APPLIED RESEARCH

Development and use of intelligent helmets to monitor the health status of emergency workers during rescue operations

Authors

  • Vladimir Yu. Malkin Dahl Lugansk State University, 267000, Lugansk, 20th Anniversary Quarter, 11
  • Alexander T. Pavlenko Dahl Lugansk State University, 267000, Lugansk, 20th Anniversary Quarter, 11
  • Alexander V. Krasnogrudov Dahl Lugansk State University, 267000, Lugansk, 20th Anniversary Quarter, 11

How to cite

GOST Malkin V. Y., Pavlenko A. T., Krasnogrudov A. V. Development and use of intelligent helmets to monitor the health status of emergency workers during rescue operations // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2025. Vol. 69. No. 9. P. 136-145.
APA Malkin, V. Y., Pavlenko, A. T. & Krasnogrudov, A. V. (2025). Development and use of intelligent helmets to monitor the health status of emergency workers during rescue operations. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 69(9), 136-145.

Abstract

The article presents the development and pilot testing of an intelligent helmet for continuous monitoring of the health status of EMERCOM personnel during emergency-rescue operations, aiming at early detection of critical conditions and reduction of injuries by shifting from episodic checks to proactive analytics based on multiparametric data. Materials and methods include a prototype built on a standard protective helmet integrating an optical pulse oximeter(HR, SpO2), an in-ear digital thermometer, a three-axis accelerometer and gyroscope (fall/impact detection), an electrochemical CO sensor, and a low-power microcontroller providing on-board preprocessing and LoRaWAN telemetry to a gateway and a server with a time-series database, dashboard, and analytics modules(including an LSTM forecast). The experiment involved 30 volunteers across three scenarios simulating real conditions: high temperature and smoke, debris clearance(high physical load), and a gas-polluted environment(controlled CO); medical validation of measurements was conducted in parallel. Results show statistically significant HRV reductions(SDNN from 138,4±15,2 ms at rest to 39,7±7,1 ms under combined load; RMSSD from 45,6±8,3 to 12,9±3,6 ms), SpO2 drop to 93,4±1,9%(in 15% ≤92%), body temperature increase to 38,6±0,4 °C, and CO elevation to 155,7±23,8 ppm; average alarm latency was 2,5–3,7 s. State classification achieved Accuracy 98.0%, Recall 97,7%, and specificity 98,1%, with a low false-alarm rate(1,9%) and rare missed events(2,3%); an integral functional state index formed using AHP weights for HRV/SpO2/temperature/accelerometry improved predictiveness, and the LSTM provided a 5-7-minute IFS forecast with about 85% accuracy. The discussion notes reduced risks of overexertion, hypoxia, and heat stroke through early trend recognition and supports integrating helmets into EMERCOM’s operational control loop; limitations relate to sample size and simulated conditions, while prospects include miniaturization, extended autonomy, a broader sensor suite, and algorithm personalization.

Keywords

intelligent helmet physiological parameter monitoring EMERCOM heart rate variability LoRaWAN

References

Борисенко М.В. Применение программно-аппаратного комплекса для мониторинга состояния здоровья и оценки работоспособности работников транспорта// Проблемы безопасности на транспорте: мат. VI Межд. науч.-прак. конф. Под ред. В.И. Сенько. Гомель, 2012. С. 58-59.

Бушманов А.Ю., Возовиков И.Н., Арутюнов Ю.А., Самойлов А.С. Автоматизированная система мониторинга сердечной деятельности лиц, работающих во вредных, опасных и особо опасных условиях// Актуальные проблемы диагностики, профилактики и лечения профессионально обусловленных заболеваний: мат. Всерос. науч.-прак. конф.(14-15 октября 2013 г., Сочи). Сочи, 2013. С. 38-39.

Варнавский А.Н. Разработка автоматизированной системы предотвращения возникновения негативных функциональных состояний и производственно-обусловленных заболеваний работников предприятий. НИР: грант № СП-358.2015.5. Совет по грантам Президента Российской Федерации. М., 2015.

Зинин А.С., Егоров А.С., Козярский Д.Ю., Ширяев А.Д., Шитц Е.В. Автоматизированное рабочее место диспетчера скорой медицинской помощи: инструктивно-методические рекомендации по использованию пакета прикладных программ ППП «АРМ СМП». Л., 1989. 38 с.

Ишкинина Е.Р., Успенская Н.Н. Повышение безопасности при эксплуатации интеллектуальных датчиков со взрывозащитной категорией// Актуальные проблемы и современные технологии обеспечения пожарной, экологической и промышленной безопасности: мат. Всерос. науч.-прак. конф. 2017. С. 117-119.

Карванов Р.А., Низамова Г.И., Абдрахманов Н.Х., Валекжанин Д.Ю. Повышение безопасности при текущем и капитальном ремонтах нефтеконденсатных скважин с применением интегрированных средств индивидуальной защиты в ПАО «Газпромнефть»// Научно-технический журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом секторе». 2022. № 2(305). С. 41-48.

Максымив В.С., Романов А.Ф., Никулин А.Н. Контроль применения средств индивидуальной защиты головы «Умная каска»// Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № S5-1. С. 422-430.

Масликов А.И., Скасырская О.А. Автоматизированный контроль применения средств индивидуальной защиты с помощью технологий искусственного интеллекта// Радионавигация и время: труды СЗРЦ Концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2021. № 7(15). С. 74-84.

Плакидин В.Г. Значение автоматизированной скрининговой диагностики заболеваний для совершенствования медико-профилактических мероприятий у работников птицефабрик Архангельской области: дис.... канд. мед. наук. Архангельск, 1994. 23 с.

Поликарпов Д.С. Обоснование концепции системы контроля состояния сотрудников МЧС // Актуальные вопросы совершенствования инженерных систем обеспечения пожарной безопасности объектов: мат. XI Всерос. науч.-прак. конф. Иваново, 2024. С. 293-295.

Попов В.А., Николенко С.Д. Технология проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ: метод. указания. Воронеж, 2010. 72 с.

Сарманаев С.Х. Применение технологий искусственного интеллекта для поддержки принятия решения медицинскими работниками в ходе оказания медицинской помощи при химической травме// Развивая вековые традиции, обеспечивая «Санитарный щит» страны: мат. XIII Всерос. съезда гигиенистов, токсикологов и санитарных врачей с межд. участ., посв. 100-летию основания Государственной санитарно-эпидемиологической службы России. Мытищи, 2022. С. 247-250.

Сидоров Д.А. Умная каска. Пат. RU 198230 U1, 25.06.2020. М.: Федеральная служба по интеллектуальной собственности РФ, 2020.

Тарасова О.С., Николаев Р.Д. Автоматизированный учёт медицинских осмотров работников// Энергия-2017: мат. конф. в 6-ти томах. Иваново: Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2017. С. 126-128.

Усачев Н.А., Сурнин Д.И., Наумова В.И. Комплексная оценка состояния здоровья сотрудников ООО «Сиэнси Мастер»// Профессионально-личностное развитие студентов в образовательном пространстве физической культуры: мат. VI Всерос. науч.-прак. конф.(24-25 ноября 2016 г., Тольятти). Тольятти, 2016. С. 307-313.

Metrics

165 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 4 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.