陳志剛， 李 婕， 傅 達(dá)， 戴劍軍

(1.湖南省高速公路集團(tuán)有限公司， 湖南 長沙 410003； 2.湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015)

0 引言

眾所周知，高速公路機(jī)電施工現(xiàn)場是安全事故多發(fā)場所。近年來，隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和工程進(jìn)度的不斷加快，人員管理困難、安全難以把控、成本不易控制等問題日益突出。

安全帽作為常用的工業(yè)安全個人防護(hù)用品，在機(jī)電施工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)安全帽設(shè)計(jì)簡單，只能起到被動防護(hù)作用。隨著信息化時代的到來，物聯(lián)網(wǎng)、空間定位、移動通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，智能安全帽應(yīng)運(yùn)而生。智能安全帽配備了GPS定位、存儲卡、高清攝像頭、距離傳感器等硬件設(shè)備，在此基礎(chǔ)上再建立遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺。一方面可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電施工現(xiàn)場的遠(yuǎn)程管理，有效保障施工安全；另一方面可以獲取大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為分析決策提供數(shù)據(jù)支撐，具有極大的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值[1]。

1 智能安全帽介紹

為了滿足機(jī)電施工現(xiàn)場需求，智能安全帽包括以下主要組成部件：

1) 定制化安卓系統(tǒng)，為整個智能安全帽功能提供平臺支撐。

2) 按鍵操作模塊，包含開機(jī)、關(guān)機(jī)、音量調(diào)節(jié)、拍照、SOS告警、通話等按鍵，用于操作和設(shè)置智能安全帽。

3) 4G、5G模塊，插上SIM卡即可實(shí)現(xiàn)安全帽與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺之間的無線通訊。

4) 視頻拍照模塊，內(nèi)置定焦120°廣角攝像頭，分辨率720P，支持視頻通訊和拍照。

5) 語音交互模塊，內(nèi)置喇叭和雙降噪麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)語音雙向通信，支持組呼群、呼功能。

6) 存儲模塊，32G存儲卡，可儲存2 400張照片。

7) 電池模塊，5000mAh可拆卸，聚合物鋰電池，支持視頻通話連續(xù)使用6.5h。

8) 定位模塊，實(shí)現(xiàn)GPS和北斗精確定位。

9) 撞擊報(bào)警模塊，使用陀螺儀傳感器和距離傳感器檢測安全帽動作，通過特征識別判斷佩戴人員是否脫帽、是否被猛烈撞擊。

10) 近電檢測模塊，內(nèi)置電壓感應(yīng)芯片，支持22V、10KV、35KV、110KV、220KV的近電預(yù)警。

11) 溫度檢測模塊，檢測佩戴人員頭部溫度，可用于人員進(jìn)場體溫檢測及高溫季節(jié)施工過程中的溫度檢測。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺介紹

2.1 系統(tǒng)概述

基于智能安全帽的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件平臺已完成開發(fā)，該平臺面向機(jī)電施工單位，提供人員實(shí)時定位、作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)督、危險(xiǎn)自動報(bào)警等功能，實(shí)現(xiàn)施工過程的全面感知，使人員管理由粗放向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，危險(xiǎn)報(bào)警由被動向主動轉(zhuǎn)變，風(fēng)險(xiǎn)更可控、作業(yè)更安全、管理更高效、決策更精準(zhǔn)。

平臺設(shè)計(jì)采用前、后端分離的模式，通過預(yù)先定義好的接口和協(xié)議進(jìn)行通訊，便于開發(fā)和維護(hù)。前端通過Websocket實(shí)時獲取設(shè)備位置，使用SIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控和語音通訊。

2.2 平臺總體架構(gòu)

平臺架構(gòu)包含4個層次，分別為數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和展示層。

2.2.1數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層分為2個部分： 1)視頻文件存儲實(shí)現(xiàn)智能安全帽實(shí)時監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的存儲與管理；2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫存儲設(shè)備信息、用戶信息、軌跡數(shù)據(jù)、任務(wù)信息、報(bào)警記錄等業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.2基礎(chǔ)支撐層

包含GIS定位、安全隱私、權(quán)限控制、用戶管理、日志記錄等公用組件，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。

2.2.3業(yè)務(wù)應(yīng)用層

實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位、視頻監(jiān)控、群組通話、圍欄管理、軌跡查詢、任務(wù)管理、報(bào)警記錄和系統(tǒng)設(shè)置等業(yè)務(wù)邏輯。

2.2.4展示層

提供PC端(Web界面)和手機(jī)端(App)2種訪問方式，方便管理者和現(xiàn)場工作人員隨時隨地訪問平臺，進(jìn)行業(yè)務(wù)操作。

2.3 平臺功能

2.3.1現(xiàn)場管理

通過Web界面可以實(shí)時查看施工現(xiàn)場佩戴智能安全帽的人員定位，進(jìn)行視頻監(jiān)控，并瀏覽報(bào)警信息，方便施工單位管理者隨時隨地了解現(xiàn)場情況，提高管理效率和決策水平。

2.3.2視頻中心

支持同一時間視頻連線多頂智能安全帽，遠(yuǎn)程查看作業(yè)情況，現(xiàn)場視頻會通過無線傳輸自動發(fā)送到監(jiān)控平臺，供未來回放或分析使用。下一版本考慮引入人工智能技術(shù)，利用人臉識別、設(shè)備識別等手段，結(jié)合實(shí)時視頻，進(jìn)一步提升監(jiān)管智能化水平[2]。

2.3.3軌跡回放

平臺自動記錄佩戴智能安全帽人員的運(yùn)動軌跡和高度軌跡，提供軌跡回放功能，幫助管理者制定更好的行動方案，使管理精細(xì)化。

2.3.4電子圍欄

管理者可以在地圖上繪制電子圍欄，提高現(xiàn)場安全性。圍欄有2種使用方式：一種是圈定危險(xiǎn)區(qū)域，在人員闖入時報(bào)警；另一種則是圈定安全區(qū)域，在人員離開圍欄時報(bào)警。

2.3.5任務(wù)管理

通過Web界面，管理者可以向指定成員群組發(fā)布定時、定點(diǎn)的任務(wù)，方便任務(wù)下達(dá)與記錄查詢，提高溝通效率。

2.3.6群組通話

使用平臺建立成員組，組內(nèi)成員可以通過智能安全帽的語音交互模塊進(jìn)行雙向交流，解放雙手。

2.3.7報(bào)警記錄

平臺定義了多種警報(bào)類型，如脫帽警報(bào)、撞擊警報(bào)、跌落警報(bào)、SOS警報(bào)、靜默警報(bào)、近電感應(yīng)等，并為警報(bào)劃分了不同優(yōu)先級。當(dāng)警報(bào)被觸發(fā)時，平臺會第一時間通知現(xiàn)場人員和管理者，并記錄報(bào)警時間、人員姓名和報(bào)警原因。

2.3.8視頻回放

可以指定設(shè)備或時間，查看智能安全帽錄制的現(xiàn)場視頻。平臺默認(rèn)保存近半個月內(nèi)的視頻，管理者可以對視頻內(nèi)容進(jìn)行分析，生成各類報(bào)表。

2.3.9設(shè)置管理

提供報(bào)警溫度、報(bào)警時間、本地錄像、監(jiān)控畫質(zhì)等智能安全帽設(shè)置項(xiàng)的管理。

3 平臺演示及應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場管理

遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的現(xiàn)場管理頁面(見圖1)可以直觀展示施工區(qū)域人員定位、實(shí)時視頻監(jiān)控和警報(bào)信息。在現(xiàn)場工作人員全部佩戴智能安全帽的前提下，將所有人員的實(shí)時位置展示在地圖上，并隨著人員位置移動而刷新。如有需要，可以選擇任意安全帽，通過視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場情況。另外，如果有新的警報(bào)消息，將會第一時間顯示在頁面右下方，提醒管理者及時處理，最大程度地保證工作人員的安全。

圖1 現(xiàn)場管理頁面

圖2 視頻中心頁面

3.2 視頻中心

視頻中心頁面(見圖2)實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控，左側(cè)展示用戶賬號關(guān)聯(lián)的智能安全帽列表和設(shè)備信息，并實(shí)時更新設(shè)備在線狀態(tài)，可以同時選中多個在線的安全帽，建立遠(yuǎn)程視頻連接，監(jiān)控施工現(xiàn)場情況。

3.3 工程應(yīng)用

智能安全帽及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)靈感源于2019年湖南省取消高速公路省界收費(fèi)站施工設(shè)計(jì)總承包項(xiàng)目。該項(xiàng)目工程量大、施工場景多，涉及全省25座省界收費(fèi)站，新增ETC門架系統(tǒng)1154套。面對施工范圍廣、高空作業(yè)多、現(xiàn)場人員復(fù)雜的情況，智能安全帽及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺應(yīng)運(yùn)而生。

2019年11月底，數(shù)百頂安全帽通過測試，投入現(xiàn)場使用，分布在潭株、岳長、邵懷、婁衡、郴永等多個項(xiàng)目組。根據(jù)現(xiàn)場使用情況及后期調(diào)查反饋，與傳統(tǒng)安全帽相比，主要優(yōu)勢如下：

1) 安全帽的視頻及語音通訊功能有效解放了現(xiàn)場人員的雙手，提高了協(xié)作效率。

2) 方便掌控現(xiàn)場人員的位置和作業(yè)進(jìn)度，發(fā)布臨時任務(wù)，對于偶爾發(fā)生的脫帽、登高等行為，主動出聲示警，幫助管理者保障施工安全。

3) 遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺解決了多地同時施工難以統(tǒng)一指揮的問題，有效降低了項(xiàng)目后期調(diào)試和驗(yàn)收過程中的溝通成本。

4) 采集了長達(dá)半個月的安全帽實(shí)時監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)著手開展人工智能分析研究，如抽煙檢測、安全衣識別、安全帽識別等，幫助進(jìn)一步提升平臺智能化水平。

綜上所述，這是基于智能安全帽的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺在高速公路機(jī)電施工現(xiàn)場的一次成功應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文描述了智能安全帽及其配套遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)和功能，該平臺能夠有效提高施工現(xiàn)場安全管理水平，實(shí)現(xiàn)全天候管理監(jiān)控、全流程安全監(jiān)督。此平臺實(shí)用性強(qiáng)、推廣價(jià)值大，已成功應(yīng)用于大型高速公路機(jī)電施工項(xiàng)目，可供同行業(yè)借鑒與應(yīng)用，也可應(yīng)用于建筑施工、隧道施工等其他涉及安全生產(chǎn)的領(lǐng)域。