新型勞工個人總暴露劑量警報器之研發

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姓名

許維倫(Wei-Lun Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所

論文名稱

新型勞工個人總暴露劑量警報器之研發
(The Development of a New Personal Exposure Monitor with Alarm System.)

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摘要(中)

本研究已結合紅外線定位系統、化學感測器、網路伺服器及資料庫管理系統，成功開發出一套新式勞工個人總暴露劑量警報器(The Exposure-based Personal Alarm System，簡稱E-PAS)。此警報系統可即時偵測、收集勞工工作時的活動位置、停留時間與暴露濃度，並能結合這些暴露資訊來即時估算出勞工個人的暴露量，且在檢查出有勞工個人暴露量超過警報設定值時，可立即對該名特定勞工發出警報，實現個人化警報的理想。另外，本研究已開發一套操作簡便的校正系統，以供進行E-PAS系統之基本性能測試。
依據系統基本性能測試結果顯示，在動態操作下，本系統之定位正確率高達95%以上；在靜態/動態操作下，其警報正確率高達100%。且其警報延遲時間小於3秒。根據時間-活動模式記錄性能的測試結果顯示，在佈點良好的測試環境中，本系統對於勞工時間-活動模式的記錄相當精準，其與人工觀察之標準方法間相關係數(r2)高達0.91~0.99，屬高度相關。而由模擬現場環境警報的測試結果可知，本系統在警報發佈上的性能良好，其警報正確率為100%，可即時對暴露量已過量之勞工發出警報。

摘要(英)

A new personal exposure monitor and alarm system (called E-PAS) has been developed in this research. The E-PAS can precisely detect the positions of thirty-two different workers, determine the durations within the exposed area, measure the levels of exposure in that area, and record these exposure data into an internet database. The E-PAS continuously calculates doses of each individual worker and sends various alarm parameters to a particular worker if his/her doses should exceed upper limits. The worker, therefore, can take proper actions based on these personalized alarm messages.
In addition, an automatic calibration system has also been developed as a substitute of the conventional golden standard, the direct observation method, for laboratory tests of the E-PAS.
The reproducibility tests indicated that the E-PAS had 95 to 100% accuracy in determining the worker’s positions, and that it made no mistake to generate alarms based on commands from the remote host computer. The laboratory tests showed that the worker’s time-activity pattern measured by the E-PAS were highly correlated with that obtained by human observations (R2=0.91~0.99). Furthermore, when a worker’s exposure data exceeded the permissible exposure limit, the E-PAS created alarms with 100% accuracy, and the average delay time of these alarms was 2.8(±1.5) seconds. Since E-PAS has good performance in personal alarm, it is a great tool for the protection of workers’ safety and health.

關鍵字(中)

★ 暴露評估
★ 時間-活動模式
★ 紅外線
★ 個人警報

關鍵字(英)

★ infrared
★ personal alarm
★ time-activity pattern
★ exposure assessment

論文目次

目錄
第一章前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 2
第二章文獻回顧 5
2.1 暴露評估方法 5
2.1.1 直接評估法 5
2.1.2 間接評估法 6
2.2 時間活動模式 7
2.3 直讀式儀器 9
2.4 紅外線編碼原理及其應用 11
第三章系統設計 13
3.1 系統設計原理 13
3.1.1 勞工工作位置與停留時間的判定原理 13
3.1.2 勞工所停留區域的有害污染物濃度之偵測原理 15
3.1.3 各項監測資料即時傳遞之動作 16
3.1.4 勞工個人暴露量之估算 16
3.1.5 個人化警報發佈之原理 17
3.2 系統架構規劃 22
3.2.1 系統硬體設計 22
3.3.2 系統軟體及韌體設計 25
第四章系統使用材料與開發步驟 27
4.1 硬體單元材料的選擇與設計 27
4.1.1 微處理器控制單元 27
4.1.2 網路傳輸單元 29
4.1.3 紅外線通訊單元 30
4.1.4 氣體感測器單元 33
4.1.5 真實時鐘單元 35
4.1.6 警報器單元 36
4.1.7 電力供應單元 37
4.2 軟、韌體程式設計 38
4.2.1 微處理器控制程式 38
4.2.2 伺服器監控程式 40
4.2.3 使用者介面程式 45
4.3 系統整合及製作 47
4.4 校正系統之開發 54
第五章系統性能測試與結果討論 59
5.1 基本性能測試 59
5.1.1 測試空間規劃及系統佈置 59
5.1.2 校正系統之自走車速度測試 62
5.1.3 E-PAS系統之定位測試 62
5.1.4 警報發佈測試 64
5.1.5 系統長時間運作測試 67
5.2 實驗室模擬測試 70
5.2.1 時間-活動模式記錄性能測試實驗 70
5.2.1.1 測試方式 70
5.2.1.2 結果與討論 74
5.2.2模擬現場環境警報測試 78
5.2.2.1 氣體感測器單元之校正 78
5.2.2.2 模擬現場環境濃度之建立 82
5.2.2.3 警報測試及其結果與討論 84
第六章結論與建議 87
6.1 結論 87
6.2 建議 88
參考文獻 89
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 4
圖3-1 系統設計原理說明圖 19
圖3-2 資料收集程序時的紅外線通訊模式 20
圖3-3 監測資料傳遞時(資料收集程序)的資料格式 20
圖3-4 警報發佈時的資料傳遞格式 20
圖3-5 警報發佈程序時的紅外線通訊模式 21
圖3-6 紅外線通訊單元進行通訊時的程序 21
圖3-7 系統硬體架構圖 24
圖3-8 軟體運作流程圖 26
圖4-1 BasicX的外觀圖示(取自NetMedia公司網站資料) 28
圖4-2 SitePlayer的外觀示意圖(取自NetMedia公司網站資料) 30
圖4-3 紅外線通訊單元之架構說明圖 32
圖4-4 微處理IC的外觀及腳位說明圖 32
圖4-5 紅外線通訊元件外觀圖 33
圖4-6 紅外線通訊元件的連接圖 33
圖4-7 TGS822氣體感測器的外觀、尺寸及腳位說明圖 34
圖4-8 TGS822氣體感測器的檢出線路圖 35
圖4-9 RTC晶片外觀及尺寸說明圖 36
圖4-10 Kx-1205蜂鳴器外觀圖 36
圖4-11 6V鉛蓄電池外觀圖(取自祥光公司網站資料) 37
圖4-12 設定系統參數的執行視窗 42
圖4-13 伺服器監控程式在資料收集程序時的執行視窗 43
圖4-14 伺服器監控程式在資料收集程序時的主要記錄表 43
圖4-15 伺服器監控程式所記錄的勞工個人總暴露量資料表 44
圖4-16 伺服器監控程式在警報發佈時的執行視窗(針對2號發佈警報) 44
圖4-17 使用者介面程式依勞工編號進行時間-活動模式查詢之結果 46
圖4-18 使用者介面程式依勞工編號進行暴露量查詢之結果 46
圖4-19 PERSONAL-IR的內部構造圖 50
圖4-20 PERSONAL-IR接線說明圖 51
圖4-21 PERSONAL-IR的整體外觀 51
圖4-22 PERSONAL-IR的配戴方式 52
圖4-23 FIXED-IR的內部構造 52
圖4-24 FIXED-IR接線說明圖 53
圖4-25 FIXED-IR的整體外觀 53
圖4-26 校正系統於測試現場的軌道鋪設圖 56
圖4-27 整套校正系統的示意圖 57
圖4-28 自走車與PERSONAL-IR之配置圖 58
圖5-1 定點紅外線單元於測試現場的佈設方式 60
圖5-2 在測試現場的系統佈設實況 60
圖5-3 以校正系統進行測試時的佈點示意圖 61
圖5-4 警報延遲時間的次數分佈圖(總次數為180次) 66
圖5-5 以人員進行實驗室模擬測試時的佈點示意圖 72
圖5-6 以2位人員模擬4位勞工於測試現場的活動情形 73
圖5-7 氣體感測器校正圖示 79
圖5-8 建立模擬現場濃度時的線路連接圖 83
圖5-9 警報延遲時間 86
表目錄
表2-1 直讀式儀器之優缺點 11
表4-1 本系統各項硬體單元 28
表4-2 BasicX的基本特性 28
表4-3 Basic-24應用於FIXED-IR之腳位說明 29
表4-4 各項系統參數的預設值 42
表4-5 TEWAS系統與E-PAS系統所開發硬體之比較表 48
表4-6 TEWAS系統與E-PAS系統的功能比較表 49
表4-7 E-PAS系統之各項監測資料的適用範圍及其解析度彙整表 49
表4-8 E-PAS系統之個人配戴子系統(PERSONAL-IR)規格一覽表 50
表4-9 E-PAS系統之定點架設子系統(FIXED-IR)規格一覽表 50
表5-1 自走車之移動速度彙整表 62
表5-2 紅外線接收正確率測試結果統計表(1) 64
表5-3 警報正確率統計表 66
表5-4 警報發佈延遲時間統計表 66
表5-5 長時間運作測試結果表(1) (沒有人員存在時) 68
表5-6 長時間運作測試結果表(2) (有多位人員存在時) 69
表5-7 四個測試階段之正確率彙整表 76
表5-8 錯誤筆數分析表 77
表5-9 人工觀察記錄值與系統記錄值之回歸分析彙整表 77
表5-10 氣體感測器校正曲線列表(1) (背景值未納入校正曲線的計算中) 80
表5-11 氣體感測器校正曲線列表(2) (背景值未納入校正曲線的計算中) 81
表5-12 測試現場濃度區域劃分 83
表5-13 警報發佈正確率測試結果 86
表5-14 警報發佈時的暴露量統計表 86

參考文獻

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指導教授

王鵬堯(Peng-Yau Wang)

審核日期

2003-7-4

推文