□ 文/王偉

作者單位:上海智能交通有限公司

城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是我國城市發(fā)展的重要過程和支柱行業(yè)之一，在改善居住條件、完善基礎(chǔ)設(shè)施、吸納勞動力就業(yè)、推動經(jīng)濟增長等方面發(fā)揮著重要作用。與此同時，基建行業(yè)也是一個安全事故多發(fā)的高危行業(yè)。近年來，在國家、各級地方政府建設(shè)主管部門和行業(yè)參與主體的高度關(guān)注和共同努力下，建設(shè)施工安全生產(chǎn)事故逐年下降，質(zhì)量水平大幅提升，但不可否認，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中的施工安全形勢依然較為嚴峻，尤其是隨著我國城市化進程的不斷推進，建設(shè)工程規(guī)模和速度仍在逐年擴大，建設(shè)施工質(zhì)量安全依然是政府部門及民眾最為關(guān)心的社會內(nèi)容之一[1]。如何加強基建過程中施工現(xiàn)場安全管理、降低事故發(fā)生頻率、杜絕各種違規(guī)操作和不文明施工、提高建設(shè)工程質(zhì)量，仍將是擺在各級政府部門、建設(shè)單位、施工單位以及院校研究的一項重要課題。

而隨著人工智能、互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，打造基于計算機視覺的城建智能化管理平臺，推動人工智能技術(shù)在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中實現(xiàn)全方位、智能化、全壽命周期的管理應(yīng)用顯得越發(fā)重要。

建設(shè)行業(yè)應(yīng)用管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前用于城建過程中的管理及應(yīng)用軟件還是比較多，但多使用的單一系統(tǒng)或者是比較傳統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備，比較成熟的系統(tǒng)主要有：

數(shù)字化工程管理系統(tǒng)（PMS）

基于BIM+數(shù)字化施工管理理念，對建設(shè)工程從中標(biāo)到總包結(jié)算各階段實施差異化管控，對一般項目采用全生命期重大節(jié)點實時管理模式，對重大項目采用精確到施工部位的BIM施工管理模式，結(jié)合數(shù)字化工地各類套件、移動辦公技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，精確采集項目各類生產(chǎn)要素和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對工程項目的數(shù)字化管理、多維度記錄和智能分析。

預(yù)制構(gòu)件智能制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)制造流水線管理模式建立的智能制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），把各類產(chǎn)品劃分為鋼筋半成品制作、鋼筋籠制作及構(gòu)件預(yù)制等三個生產(chǎn)階段，主要工藝和質(zhì)檢節(jié)點采用數(shù)字化監(jiān)管，對原材料采購、庫存管理，標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)線崗位職能管理，生產(chǎn)工藝程序管理，半成品和成品場內(nèi)駁運庫存管理，出庫送貨管理等環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析和智能優(yōu)化，實現(xiàn)工業(yè)化智慧生產(chǎn)，預(yù)制構(gòu)件用于工程建設(shè)的各個階段。

安防管理系統(tǒng)（SMS）

工程建設(shè)期全貌和重點施工區(qū)域視頻監(jiān)控管理，覆蓋項目主要施工作業(yè)面，可遠程操控清晰瀏覽工程風(fēng)險源及進度等信息，實現(xiàn)視頻信號回傳公司總部服務(wù)器并在本地保留高清視頻存檔。同時通過門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)項目級人員實名制+門禁套件全員實名制登記管理，通過人員門禁通道登記人員進出場信息，實現(xiàn)人員出入工地的信息化管理。

基于計算機視覺的城建智能化管理平臺設(shè)計

平臺總體構(gòu)架及設(shè)計

平臺總體設(shè)計定位在綜合性、智能化的信息整合、業(yè)務(wù)管理與決策支持平臺。平臺綜合運用通訊、計算機技術(shù)、信息處理、圖像處理及人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)多元信息錄入，信息資源管理、設(shè)備管理、用戶管理、網(wǎng)絡(luò)管理、安全管理等業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)按照多元異構(gòu)體系進行設(shè)計，這樣不僅能滿足本系統(tǒng)的建設(shè)要求，而且也充分考慮了城市基建后續(xù)幾年的信息化發(fā)展趨勢，預(yù)留接口。同時，作為涉及人員和施工過程管理的綜合信息管理平臺，其總體框架設(shè)計包括感知層、基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、服務(wù)層和用戶層六個層次[2]，整個系統(tǒng)各層設(shè)計采用通用信息化標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及接口方式，各功能層描述如下：

感知層：主要負責(zé)與外場設(shè)備、中心系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互；完成采集圖片及其他傳感數(shù)據(jù)的入庫存儲、數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理及控制信息發(fā)送功能。

基礎(chǔ)層：主要負責(zé)感知層傳感數(shù)據(jù)、視頻等信息的接入，以及系統(tǒng)中心平臺相關(guān)軟硬件的搭建及布置。

數(shù)據(jù)層：主要負責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及錄像文件的存儲和管理，負責(zé)實時視頻圖像和傳感數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和歷史圖像的存儲，數(shù)據(jù)庫軟件采用ORACLE，采用負載均衡的策略，將轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、比對、查詢?nèi)蝿?wù)分配到多臺服務(wù)器上。

應(yīng)用層：是基于基礎(chǔ)層和數(shù)據(jù)層進行的各種業(yè)務(wù)處理、運算和管理服務(wù)層，包括實時監(jiān)控、監(jiān)測預(yù)警、信息導(dǎo)入、查詢統(tǒng)計、系統(tǒng)校時等業(yè)務(wù)處理功能，同時提供豐富的系統(tǒng)配置管理功能。

服務(wù)層：主要通過微信公眾號、門戶網(wǎng)站、移動APP等途徑，發(fā)布系統(tǒng)信息，以更好服務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)部門。

用戶層：提供友好、易用的人機交互界面。

系統(tǒng)總體架構(gòu)圖設(shè)計如圖1：

▲圖1 基于計算機視覺的城建智能化管理平臺總體架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計

平臺的網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計利用互聯(lián)網(wǎng)資源，建立智能化的視頻信息傳輸交換平臺，視頻信息傳輸交換平臺中選用TCP/IP協(xié)議作為主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時支持UDP方式。具體如圖2所示：

▲圖2. 平臺網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

系統(tǒng)功能設(shè)計

進度管理

施工計劃管理：可查看建設(shè)單位所轄或下屬區(qū)域部門所管轄區(qū)域內(nèi)施工項目的施工計劃。對于具體工程項目，可制定及維護該施工項目的具體工程進度計劃。用戶可在云平臺上將整個施工任務(wù)進行分解和排期，然后對該施工工期進行更新和補充，從而方便項目管理人員了解施工進度。

工程進度檢查：根據(jù)施工各分部、分項工程進度情況自動編制進度檢查計劃，對實際工程進度檢查情況進行記錄，并根據(jù)檢查結(jié)果更新進度信息。

勞務(wù)管理

智能人臉識別通道：建設(shè)現(xiàn)場大門安裝閘機、LED屏，工人刷卡或者通過人工智能人臉識別相機上下班，LED屏實時統(tǒng)計在場上崗人數(shù)。管理人員通過手機APP即可查看。

考勤管理：依托門禁刷卡記錄，實現(xiàn)人員考勤過程的自動化，方便人員的出勤管理。系統(tǒng)能夠利用快捷注冊設(shè)備對訪客進行拍照，實現(xiàn)訪客的快速識別和登記，對訪客進行統(tǒng)一管理和訪問控制，系統(tǒng)可將建設(shè)現(xiàn)場劃分為不同區(qū)域，配合各區(qū)域的安保要求，通過計算機視覺技術(shù)監(jiān)視相應(yīng)區(qū)域，控制訪客的活動范圍，提高建設(shè)現(xiàn)場安全管理水平。

安全交底會議簽到：在安全交底會議上，可以依托計算機視覺識別技術(shù)，通過對人臉識別和檢測，進行安全培訓(xùn)會議現(xiàn)場刷卡簽到。

安全質(zhì)量管理

安全管理人員在對大型機械、設(shè)備器械、人員安全防護用品、危險源、臨火臨電、起重吊裝等檢查點進行現(xiàn)場檢查的過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時，可查詢選擇檢查對象，或者現(xiàn)場掃描人員、設(shè)備或檢查點對應(yīng)的二維碼，或者通過攝像頭的視覺智能分析，錄入巡檢問題，并即刻上傳至綜合管理平臺，以此反饋安全隱患，并通知相關(guān)人員整改。

智能化監(jiān)控

通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，可將作業(yè)場景傳送到平臺Web界面或移動終端APP，系統(tǒng)在建設(shè)現(xiàn)場的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)可采用多種布網(wǎng)方式，在無法布設(shè)有線傳輸線路的情況下，可將各監(jiān)控點攝像機經(jīng)由建設(shè)現(xiàn)場的WIFI、3G/4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)或者微波無線信號接入到互聯(lián)網(wǎng)。如需要添加新的監(jiān)控點，只要在網(wǎng)絡(luò)上添加新的監(jiān)控攝像機即可；同時系統(tǒng)可增加紅外，煙感等安防探測器，以及聲光報警設(shè)備，通過視覺檢測和分析，構(gòu)成報警聯(lián)動機制[3]。

安全隱患智能預(yù)警

工程建設(shè)現(xiàn)場是復(fù)雜且不斷變化的環(huán)境，為確保建設(shè)施工過程中的人員、設(shè)施安全，需要部署大量的視頻監(jiān)視點位，基于計算機視覺的智能化監(jiān)控技術(shù)，能夠在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，從而使計算機能夠通過數(shù)字圖像處理和分析來理解視頻畫面中的內(nèi)容。安全隱患智能分析系統(tǒng)基于智能視頻分析技術(shù)，輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)對監(jiān)控圖像進行分析、判斷、識別，從而自動檢測施工項目現(xiàn)場安全隱患的系統(tǒng)。

環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)依托自動化監(jiān)測傳感器，包括視覺分析及檢測攝像頭，對建設(shè)現(xiàn)場揚塵及噪聲進行實時監(jiān)測，系統(tǒng)可對PM2.5、PM10、噪聲、風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、大氣壓等環(huán)境參數(shù)進行全天候現(xiàn)場測量。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)支持與空調(diào)、風(fēng)機、除濕機、噴淋設(shè)備等實現(xiàn)聯(lián)動，在檢測值超過預(yù)警值時自動啟動相關(guān)設(shè)備，進行自動化、智能化的響應(yīng)，監(jiān)測的多個參數(shù)實時數(shù)據(jù)可以在現(xiàn)場LED大屏和云平臺上實時顯示。

應(yīng)用及探討

根據(jù)平臺的設(shè)計方案，目前主要在一些建設(shè)施工現(xiàn)場試驗性的使用了該平臺，通過采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)和高清攝像頭進行視覺立體感知，使用人工智能進行思考理解，使用大數(shù)據(jù)對項目現(xiàn)場的施工人員實時行為進行監(jiān)控和預(yù)測。計算機視覺部分的功能重點實現(xiàn)了如下內(nèi)容：

對重點違規(guī)行為進行監(jiān)控。重點盯防工作人員不戴安全帽進入建設(shè)施工區(qū)域的情況，以及建設(shè)現(xiàn)場起火等情況，一旦出現(xiàn)違規(guī)及時報警。

對建設(shè)現(xiàn)場的工作人員進行人臉識別，實現(xiàn)現(xiàn)場人員考勤的自動化、智能化。

對進入建設(shè)工地的車輛進行身份識別，并跟蹤軌跡，發(fā)現(xiàn)異常車輛，進入非指定區(qū)域，以及工地內(nèi)行駛軌跡異常等現(xiàn)象，及時報警。

對工地現(xiàn)場設(shè)備及環(huán)境安全進行計算機視覺的分析，通過設(shè)備狀態(tài)比對及環(huán)境監(jiān)測，對異常情況及時報警。

項目很好的運用基于計算機視覺的人工智能識別系統(tǒng)代替管理人員對基礎(chǔ)建設(shè)現(xiàn)場的巡檢，并將原有每月一次巡檢頻率上升至每天實時監(jiān)控管理，發(fā)現(xiàn)問題實時報警、取證，提高建設(shè)現(xiàn)場工作人員安全意識。

結(jié)論

基于計算機視覺的城建智能化管理平臺能夠有效對城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程進行管理、監(jiān)督，實現(xiàn)全方位實時監(jiān)控、取證與管理，改變了原有的傳統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)現(xiàn)場管理模式，極大地提高城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的安全性。通過項目的實際使用也證明了本系統(tǒng)建設(shè)是可行的。

本文重點在平臺的整體功能和系統(tǒng)架構(gòu)、計算機視覺處理和分析方面的功能進行了重點研究和設(shè)計，而平臺與其他系統(tǒng)的融合應(yīng)用后期進一步研究的重點。