服则正常工作，如超出预设的报警阈值时，则会发出报警，数据则将上传到监测部门，则会派监测工作人员检查工作服，恢复正常方可让施工人员再次穿上进行工作。

1.2.2 RFID 标签

RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术是一种利用无线电射频信号进行通信的非接触式自动识别技术，随着RFID 技术不断研究升级，其优点是：可以在无触碰下阅读信息、在施工环境下不容易损坏、可以在复杂多目标情况下同时多个目标识别。RFID 标签进入规定范围磁场后，会接收阅读器发出的射频信号，凭借自身产生的感应电流所获得的能量再向阅读器传出存储在芯片中的产品信息；阅读器中解读功能读取信息编码并进行解码后，传送至计算机终端系统进行有关数据处理。

1.2.3 佩戴检测原理

佩戴检测原理是结合YOLO 模型（见图4）基于特征融合和分割监督相结合的人体检测和衣服属性识别两大模块组成，前者实现在图像中准确定位人体区域的功能，后者在单个人体区域的基础上利用注意力学习进一步分析人体属性，从而判断人是否正确佩戴装备。测试结果表明，上述技术方案在人体佩戴装备识别任务中，图像级准确率超过，可快速定位未按要求佩戴装备的重点人员，有效解决了24 h 复杂光照、多种类型遮挡、不同距离人脸尺度、装备款式类型多样化等实际应用中的难题，灵活适应不同场景环境。

图4 YOLO 模型工作原理

2 结语

建筑行业的生产安全一直都是国家关注的重点工程，因此也就吸引了很多大型的建筑企业在信息化的管理上，利用不断创新开发建筑行业工地物联网智能安全平台的技术。针对建筑施工现场工作人员存在的生命安全问题，结合物联网和无线通信传感网络在建筑信息智能化领域的应用，设计了一种建筑信息物联网终端智能安全工作服。该系统以STM32F103 硬件平台为基础，融入了人员定位、环境信息采集、蒸汽循环通风、佩戴异常报警、无线通信传输、语音通话等多种功能，其分别对系统的软硬件进行了详细设计和分析，并进行了对智能工作服的系统概念设计的详细分解。智能工作服的功能满足及达标了施工安全要求，对提高建筑行业工地进行信息智能化安全管理有着很好的促进作用，在未来，能够减少建筑行业工作人员的安全事故的发生量，减少人员伤亡数量，在建筑行业工地信息智能化安全领域具有非常广阔的应用前景。