电力工人铁塔辅助作业的方法及系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910958093.1 (22)申请日 2019.10.10 (71)申请人 青岛大学 地址 266071 山东省青岛市香港东路7号 (72)发明人 山炳强任宝森张睿尹国慧 任艺飞赵国栋高树 (74)专利代理机构 北京东方盛凡知识产权代理 事务所(普通合伙) 11562 代理人 宋平 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2006.01) G06K 9/62(2006.01) (54)发明名称 一种电力工人铁塔辅助作业的方法及系统 (57)摘要 本发明公开一种电力工人。

2、铁塔辅助作业的 方法及系统， 包括姿态数据采集系统， 用于采集 作业人员的姿态数据； 视频数据采集系统， 用于 采集作业人员周围全方位的视频数据； 数据读取 系统， 用于读取姿态数据与视频数据； 上位机， 用 于识别姿态数据； 路由器， 用于提供网络移动热 点； 计算机， 用于显示人体运动姿态和视频信息； 所述姿势数据采集系统、 视频数据采集系统与数 据读取系统的一端连接， 数据读取系统的另一端 与路由器的一端、 计算机的一端连接， 路由器的 另一端与上位机的一端连接， 上位机的另一端与 计算机另一端连接； 本发明能够全方位的采集作 业人员周围的环境图像信息， 实时多方位的对铁 塔作业人员进行。

3、监护。 权利要求书2页 说明书4页 附图1页 CN 110705491 A 2020.01.17 CN 110705491 A 1.一种电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 包括姿态数据采集系统， 用 于采集作业人员的姿态数据； 视频数据采集系统， 用于采集作业人员周围全方位的视频数 据； 数据读取系统， 用于读取姿态数据与视频数据； 上位机， 用于识别姿态数据； 路由器， 用 于提供网络移动热点； 计算机， 用于显示人体运动姿态和视频信息； 所述姿势数据采集系 统、 视频数据采集系统与数据读取系统的一端连接， 数据读取系统的另一端与路由器的一 端、 计算机的一端连接， 路由器的另。

4、一端与上位机的一端连接， 上位机的另一端与计算机另 一端连接。 2.根据权利要求1所述的电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 姿态数据 采集系统为IMU系统， 所述IMU系统通过14个九轴姿态传感器， 分别采集人体的左右手的手 部、 前肘、 后肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部分、 下部分、 脚部的角度和角 加速度数据。 3.根据权利要求1所述的电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 所述视频 采集系统采用三个USB式的高清摄像头， 分别采集作业人员正前方、 左后方和右后方的视频 数据， 两两摄像头之间相差120度。 4.根据权利要求1所述的电力工。

5、人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 所述数据 读取系统为LINUX系统的ARM板。 5.根据权利要求2所述的电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 每个所述 九轴姿态传感器使用一个单片机进行数据采集， 同时进行组网， 将姿态数据传输到数据读 取系统。 6.根据权利要求2所述的电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 所述IMU 系统采用的MSP430G2553单片机作为系统的核心。 7.根据权利要求1所述的电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 其特征在于： 还包括电 源模块， 用于为姿态数据采集系统、 视频数据采集系统、 数据读取系统、 上位机、 计算机供 电。 8.一。

6、种电力工人铁塔辅助作业的方法， 其特征在于： 包括如下步骤 S1、 使用IMU系统采集作业人员的姿态数据， 通过14个九轴姿态传感器MPU9250， 分别采 集人体的左右手的手部、 前肘、 后肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部分、 下 部分、 脚部的角度和角加速度数据， 每个所述九轴姿态传感器使用一个单片机进行数据采 集， 同时进行组网， 将姿态数据传输到LINUX系统的ARM板， 将所述角度和角加速度数据先经 过通过四元数法进行四元数解算， 得到所处方位的三轴姿态角， 再经过卡尔曼滤波算法， 融 合计算出人体各部分姿态数据， 再将长期采集的人体各部分姿态动作数据和各部。

7、分实际动 作， 通过神经网络算法， 学习运算出各部分姿态的数据阈值； S2、 通过无线网卡访问路由器， 将数据传输到云服务器中， 用于供电网工作人员及时查 取与调用作业工人的姿态情况、 获取工作环境的视频数据等， 从而更好地指导电力工人铁 塔作业； S3、 运行LINUX系统的ARM板， 读取IMU系统上传的姿态数据， 同时读取三个高清摄像头 拍摄的视频数据， 分别采集作业人员正前方、 左后方和右后方的视频数据， 将所述视频数据 进行H264压缩后， 再将压缩后的视频数据与姿态数据通过无线网卡传输到云服务器上； S4、 采用路由器， 为作业时能够提供移动的网络热点； 权利要求书 1/2 页 2。

8、 CN 110705491 A 2 S5、 将传输来的姿态数据， 输入计算机的上位机进行姿态识别， 在计算机上显示出人体 运动姿态； S6、 将步骤S3中压缩的视频数据， 显示在计算机上， 实现对作业人员周围全方位的图像 数据采集。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110705491 A 3 一种电力工人铁塔辅助作业的方法及系统 技术领域 0001 本发明涉及姿态识别及图像采集传输领域， 特别是涉及一种电力工人铁塔辅助作 业的方法及系统。 背景技术 0002 随着特高压技术的快速发展， 电力铁塔随着电压等级的增高而快速增高， 因此电 力作业人员在铁塔上工作时， 由于距离及铁塔作业的特殊性， 。

9、目前监护人只能使用望远镜 或者登塔进行监护， 该方式使得监护人员难以周密的监护电力工人在电力铁塔上作业， 还 会存在以下问题： 0003 当监护人员塔下监护时， 由于距离过于遥远， 望远镜无法细致的观察到塔上作业 人员具体作业情况， 特别是进行细微操作时， 监护难度更大； 当监护人员在登塔监护作业 时， 由于塔身作业空间限制， 无法实时多方位的对铁塔作业人员进行监护， 存在监护不周密 的风险， 因此， 如何实时的检测铁塔作业人员自身的工作状态， 以及全方位的采集作业人员 周围的环境图像信息就显得尤为重要。 发明内容 0004 本发明的目的是提供一种电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 以解决上述。

10、现有 技术存在的问题， 使电力工人铁塔辅助作业时的安全问题得到有效监护。 0005 为实现上述目的， 本发明提供了如下方案： 本发明提供一种基于姿态识别和图像 采集传输技术的电力工人铁塔辅助作业的系统， 包括姿态数据采集系统， 用于采集作业人 员的姿态数据； 视频数据采集系统， 用于采集作业人员周围全方位的视频数据； 数据读取系 统， 用于读取姿态数据与视频数据； 上位机， 用于识别姿态数据； 路由器， 用于提供网络移动 热点； 计算机， 用于显示人体运动姿态和视频信息； 所述姿势数据采集系统、 视频数据采集 系统与数据读取系统的一端连接， 数据读取系统的另一端与路由器的一端、 计算机的一端 。

11、连接， 路由器的另一端与上位机的一端连接， 上位机的另一端与计算机另一端连接。 0006 优选的， 姿态数据采集系统为IMU系统， 所述IMU系统通过14个九轴姿态传感器， 分 别采集人体的左右手的手部、 前肘、 后肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部 分、 下部分、 脚部的角度和角加速度数据。 0007 优选的， 所述视频采集系统采用三个USB式的高清摄像头， 分别采集作业人员正前 方、 左后方和右后方的视频数据， 两两摄像头之间相差120度。 0008 优选的， 所述数据读取系统为LINUX系统的ARM板。 0009 优选的， 每个所述九轴姿态传感器使用一个单片机进行。

12、数据采集， 同时进行组网， 将姿态数据传输到数据读取系统。 0010 优选的， 所述IMU系统采用的MSP430G2553单片机作为系统的核心。 0011 优选的， 还包括电源模块， 用于为姿态数据采集系统、 视频数据采集系统、 数据读 取系统、 上位机、 计算机供电。 说明书 1/4 页 4 CN 110705491 A 4 0012 一种电力工人铁塔辅助作业的方法， 包括如下步骤： S1、 使用IMU系统采集作业人 员的姿态数据， 通过14个九轴姿态传感器MPU9250， 分别采集人体的左右手的手部、 前肘、 后 肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部分、 下部分、 脚。

13、部的角度和角加速度数 据， 每个所述九轴姿态传感器使用一个单片机进行数据采集， 同时进行组网， 将姿态数据传 输到LINUX系统的 ARM板， 将所述角度和角加速度数据， 先经过通过四元数法进行四元数解 算， 得到所处方位的三轴姿态角， 再经过卡尔曼滤波算法， 融合计算出人体各部分姿态数 据， 再将长期采集的人体各部分姿态动作数据和各部分实际动作， 通过神经网络算法， 学习 运算出各部分姿态的数据阈值； 0013 S2、 通过无线网卡访问路由器， 将数据传输到云服务器中， 用于供电网工作人员及 时查取与调用作业工人的姿态情况、 获取工作环境的视频数据等， 从而更好地指导电力工 人铁塔作业； 0。

14、014 S3、 运行LINUX系统的ARM板， 读取IMU系统上传的姿态数据， 同时读取三个高清摄 像头拍摄的视频数据， 分别采集作业人员正前方、 左后方和右后方的视频数据， 将所述视频 数据进行H264压缩后， 再将压缩后的视频数据与姿态数据通过无线网卡传输到服务器上； 0015 S4、 采用路由器， 为作业时能够提供移动的网络热点； 0016 S5、 将传输来的姿态数据， 输入计算机的上位机进行姿态识别， 在计算机上显示出 人体运动姿态； 0017 S6、 将步骤S3中压缩的视频数据， 显示在计算机上， 实现对作业人员周围全方位的 图像数据采集。 0018 本发明公开了以下技术效果： 本发。

15、明提供一种能够对电力工人铁塔作业时的进行 姿态识别和前方图像采集， 即全方位的采集作业人员周围的环境图像信息， 然后将姿态和 图像进行压缩传输到上位机显示， 通过采集电力工人铁塔作业时各类状态数据， 创建电力 工人铁塔作业的姿态数据库； 采集现场电力工人作业时的状态数据， 依据状态数据识别电 力工人的工作形态， 进而判断电力工人工作行为是否合规； 本发明不受塔身作业空间限制， 降低监护难度， 能够实时多方位的对铁塔作业人员进行监护， 监护更加周密， 从而解决铁塔 作业时专责监护人无法有效监护电力工人铁塔作业状况的问题。 附图说明 0019 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 。

16、下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以根据这些附图 获得其他的附图。 0020 图1为本发明结构示意图； 图2为本发明的流程示意图。 具体实施方式 0021 下面将结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完 整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 说明书 2/4 页 5 CN 110705491 A 。

17、5 实施例， 都属于本发明保护的范围。 0022 为使本发明的上述目的、 特征及优点能够更加明显易懂， 下面结合附图及具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。 0023 参照图1-2所示， 本发明提供一种电力工人铁塔辅助作业的方法及系统， 姿态数据 采集系统， 用于采集作业人员的姿态数据； 视频数据采集系统， 用于采集作业人员周围全方 位的视频数据； 数据读取系统， 用于读取姿态数据与视频数据； 上位机， 用于识别姿态数据； 路由器， 用于提供网络移动热点； 计算机， 用于显示人体运动姿态和视频信息； 所述姿势数 据采集系统、 视频数据采集系统与数据读取系统的一端连接， 数据读取系统的另一端。

18、与路 由器的一端连接， 路由器的另一端与上位机的一端连接， 上位机的另一端与计算机连接。 0024 进一步地， 姿态数据采集系统为IMU系统， 所述IMU系统通过14个九轴姿态传感器， 分别采集人体的左右手的手部、 前肘、 后肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部 分、 下部分、 脚部的角度和角加速度数据。 0025 进一步地， 所述视频采集系统采用三个USB式的高清摄像头， 分别采集作业人员正 前方、 左后方和右后方的视频数据， 两两摄像头之间相差120度。 0026 进一步地， 所述数据读取系统为LINUX系统的ARM板。 0027 进一步地， 每个所述九轴姿态传感器使。

19、用一个单片机进行数据采集， 同时使用 zigbee芯片进行组网， 将姿态数据传输到数据读取系统。 0028 进一步地， 所述IMU系统采用的MSP430G2553单片机作为系统的核心。 0029 进一步地， 还包括电源模块， 用于为姿态数据采集系统、 视频数据采集系统、 数据 读取系统、 上位机、 计算机供电， 所述电源模块为锂电池， 所述锂电池电压经过电压升压芯 片再降压， 用于为姿态数据采集系统、 视频数据采集系统、 数据读取系统、 上位机、 路由器， 当锂电池电压低于3.7V时， 电压升压芯片输出3.7V； 当电池电压高于3.7V时， 电压升压芯片 输出锂电池电压， 进一步增加电池的电能。

20、输出能力。 0030 一种基于姿态识别及图像采集传输技术的电力工人铁塔辅助作业的方法， 包括如 下步骤： 0031 S1： 使用IMU系统采集作业人员的姿态数据， 通过14个九轴姿态传感器 MPU9250， 分别采集人体的左右手的手部、 前肘、 后肘， 头部， 颈部， 躯干上部分、 下部分， 左右下肢上部 分、 下部分、 脚部的角度和角加速度数据， 每个所述九轴姿态传感器使用一个单片机进行数 据采集， 同时使用zigbee芯片进行组网， 将姿态数据传输到LINUX系统的ARM板， 将所述角度 和角加速度数据， 先经过通过四元数法进行四元数解算， 得到所处方位的三轴姿态角， 再经 过卡尔曼滤波算。

21、法， 融合计算出人体各部分姿态数据， 再将长期采集的人体各部分姿态动 作数据和各部分实际动作， 通过神经网络算法， 学习运算出各部分姿态的数据阈值； 0032 S2： 通过无线网卡访问路由器， 将数据传输到云服务器中， 用于供电网工作人员及 时查取与调用作业工人的姿态情况、 获取工作环境的视频数据等， 从而更好地指导电力工 人铁塔作业； 0033 S3、 运行LINUX系统的ARM板， 读取IMU系统上传的姿态数据， 同时读取三个高清摄 像头拍摄的视频数据， 分别采集作业人员正前方、 左后方和右后方的视频数据， 将所述视频 数据进行H264压缩后， 再将压缩后的视频数据与姿态数据通过无线网卡传。

22、输到服务器上； 0034 S4、 采用路由器， 为作业时能够提供移动的网络热点； 说明书 3/4 页 6 CN 110705491 A 6 0035 S5、 将传输来的姿态数据， 输入计算机的上位机进行姿态识别， 在计算机上显示出 人体运动姿态； 0036 S6、 将步骤S3中压缩的视频数据， 显示在计算机上， 实现对作业人员周围全方位的 图像数据采集。 0037 本发明提供一种能够对电力工人铁塔作业时的进行姿态识别和前方图像采集， 即 全方位的采集作业人员周围的环境图像信息， 然后将姿态和图像进行压缩传输到上位机显 示， 通过采集电力工人铁塔作业时各类状态数据， 创建电力工人铁塔作业的姿态数。

23、据库； 采 集现场电力工人作业时的状态数据， 依据状态数据识别电力工人的工作形态， 进而判断电 力工人工作行为是否合规； 本发明不受塔身作业空间限制， 降低监护难度， 能够实时多方位 的对铁塔作业人员进行监护， 监护更加周密， 从而解决铁塔作业时专责监护人无法有效监 护电力工人铁塔作业状况的问题。 0038 在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语 “纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、“前” 、“后” 、 “左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底” 、“内” 、“外” 等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、 以特定的方位构造及操作， 因此不能理解为对本发明的限制。 0039 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述， 并非对本发明的范围进行 限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出 的各种变形及改进， 均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。 说明书 4/4 页 7 CN 110705491 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 110705491 A 8 。