[发明专利]一种适用于可穿戴巡检系统的智能头盔

权利要求书

1.一种适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，包括可穿戴硬件设备、无线通讯网络和巡检作业软件平台；其特征是：

所述的可穿戴硬件设备包括可穿戴头盔；

在硬件方面，所述的可穿戴头盔以电力系统的标准安全头盔为基础，在头盔内部设计微机处理单元、控制运算单元，向外扩展模块，多种传感器检测模块及通信天线；能够实现检测环境温度、设备温度、声音信息、氧含量信息，视频信息以及户内人员的定位功能，实现电力巡检监控和检查任务；

在软件方面，所述的可穿戴头盔采用μC/OS-II作为FTU内嵌的操作系统，在μC/OS-Ⅱ内核上为远距离通信、测量、信号分析和处理等任务分别设计独立的任务,任务间通过信号和共享内存的方式交换数据；

所述的可穿戴头盔支持WIFI无线定位，音视频、含氧量、环境及设备温度等数据的采集、分析及存储、发送终端需求数据、报警提示；

所述的可穿戴头盔在WIFI环境下，通过指纹定位的定位方法，通过比较定位所需的信号特征指纹信息获取目标位置。

所述的可穿戴头盔的软件系统采用多线程结构，其主线程下面对应设置有红外测温线程、视频采集线程、声音采集线程、多参数采集线程、存储管理线程、电源管理线程和无线通信服务程序，各线程协同工作，完成数据的采集、缓冲存储和通信发送等任务；

其中，主线程完成系统任务的创建和资源管理、创建和启动其它工作任务线程、协调各个进程工作；

红外测温线程负责红外温度传感器的管理和温度数据采集，通过I²C总线读取设备的实时温度；

视频采集线程负责摄像头的初始化和参数设置、视频数据通信、视频图像转移存储等功能；

声音采集线程完成声音信号的连续采集、缓冲存储，其中声音信号通过高速AD通道采集，通过DMA方式传输；

多参数采集线程完成环境温度、湿度、氧气含量的测量；

存储管理线程负责公共存储缓冲区的管理，使数据在各个线程间可以正常、有序地传输；

电源管理线程完成电源电压的监测和功耗的测量，优化内部的电源工作方式，提高待机和作业时间；

无线通信服务线程完成两个方面的重要任务，一方面实现无线定位测量计算，跟踪作业人员的轨迹。另一方面完成数据的无线传输，把各个工作线程采集的传感器数据、图像和声音数据等发送到集中监控系统。

2.按照权利要求1所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是所述的WIFI无线定位包括两个阶段：离线阶段与在线阶段。

3.按照权利要求2所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是在所述的离线阶段，为变电站内每栋建筑建立一个位置指纹数据库，即一系列校准样点的集合，这些校准样点由建筑内不同的位置点，以及每个位置上采集到可见AP的RSS向量构成。

4.按照权利要求3所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是在所述的离线阶段，在一个已部署好无线局域网环境中，首先根据建筑的分布格局和大小选择一定数量的位置作为参考样点，在选中的参考样点上要进行多次采集可见AP的RSS值，然后将该组信号数据存入位置指纹数据库中；在所述离线阶段完成后，位置指纹数据库中保存了终端在每个参考样点上可侦测到的各AP的信号强度。

5.按照权利要求2所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是在所述的在线阶段，利用位置指纹数据库中的校准样点计算用户最有可能出现的位置，得出最终定位。

6.按照权利要求5所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是在所述的在线阶段，智能头盔进行定位时，将智能头盔所在位置上可侦测到的各AP的RSS向量发送给定位服务器，服务器根据定位算法将终端上报的实时数据与数据库中的历史数据进行匹配运算，从位置指纹数据库中计算出与实时数据最佳匹配的参考样点，此最佳匹配的参考样点即作为智能头盔的估计位置。

7.按照权利要求1所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是所述的多种传感器至少包括红外温度传感器、氧气传感器、声音传感器和视频传感器。

8.按照权利要求1所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是所述的智能头盔采用机器视觉、惯性运动测量和WIFI定位技术，实现在具有复杂结构的室内进行精确定位，精确跟踪作业人员的运动轨迹和避免作业人员到达错误的工作位置执行作业任务。

9.按照权利要求1所述的适用于可穿戴巡检系统的智能头盔，其特征是所述的智能头盔基于多参数融合的组合定位软件系统架构实现其定位功能；

所述的组合定位软件系统基本功能框架主要包括视频定位分析单元，WIFI定位单元，惯性定位单元和定位数据融合单元；

所述的视频定位分析单元包括首先从外部的摄像头获取视频数据流并转换为视频图像存储在内部缓冲区，然后从图像数据中提取重要的几何学、形态学和SIFT特征，并与图像识别单元根据图像特征与预先存储(从远程服务端提前传输来)的图像及特征进行匹配，在当和预先定义的某一个或多个图像匹配度高时，将根据运动中的视觉原理测量出摄像头到外部特征图像的距离和方位，并在连续多数据帧中进行修正以获得较高的精度；

所述的WIFI定位单元基于内部存储的指纹特征库和所获得的外部节点信息和信号强度，计算出WIFI节点在全局空间坐标系中的位置；

所述的惯性定位单元以传感器测量的三维运动速度、加速度和角度位置为基础，可以估算位置在一定时间内的运动距离增量和方向；

所述的定位数据融合单元把通过图像系统、WIFI定位单元、惯性定位系统各自测量的绝对位置和位置增量变化进行综合，得到远优于各个独立系统的定位结果。