本發明涉及危險作業的生理健康監測設備，特別是涉及具有智能算法監測評估和判定控制預防系統。

背景技術：

各種危險作業的行業，比如交通運輸、建筑、搶險、勘探、隧道、井下、戶外、高空，甚至劇烈比賽等，從事該工作的人員上崗前、工作進行當中，員工的必要生理健康與否，判定該員工能否適合從事該工作，需要進行生理健康檢測，現有技術的生理健康檢測項目單元，比如酒精檢測儀，僅僅檢測酒精含量，不足以完整的發現工作人員潛在的、不利于工作的生理、心理因素，無法避免由于員工心理、生理上的突發不適應性，所帶來工作上的經濟損失、甚至是人員生命安全的危害。

技術實現要素：

基于此，針對現有技術，本發明的所要解決的技術問題就是提供一種成本低、構建靈活、普遍適用、有效降低安全事故概率的智能高危工作上崗健康監測儀。

本發明的技術方案為：

一種智能高危工作上崗健康監測儀，包括攝像頭、生理傳感器、生理傳感器擴展接口、執行單元、執行單元擴展接口、環境參數檢測傳感器、智能生理心理狀態監測評估控制模塊、無線/有線通訊模塊，所述攝像頭采用人臉識別進行現場實時錄像輸入數據，所述生理傳感器進行生理參數的檢測A/D輸入，所述生理傳感器擴展接口采用分時單口復用技術配置擴展接入，所述生理參數，結合所述環境參數檢測傳感器的輸入，經過所述智能生理心理狀態監測評估控制模塊的權重分配的歸一化輸入的統計分析對比，輸出被測試者的情感狀態系數，并通過所述無線/有線通訊模塊將結果發送上一級服務器并取回命令和需求，經過所述執行單元擴展接口連接所述執行單元進行對于操作執行。

在其中一個實施例中，所述智能生理心理狀態監測評估控制模塊，所述生理參數經過絕對閾值篩選器，超預設閾值報警處理，在預設閾值范圍的數據經過歸一化計算，配合經過環境情景綜合篩選器的歸一化的情景參數再經過智能權重分配器輸入，得到生理矢量合成和心理矢量合成，所述生理矢量合成得到綜合生理指標，所述心理矢量合成得到心理情感系數，所述綜合生理指標和心理情感系數計算輸出所述情感狀態系數。

在其中一個實施例中，所述生理傳感器包括但不限于指紋、酒精、心率、體溫、血壓、血氧、心電，環境情景包括但不限于環境溫度、濕度、噪聲、空氣質量和光照強度；所述生理傳感器擴展接口包括A/D、計數/計時、USB OTG、UART。

在其中一個實施例中，所述執行單元包括智能鑰匙、智能開關、語音對講模塊和監控視頻模塊，所述執行單元擴展接口電連接所述執行單元和連接所述環境參數檢測傳感器。

在其中一個實施例中，所述智能鑰匙帶有用戶指紋和系統分配的工作權限授權文件，通過USB接口或無線通訊，與嵌入式ARM單片機電連接，所述嵌入式ARM單片機讀取、存入相關授權許可情況。

在其中一個實施例中，所述智能開關根據所述智能鑰匙的所述授權許可情況，通過加密、解密芯片得到所述用戶的操作權限，通過驅動控制功率開關的開閉，控制相應的工作電氣設備。

在其中一個實施例中，所述智能開關通過WiFi或藍牙接口與云端服務器連接，所述云端服務器通過無線方式氣動或關閉健康監測儀。

在其中一個實施例中，還包括快速心電檢測探頭，所述快速心電檢測探頭包括環形硅膠項圈、測量導線和電極，所述環形硅膠項圈戴在被測試者的頸部，所述電極搭在所述被測試者的前胸進行心電測試。

在其中一個實施例中，所述智能高危工作上崗健康監測儀與生理檢測傳感器、智能執行單元組成智能監測終端，至少2所述智能監測終端聯合通過有線/無線通訊模塊、服務器端端程序、數據庫、云端數據服務器，組成一智能高危工作上崗健康監測子系統。

在其中一個實施例中，所述智能危險崗位健康監測子系統通過與云端數據服務器進行聯網，遠程訪問電腦和/或智能手機APP通過聯網與所述云端數據服務器進行數據通訊，組成智能高危工作上崗健康監測估及控制系統。

相對現有技術，本發明的智能高危工作上崗健康監測儀，通過多種生理數據采集，不僅可以完整的發現工作人員生理問題，也可以發現其潛在的心理狀態是否勝任工作。通過系統其他智能部件配合工作，就可以杜絕人員、財產損失的發生，降低安全事故出現的概率，構建靈活，普遍適用。

使用本發明的智能高危工作上崗健康監測儀，具有如下具體技術效果：

1）、有限的生理指標檢測參數，可以科學的推算出心理狀態；

2）、給出員工狀態的預判斷，預警信號，避免事故發生、擴大；

3）、智能根據工作情景，以及歷史數據，給出符合實際的判斷閾值；

4）、采用獨特的人工智能算法，隨著使用時間的增加，對數據庫里面成員的心理、生理狀態分析更加準確；

5）、從云端數據庫，智能分析軟件，到終端的智能監測設備、智能呼叫對講，智能鑰匙、智能開關等智能單元模塊，甚至是智能手機應用軟件，通過有線、無線互聯網絡，構成了一個完整、智能的數據通訊生態系統；

6）、系統可以拒絕生理、心理異常員工，開展進一步工作，避免人員、財產損失的發生；

7）、系統可以把檢測異常情況，通過后臺通知給直接領導，或者安全管理部門，提前做出預防措施，避免人員、財產損失的發生或者擴大；

8）、系統構建靈活，可以根據實際需要，構建成功能齊全、完整的大系統，也可以直接使用單獨的智能終端產品，安裝方便。

附圖說明

圖1為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的功能模塊示意圖；

圖2為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的功能模塊系統框圖；

圖3為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的分級智能決策算法示意圖；

圖4為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的快速簡明區間算法示意圖；

圖5為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的擴展接口示意圖；

圖6為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的智能鑰匙功能框圖；

圖7為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的智能開關功能框圖；

圖8為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的心電測量項圈示意圖；

圖9為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的子系統框圖；

圖10為本發明的智能高危工作上崗健康監測儀的大系統框圖。

具體實施方式

下面參考附圖并結合實施例對本發明進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，以下各實施例及實施例中的特征可以相互組合。

首先說明根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀。

本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀：包括攝像頭、生理傳感器、生理傳感器擴展接口、執行單元、執行單元擴展接口、環境參數檢測傳感器、智能生理心理狀態監測評估控制模塊、無線/有線通訊模塊，所述攝像頭采用人臉識別進行現場實時錄像輸入數據，所述生理傳感器進行生理參數的檢測A/D輸入，所述生理傳感器擴展接口采用分時單口復用技術配置擴展接入，所述生理參數，結合所述環境參數檢測傳感器的輸入，經過所述智能生理心理狀態監測評估控制模塊的權重分配的歸一化輸入的統計分析對比，輸出被測試者的情感狀態系數，并通過所述無線/有線通訊模塊將結果發送上一級服務器并取回命令和需求，經過所述執行單元擴展接口連接所述執行單元進行對于操作執行。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能生理心理狀態監測評估控制模塊，所述生理參數經過絕對閾值篩選器，超預設閾值報警處理，在預設閾值范圍的數據經過歸一化計算，配合經過環境情景綜合篩選器的歸一化的情景參數再經過智能權重分配器輸入，得到生理矢量合成和心理矢量合成，所述生理矢量合成得到綜合生理指標，所述心理矢量合成得到心理情感系數，所述綜合生理指標和心理情感系數計算輸出所述情感狀態系數。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述生理傳感器包括但不限于指紋、酒精、心率、體溫、血壓、血氧、心電，環境情景包括但不限于環境溫度、濕度、噪聲、空氣質量和光照強度；所述生理傳感器擴展接口包括A/D、計數/計時、USB OTG、UART。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述執行單元包括智能鑰匙、智能開關、語音對講模塊和監控視頻模塊，所述執行單元擴展接口電連接所述執行單元和連接所述環境參數檢測傳感器。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能鑰匙帶有用戶指紋和系統分配的工作權限授權文件，通過USB接口或無線通訊，與嵌入式ARM單片機電連接，所述嵌入式ARM單片機讀取、存入相關授權許可情況。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能開關根據所述智能鑰匙的所述授權許可情況，通過加密、解密芯片得到所述用戶的操作權限，通過驅動控制功率開關的開閉，控制相應的工作電氣設備。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能開關通過WiFi或藍牙接口與云端服務器連接，所述云端服務器通過無線方式氣動或關閉健康監測儀。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，還包括快速心電檢測探頭，所述快速心電檢測探頭包括環形硅膠項圈、測量導線和電極，所述環形硅膠項圈戴在被測試者的頸部，所述電極搭在所述被測試者的前胸進行心電測試。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能高危工作上崗健康監測儀與生理檢測傳感器、智能執行單元組成智能監測終端，至少2所述智能監測終端聯合通過有線/無線通訊模塊、服務器端端程序、數據庫、云端數據服務器，組成一智能高危工作上崗健康監測子系統。

在根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，優選地，所述智能危險崗位健康監測子系統通過與云端數據服務器進行聯網，遠程訪問電腦和/或智能手機APP通過聯網與所述云端數據服務器進行數據通訊，組成智能高危工作上崗健康監測估及控制系統。

其次說明根據本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀的實施例。

圖1給出了本申請的智能高危工作上崗健康監測儀功能模塊示意圖，圖2為功能模塊系統框圖，由圖1和圖2可知，本申請的智能高危工作上崗健康監測儀，由8個部分組成，分別是：像頭、生理傳感器、生理傳感器擴展接口、執行單元、執行單元擴展接口、環境參數檢測傳感器、智能生理心理狀態監測評估控制模塊、無線/有線通訊模塊。

每一部分功能描述如下：

1）、智能生理心理狀態監測評估控制模塊

智能生理心理狀態監測評估控制模塊是核心，其中包含了一套獨特的分級智能決策算法來確定生理參數是否正常，通過對數據的統計分析比對，找到此時心理特征值對應區間。從而可以確定被測人員的心理狀態是否正常。在上面的計算當中，外界環境的影響也被量化后，計權重參與計算，這樣得出的結果準確度大大提高。

每項參數的單位不同，所以需要進行歸一化計算，圖3給出了分級智能決策算法示意圖。

這里，綜合生理指標計算的公式如下：

=

P的范圍從0~100，Wi的取值由程序根據測量生理參數設定，Wbi是智能權重分配器的輸出。智能權重分配器是一個綜合分析，根據不同環境參數對不同生理測量量的影響程度不同，根據歸一化輸入值（Ti），自動生成對應的權重影響因子Wbi。這里，智能權重分配器同時會對應不同應用情景模式，加入情景影響因子，取值范圍為（-10.5，+10.5）。

當P <35時，表示該測試者的綜合生理指標低，需要注意。例如，血壓低，心率緩慢。

當P >75時，表示該測試者的綜合生理指標處于亢奮，需要警惕。例如飲酒、心率加快。

當35<= P <=75，表示該測試者的綜合生理指標正常。

這里，綜合心理指標主要依據是對心率HRV非線性分析，然后與程序里的標準樣本統計區間，分級比較，從而得出平靜、高興、好奇、恐懼、悲傷、厭惡、憤怒等幾種心理情感狀態的區分。本發明的創新在于，通過心率和心電波QT間期的合成相關性計算，可以清晰的以區間來反映出被測試者的心理狀態。這當中，還科學的增加了體溫、血壓、血氧、酒精等輔助參數，以及環境因素，可以更準確的找出被測試者的心理狀態區間。

經過大量實驗和數據分析，我們提出一個快速簡明區間算法，如圖4所示的快速簡明區間算法示意圖，心率為縱坐標，心跳QT間期時間為橫坐標。Ax 為心率，正常人的心率范圍是（A1，A2），A1約為60，A2約為100。不同情況下，被測者的心率會有波動。但是，我們發現被測者QT間期與心理情緒狀態有區間分布的對應性，如上圖所示。例如，Q1（0.2s,0.23s），這個區間表示被測試者處于心理平靜狀態。區間Q3（0.27s，0,29s）表示被測試者處于心理恐懼狀態。同一個被測者，上述情感區間（Qn）與心率的比值相對固定。所以，我們提出下面的情感狀態公式

Kq情感狀態系數，Qn是被測試者QT間期，Ax是被測試者心率。

根據上述公式，就能求出被測試者情感狀態系數。例如，如果被測者心率為75，QT間期為0.28，則Kq= 37.33. 這就表示被測者處于恐懼心理狀態。Kq取值范圍為（1，120）。實際系統中，還采用情景影響因子把環境、其他生理參數引入到計算當中，這樣，系統就能夠更加準確的辨識出被測者的心理狀態。

2）、有線/無線通訊模塊

該部分實現智能監測儀與外界通訊連接，把實時采集的基礎數據，以及計算后的結果通過該模塊發送給上一級服務器。也及時把上級服務器端的命令、需求傳遞回來。

設計考慮到各種可能性，兼用多種有線/無線通訊模式：InternetTCP/IP，WIFI，藍牙，RS-485，RS-323，還有多種2.4G頻率的無線通訊方式。

其中，通過WIFI/藍牙模塊可以和智能終端上的APP通訊，獲取智能監測儀的數據和工作狀態，并把APP指令傳遞智能監測儀控制部分，從而實現智能監測儀的信息互動。該部分采用低功耗，高效天線，傳輸距離遠。通過APP，支持多個智能監測儀分組控制，數據收集。

3）、攝像頭，其作用是通過智能人臉識別技術，匹配指紋掃描技術，確認被測試者的身份。同時，在需要的時候，采集現場實時錄像，幫助上級了解更詳細的實際狀況。

4）、生理傳感器擴展接口

如圖5給出了擴展接口示意圖，生理傳感器擴展接口，由于實際客戶需求的不同，系統采集生理信號也不同。為了適應不同的需求，我們設計出專門接各種生理傳感器的接口擴展模塊。其思路簡單描述如下：生理監測傳感器包括：指紋、酒精、心率、體溫、血壓、血氧、心電等傳感器。這里的種類很多，但是總結起來，接口不外乎采用UART，A/D，計數/計時，USB等技術。在絕大多數情況下，不要同時采集這些信號值，所以我們采用了分時單口復用技術，比如，酒精和體溫都需要用A/D口，在軟件上我們先采集酒精傳感器，就通過多路開關把酒精傳感器輸出連接到A/D口上，采集完畢后，開關把酒精傳感器輸出從A/D口上移走；如果需要量體溫，就通過多路開關把體溫傳感器輸出連接到A/D口上。這樣，我們就可以通過系統配置表來配置需要接入的傳感器，實現擴展。另外，我們盡量多的保留了UART，A/D，計數/計時接口，還保留了一個USB OTG接口，用hub可以擴展更多的USB口，用來備用。

5）、執行單元接口

由于客戶需求的不同，系統應用場景的執行單元也不同。為了適應不同的需求，我們設計出專門接多種執行單元的接口擴展模塊。該接口不僅可以接執行單元，如：智能鑰匙、智能開關、語音對講模塊、監控視頻模塊，也能接環境參數檢測傳感器。

6）、智能鑰匙

圖6給出了對應的智能鑰匙功能框圖，智能鑰匙是一個基于USB Key的設計，嵌入式ARM單片機經過加密存儲用戶的指紋信息和系統分配的工作權限的授權文件。當用戶把帶有指紋和授權的智能鑰匙插入系統終端，終端設備會通過加密的通訊報文，讀取、存入相關信息。如果指紋和授權得到許可，就可以進行下一步的工作。如果沒有授權，就不可以進行工作。

為了保證智能鑰匙的可靠性，系統除了USB通訊接口外，還有一路無線通訊（WiFi/藍牙）口作為備用。防止USB通訊口損壞以后，鑰匙還能工作。

7）、智能開關

圖7給出了智能開關功能框圖，智能開關可以根據操作者的數字授權情況，控制相應的電氣設備工作或者停止。該設備可以通過USB接口讀取系統智能鑰匙當中的指紋、授權文件等信息，通過加密、解密芯片得到操作者在該設備上的操作權限。該解密信息還可以同云端服務器上的指紋、授權信息對比。如果得到授權許可，就閉合功率開關，允許設備進行下一步的工作。如果沒有授權，就切斷功率開關，不讓設備進行工作。

為了保證智能開關的可靠性，系統除了USB通訊接口外，還有一路無線通訊（WiFi/藍牙）口與云端數據庫連接。在緊急情況下，云端服務器可以發出指令，通過無線通訊接口啟動或者關閉安裝了智能開關的設備。

8）、快速心電檢測探頭

圖8示出了心電測量項圈示意圖，為了適應快速檢測和方便穿戴的需求，本申請提出一種心電檢測探頭，該設計只需要兩個電極，電極安裝在一個環形硅膠項圈上，測量導線從環頂部引出。測試時，被測試者只需把該硅膠項圈戴在頸部，經過肩膀，把兩個電極搭在前胸即可開始心電測試，非常方便。

9）、系統操作

系統需要提前錄入被測試者的基本信息，例如身份和生理信息（指紋/人臉），建立檔案。然后，設置系統的監測項目，以及各項檢測指標的閾值（允許的最高值和最低值），例如，酒精檢測允許最高值為20mg/100ml、心率最高允許值為120次/分鐘等等。還需要設置不同人員的工作權限。

通過本申請所述的智能高危工作上崗健康監測儀，與生理檢測傳感器、智能執行單元組成智能監測終端，至少2所述智能監測終端聯合通過有線/無線通訊模塊、服務器端端程序、數據庫、云端數據服務器，組成如圖9所示的智能高危工作上崗健康監測子系統。

智能高危工作上崗健康監測子系統，通過與云端數據服務器進行聯網，遠程訪問電腦和/或智能手機APP通過聯網與所述云端數據服務器進行數據通訊，組成如圖10所示的智能高危工作上崗健康監測估及控制系統。

實際檢測時，被測試者需要通過唯一的身份認證信息登錄智能監測終端，例如先通過指紋或者人臉鑒別結果，智能監測終端從系統數據庫中找到該被測者的基本信息和ID號，然后智能監測終端啟動監測程序，根據系統配置項目，依次進行測量。例如，酒精、心率、心電、血壓等等。如果發現測試結果異常，系統會自動發出警示，并把結果上傳給后臺數據庫。同時發出指令給智能開關，關閉該被測者的相應工作權限，令其停止工作。

這樣，在很多高危職業崗位上，可以避免被測者生理或者心理因素造成事故發生。例如，在交通領域，如果配備了該檢測系統，智能監測終端可以在司機上崗前或者工作當中，發現是否有飲酒，或者身體狀況欠佳，提前發出警示。同樣，在高空作業、建筑、搶險、勘探、隧道、井下、戶外、高空，甚至劇烈比賽領域，該系統都可以發揮提前預警作用，避免因為工作人員本身的身體、生理原因造成的事故發生。

配備上環境監測傳感器以后，智能監測終端更能夠全面的采集周圍各種信息，為全面的決策提供參考。

從上面可知，本發明的智能高危工作上崗健康監測儀，通過多種生理數據采集，不僅可以完整的發現工作人員生理問題，也可以發現其潛在的心理狀態是否勝任工作。通過系統其他智能部件配合工作，就可以杜絕人員、財產損失的發生，降低安全事故出現的概率，構建靈活，普遍適用。

本發明的智能高危工作上崗健康監測儀，具有如下具體技術效果：

a）、有限的生理指標檢測參數，可以科學的推算出心理狀態；

b）、給出員工狀態的預判斷，預警信號，避免事故發生、擴大；

c）、智能根據工作情景，以及歷史數據，給出符合實際的判斷閾值；

d）、采用獨特的人工智能算法，隨著使用時間的增加，對數據庫里面成員的心理、生理狀態分析更加準確；

e）、從云端數據庫，智能分析軟件，到終端的智能監測設備、智能呼叫對講，智能鑰匙、智能開關等智能單元模塊，甚至是智能手機應用軟件，通過有線、無線互聯網絡，構成了一個完整、智能的數據通訊生態系統；

f）、系統可以拒絕生理、心理異常員工，開展進一步工作，避免人員、財產損失的發生；

g）、系統可以把檢測異常情況，通過后臺通知給直接領導，或者安全管理部門，提前做出預防措施，避免人員、財產損失的發生或者擴大；

h）、系統構建靈活，可以根據實際需要，構建成功能齊全、完整的大系統，也可以直接使用單獨的智能終端產品，安裝方便。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。