有限空间人因参数监测与预警装备研究
发布时间：2022-01-14 12:51
有限空间安全事故多发频发已严重威胁我国工业安全生产和城市建设,作业人员意识丧失或疲劳失误是导致有限空间事故发生的直接原因。目前,针对有限空间的研究主要集中于事故分析、危险源辨识、有害气体检测、安全管理等方面,对作业人员人因参数的监测研究还很有限。因此,本研究通过测量人体光电容积脉搏波（Photoplethysmography-PPG）信号,探讨不良作业环境对人体不安全生理状态的影响,对保障安全生产具有实际意义。通过载人实验,获取了高温、高湿、低氧等有限空间作业环境中的人体PPG信号,依托多种信号处理方法,实现基于PPG信号的人因参数分析。具体信号处理方法包括形态特征参数提取（传导周期、上升阶段上升速率、下降阶段下降速率）,复杂度计算（KC复杂度、高阶KC复杂度）,基于Hilbert-Huang（HHT）变换的信号时域与频域分析和基于深度学习的信号识别与分类。提出的多种PPG信号处理方法为后续实验数据处理与分析提供了理论依据和基础。针对因作业人员的自主呼吸导致有限空间环境高湿、低氧的情况,设计1OOmin载人实验。8名人员进入15m3的有限空间后,19min内,环境变为高湿、低氧环境,相...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２４技术路线图??
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?北京科技大学博士学位论文???从图３－３中可以看出，两个波谷点的坐标差即为一个ＰＰＧ信号的传导周??期。因此，计算ＰＰＧ信号的传导周期即为计算两个波谷点坐标的绝对值之差。??如图３－４所示，相邻两个波谷点位置坐标的差值绝对值丨７２?－?７＼丨就是一个完整??波形的传导周期。??〇?１?＼??Ｉ?／?＼??／?＼??Ｉ?＼??．．Ｔｖ；?＼Ｔ２??ｖ．．．？????＼??Ｔ??图３４?ＰＰＧ信号传导周期??３．２．２?ＰＰＧ信号的上升、下降速率提取??本研宄提取ＰＰＧ信号上升速率与下降速率作为ＰＰＧ信号形态特征参数，??并推导二者表达的生理意义。提取依据如下：??ＰＰＧ信号上升阶段的生理意义是左心室开始收缩，主动脉瓣开启，血液??自左心室输出，主动脉内因射血而压力迅速上升，血管壁扩张，血液充盈度??增大，形成脉搏波形中的上升部分。如果心搏输出量大，射血速度快，则ＰＰＧ??信号波形上升阶段上升速度快，波形上升部分斜率大，反之，则上升较慢，??斜率较校基于ＰＰＧ信号上升阶段表达的生理意义，本文提取ＰＰＧ信号上??升阶段上升速率作为一个生理状态特征参数测量值。上升速率的数学表达为??上升部分斜率，该值算法架构为：上升部分斜率值＝上升部??＾上升部分曲线积分面积??分三角形面积如图３－５所示，上升部分曲线积分面积如图３－６所示，图中Ｐ??为波峰点，Ｔｌ、Ｔ２为波谷点，Ｔ为波传导周期，０为波峰点在传导周期上的??投影点，ＰＭＡＧ为波形的幅度。??－１７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度学习的人体低氧状态识别[J]. 于露,金龙哲,王梦飞,徐明伟. 工程科学学报. 2019(06)
[2]基于PPG信号的有限空间低氧伤害评估与预警[J]. 金龙哲,王梦飞,于露,徐明伟. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(08)
[3]基于光电容积脉搏波的有限空间生理疲劳测量[J]. 于露,金龙哲,徐明伟,谢晓雅,田兴华. 工程科学学报. 2018(10)
[4]2014—2015年全国有限空间作业中毒与窒息事故分析及预防建议[J]. 周兴藩,杨凤,郭玲,付朝晖,唐仕川,贾晓东. 环境与职业医学. 2018(08)
[5]基于心率监测的建筑工人生理疲劳分析[J]. 徐明伟,金龙哲,张驎,于露,刘建国,田兴华. 工程科学学报. 2018(06)
[6]一种光电容积脉搏信号的峰值点自动识别方法[J]. 李肃义,徐壮,熊文激,蒋善庆,吴疆. 光谱学与光谱分析. 2017(10)
[7]基于社会网络分析的北京市有限空间作业事故分析[J]. 刘艳,秦妍. 工业安全与环保. 2017(04)
[8]有限空间作业事故特征及其原因分析[J]. 刘艳,杨春丽. 中国安全科学学报. 2017(03)
[9]基于多通道表面肌电信号带谱熵的肌肉疲劳度分析[J]. 刘建,邹任玲,张东衡,徐秀林,胡秀枋. 生物医学工程学杂志. 2016(03)
[10]情感识别中脑电信号Lempel-Ziv复杂度的研究[J]. 陈东伟,陈俊杰. 太原理工大学学报. 2014(06)
博士论文
[1]高温劳动环境人体热应激的动态预测（中等劳动代谢率以上）[D]. 李永强.重庆大学 2016
[2]夏季相对湿度和风速对人体热感觉的影响研究[D]. 谈美兰.重庆大学 2012
[3]基于光电容积脉搏波形态的伤害感受指数的研究[D]. 王选.浙江大学 2012
[4]高温高湿低氧环境下人体热耐受性研究[D]. 李国建.天津大学 2008
硕士论文
[1]船舶机舱密闭空间火灾燃烧与其环境耦合作用规律研究[D]. 魏承印.江苏科技大学 2018
[2]基于光电容积脉搏波成像技术的移动端心率分析引擎的设计与实现[D]. 于清.北京邮电大学 2018
[3]基于单导脉搏波的多生理参数测量研究与实现[D]. 原亚欣.大连理工大学 2017
[4]基于sEMG信号的上肢康复机器人训练系统的研究[D]. 胡玉叶.天津理工大学 2017
[5]基于光电容积脉搏波的穿戴式多生命体征参数采集系统[D]. 钟一舟.浙江大学 2017
[6]基于PPG信号的运动状态下心率检测[D]. 黄海诚.东南大学 2016
[7]基于PPG的无创血糖检测系统模型与算法研究[D]. 马爽.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[8]脉搏波信号采集质量实时分析研究及设备开发[D]. 李硕.北京工业大学 2014
[9]无创脉搏容积波检测系统设计及其在血管弹性评估中的应用[D]. 聂冬.上海交通大学 2011
[10]基于PPG信号的无袖带连续性血压测量方法研究[D]. 郭丽华.浙江大学 2011
本文编号：3588541
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２４技术路线图??
?有限空间人因参数监测与预警装备研宄???⑷去除基线漂移信号信噪比；（ｂ）小波去噪后的信号信噪比；（〇去除高频噪声的信??号信噪比；（ｄ）归一化处理后的信号信噪比？??图３－２预ｉＪｂＳＪｌ程中信号信噪比变化??３．２信号的形态特征参数提取算法??标准的ＰＰＧ信号波形分为两部分即：主波上升阶段和主波下降阶段。心??脏收缩时对全身做功，使血管内压力与血液流量体积产生周期连续性的变化，??体现在ＰＰＧ波形上就是主波上升阶段；心脏舒张时，对血管的压力相对减少，??此时上一次血管收缩时打出的血液经过循环后撞击心脏瓣膜使得血液反折，??或血管外周阻力使压力下降，体现在ＰＰＧ波形上就是重搏波，重搏波体现在??主波下降阶段。实测标准的ＰＰＧ信号波形如图３－３所示。??ｒ＼?重搏波??十＼１?Ａ??主波上升阶段??ｊ?｜?｜?｜?｜?ＩＩ?Ｉ?｜???时间??图３－３标准ＰＰＧ波形??３．２．１?ＰＰＧ信号的周期提取??ＰＰＧ信号属于微弱信号，在信号测量过程中，会放大信号幅度，经过信??号放大和预处理后，ＰＰＧ波形的幅度值己经失去了原始信息。但波形传输和??形态上仍然包含大量的有效生理信息。因此，从ＰＰＧ波形形态中提取特征参??数一直是ＰＰＧ信号分析领域的研宄重点，本文在进行了大量的文献调研后，??确定从两个方面提取ＰＰＧ波形特征参数，一个是ＰＰＧ信号的传导周期，另??一个是ＰＰＧ信号形态特征参数即上升阶段上升速率（后简称上升速率）和下??降阶段下降速率（后简称下降速率）。??－１６?－??
?北京科技大学博士学位论文???从图３－３中可以看出，两个波谷点的坐标差即为一个ＰＰＧ信号的传导周??期。因此，计算ＰＰＧ信号的传导周期即为计算两个波谷点坐标的绝对值之差。??如图３－４所示，相邻两个波谷点位置坐标的差值绝对值丨７２?－?７＼丨就是一个完整??波形的传导周期。??〇?１?＼??Ｉ?／?＼??／?＼??Ｉ?＼??．．Ｔｖ；?＼Ｔ２??ｖ．．．？????＼??Ｔ??图３４?ＰＰＧ信号传导周期??３．２．２?ＰＰＧ信号的上升、下降速率提取??本研宄提取ＰＰＧ信号上升速率与下降速率作为ＰＰＧ信号形态特征参数，??并推导二者表达的生理意义。提取依据如下：??ＰＰＧ信号上升阶段的生理意义是左心室开始收缩，主动脉瓣开启，血液??自左心室输出，主动脉内因射血而压力迅速上升，血管壁扩张，血液充盈度??增大，形成脉搏波形中的上升部分。如果心搏输出量大，射血速度快，则ＰＰＧ??信号波形上升阶段上升速度快，波形上升部分斜率大，反之，则上升较慢，??斜率较校基于ＰＰＧ信号上升阶段表达的生理意义，本文提取ＰＰＧ信号上??升阶段上升速率作为一个生理状态特征参数测量值。上升速率的数学表达为??上升部分斜率，该值算法架构为：上升部分斜率值＝上升部??＾上升部分曲线积分面积??分三角形面积如图３－５所示，上升部分曲线积分面积如图３－６所示，图中Ｐ??为波峰点，Ｔｌ、Ｔ２为波谷点，Ｔ为波传导周期，０为波峰点在传导周期上的??投影点，ＰＭＡＧ为波形的幅度。??－１７?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于深度学习的人体低氧状态识别[J]. 于露,金龙哲,王梦飞,徐明伟. 工程科学学报. 2019(06)
[2]基于PPG信号的有限空间低氧伤害评估与预警[J]. 金龙哲,王梦飞,于露,徐明伟. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2019(08)
[3]基于光电容积脉搏波的有限空间生理疲劳测量[J]. 于露,金龙哲,徐明伟,谢晓雅,田兴华. 工程科学学报. 2018(10)
[4]2014—2015年全国有限空间作业中毒与窒息事故分析及预防建议[J]. 周兴藩,杨凤,郭玲,付朝晖,唐仕川,贾晓东. 环境与职业医学. 2018(08)
[5]基于心率监测的建筑工人生理疲劳分析[J]. 徐明伟,金龙哲,张驎,于露,刘建国,田兴华. 工程科学学报. 2018(06)
[6]一种光电容积脉搏信号的峰值点自动识别方法[J]. 李肃义,徐壮,熊文激,蒋善庆,吴疆. 光谱学与光谱分析. 2017(10)
[7]基于社会网络分析的北京市有限空间作业事故分析[J]. 刘艳,秦妍. 工业安全与环保. 2017(04)
[8]有限空间作业事故特征及其原因分析[J]. 刘艳,杨春丽. 中国安全科学学报. 2017(03)
[9]基于多通道表面肌电信号带谱熵的肌肉疲劳度分析[J]. 刘建,邹任玲,张东衡,徐秀林,胡秀枋. 生物医学工程学杂志. 2016(03)
[10]情感识别中脑电信号Lempel-Ziv复杂度的研究[J]. 陈东伟,陈俊杰. 太原理工大学学报. 2014(06)
博士论文
[1]高温劳动环境人体热应激的动态预测（中等劳动代谢率以上）[D]. 李永强.重庆大学 2016
[2]夏季相对湿度和风速对人体热感觉的影响研究[D]. 谈美兰.重庆大学 2012
[3]基于光电容积脉搏波形态的伤害感受指数的研究[D]. 王选.浙江大学 2012
[4]高温高湿低氧环境下人体热耐受性研究[D]. 李国建.天津大学 2008
硕士论文
[1]船舶机舱密闭空间火灾燃烧与其环境耦合作用规律研究[D]. 魏承印.江苏科技大学 2018
[2]基于光电容积脉搏波成像技术的移动端心率分析引擎的设计与实现[D]. 于清.北京邮电大学 2018
[3]基于单导脉搏波的多生理参数测量研究与实现[D]. 原亚欣.大连理工大学 2017
[4]基于sEMG信号的上肢康复机器人训练系统的研究[D]. 胡玉叶.天津理工大学 2017
[5]基于光电容积脉搏波的穿戴式多生命体征参数采集系统[D]. 钟一舟.浙江大学 2017
[6]基于PPG信号的运动状态下心率检测[D]. 黄海诚.东南大学 2016
[7]基于PPG的无创血糖检测系统模型与算法研究[D]. 马爽.中国科学院研究生院(沈阳计算技术研究所) 2016
[8]脉搏波信号采集质量实时分析研究及设备开发[D]. 李硕.北京工业大学 2014
[9]无创脉搏容积波检测系统设计及其在血管弹性评估中的应用[D]. 聂冬.上海交通大学 2011
[10]基于PPG信号的无袖带连续性血压测量方法研究[D]. 郭丽华.浙江大学 2011
本文编号：3588541
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