韓成愈，劉 洋，龔戈勇

（中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

安全風(fēng)險(xiǎn)存在于日常施工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)階段，依靠傳統(tǒng)的人巡監(jiān)管模式不僅耗時(shí)耗力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高，而且無(wú)法實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控。近年來(lái)，隨著5G等信息技術(shù)的快速發(fā)展，以5G、AI、大數(shù)據(jù)以及云平臺(tái)為代表的各類(lèi)技術(shù)發(fā)展趨向成熟，在政府的治理、監(jiān)督與服務(wù)，企業(yè)的安全、生產(chǎn)與管理方面可利用信息化技術(shù)有效提高管理效能。通過(guò)積極探索5G和AI技術(shù)的結(jié)合，為施工現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)監(jiān)管探索新的管理模式。

1 5G技術(shù)和AI技術(shù)

1.1 5G技術(shù)

作為新一代寬帶無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信技術(shù)，5G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都與過(guò)去移動(dòng)通信系統(tǒng)有很大不同。國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義了5G系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)特征，主要包括高速率、低時(shí)延以及大連接，與4G系統(tǒng)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)容量、聯(lián)接密度、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、能源效率、頻譜效率、可靠性等方面都得到了較大的提升。對(duì)應(yīng)5G系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，ITU定義了5G的3大類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，如圖1所示[1]。

增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）場(chǎng)景能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)以“人”為中心各類(lèi)社交、娛樂(lè)等個(gè)人用戶(hù)通信性能的提升，實(shí)現(xiàn)人與人之間通信的極致應(yīng)用體驗(yàn)，適用于對(duì)帶寬及數(shù)據(jù)流量要求高的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，如高速移動(dòng)上網(wǎng)、超高清（移動(dòng)8K點(diǎn)播）及3D視頻直播和社交、隨時(shí)隨地云存取、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality/Virtual Reality，AR/VR）等。

大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信（massive Machine Type Communication，mMTC）場(chǎng)景和高可靠低時(shí)延通信（ultra-Reliableand Low Latency Communications，uRLLC） 場(chǎng)景主要面向“物”與“物”之間連接的應(yīng)用。其中，mMTC場(chǎng)景用于海量設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入場(chǎng)景，如3GPP所提出的嵌于蜂窩系統(tǒng)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）技術(shù)和增強(qiáng)機(jī)器類(lèi)通信（enhance Machine Type Communication，eMTC）技術(shù)可用來(lái)支持各類(lèi)海量機(jī)器類(lèi)通信應(yīng)用，提供多連接的承載通道，滿(mǎn)足各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中發(fā)送較低的數(shù)據(jù)以及對(duì)傳輸資料延遲與成本有較低需求的廣覆蓋連接，面向以各類(lèi)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市管理、智能家居等應(yīng)用場(chǎng)景。uRLLC場(chǎng)景涉及兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是超可靠，指通信過(guò)程中數(shù)據(jù)包的塊差錯(cuò)率（Block Error Ratio，BLER）至少達(dá)到目標(biāo)BLER的10-5或10-6量級(jí)。另一個(gè)是低時(shí)延，指通信網(wǎng)絡(luò)的空口時(shí)延需滿(mǎn)足低于最大時(shí)延要求，如5 ms、1 ms或更低。uRLLC場(chǎng)景主要面向垂直行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，包括遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)無(wú)人駕駛汽車(chē)、工業(yè)制造及自動(dòng)化等。

相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)“統(tǒng)一接入、單一效能”的運(yùn)營(yíng)模式，5G依托其自身網(wǎng)元虛擬化、架構(gòu)開(kāi)放化以及編排智能化的技術(shù)保障，能夠通過(guò)資源和能力定制化，提供綜合型、具備差異化能力且服務(wù)質(zhì)量保障、靈活便捷的“專(zhuān)屬”網(wǎng)絡(luò)。在安全監(jiān)管領(lǐng)域，利用5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時(shí)延、大容量等特征，不僅能夠在現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)管中心之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、高品質(zhì)、雙向?qū)ΨQ(chēng)的大規(guī)模數(shù)據(jù)流全交換，而且便于有效突破各個(gè)信息系統(tǒng)之間的信息互換，完成各監(jiān)管、實(shí)施與救援部門(mén)的數(shù)據(jù)融合交換，在應(yīng)用場(chǎng)景中達(dá)到身臨其境的效果。

1.2 人工智能技術(shù)

人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)基于海量數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度分析，在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上構(gòu)成智能系統(tǒng)平臺(tái)，完成需要耗費(fèi)傳統(tǒng)大量人力物力才能完成的工作，關(guān)鍵在于需要龐大的參考數(shù)據(jù)作為計(jì)算機(jī)“思考”和“決策”的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，數(shù)據(jù)量指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了大量的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，算法倉(cāng)庫(kù)的不斷完善不僅為人工智能技術(shù)提供了分辨的能力，而且提供了決策的方法。AI技術(shù)通過(guò)賦予機(jī)器智能，對(duì)人的意識(shí)和思維信息過(guò)程進(jìn)行模擬，從而使機(jī)器設(shè)備具備人類(lèi)的思考能力或?qū)崿F(xiàn)腦力勞動(dòng)自動(dòng)化，幫助人們解決各種工作和生活問(wèn)題。AI以其智慧、高效等優(yōu)勢(shì)被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域[2]。

AI領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)包括自然語(yǔ)言處理、AR/VR、統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜、人機(jī)交互、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及深度學(xué)習(xí)等，其框架如圖2所示。

圖2 人工智能框架

在計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、大數(shù)據(jù)及圖像識(shí)別等新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)前AI技術(shù)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，以AI芯片為核心單元的運(yùn)算能力得到了持續(xù)提升，推動(dòng)AI技術(shù)成為新一輪產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動(dòng)力。深刻改變現(xiàn)有的生產(chǎn)生活方式，使社會(huì)生產(chǎn)力和勞動(dòng)生產(chǎn)率得到整體躍升。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，AI技術(shù)將是眾多智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突破點(diǎn)，2026年全球AI技術(shù)市場(chǎng)規(guī)?？傊祵⑦_(dá)到1.500×1011美元。AI技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景也已經(jīng)從前期的碎片化過(guò)渡到深度融合的一體化模式，從單點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景轉(zhuǎn)換為多元化的應(yīng)用場(chǎng)景，從技術(shù)升級(jí)邁向產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在智慧城市管理和智能生產(chǎn)制造等眾多等場(chǎng)景中將得到更加廣泛及深入的應(yīng)用，人類(lèi)工作的領(lǐng)域也與AI技術(shù)息息相關(guān)[3]。

2 構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管平臺(tái)

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于“5G+AI”的施工現(xiàn)場(chǎng)，智慧安全監(jiān)管平臺(tái)充分利用5G低時(shí)延、大帶寬以及廣連接等持性，在解決施工現(xiàn)場(chǎng)通信的痛點(diǎn)難點(diǎn)基礎(chǔ)上，充分結(jié)合AI人工智能等信息化手段，圍繞施工過(guò)程的安全質(zhì)量等問(wèn)題對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的“人機(jī)料法環(huán)測(cè)”全要素進(jìn)行全方位、立體式的實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管的可視化和智能管理?！?G+AI”的施工現(xiàn)場(chǎng)智慧安全監(jiān)管平臺(tái)解決方案如圖3所示。

圖3 “5G+AI”的施工現(xiàn)場(chǎng)智慧安全監(jiān)管平臺(tái)解決方案

整套施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管體系的建設(shè)方案可采用面向服務(wù)的架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），包含終端層、接入層、中臺(tái)層以及應(yīng)用層，為智慧施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管平臺(tái)可視化提供相關(guān)的服務(wù)[4]。監(jiān)管體系的系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 監(jiān)管體系系統(tǒng)架構(gòu)

在終端層建立技術(shù)統(tǒng)一及標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)規(guī)范化于一體的終端信息采集規(guī)范，利用自動(dòng)識(shí)別技術(shù)完成前端硬件或內(nèi)、外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的數(shù)據(jù)采集。接入層是整個(gè)安全監(jiān)管平臺(tái)的數(shù)據(jù)中樞核心。終端數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)以及管理數(shù)據(jù)等在數(shù)據(jù)接入層進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、加載，形成集成的、面向主題的且不容易丟失的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，用于日常安全監(jiān)管數(shù)據(jù)的共享、決策支持等。中臺(tái)層集中多數(shù)據(jù)源，統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析口徑，為不同場(chǎng)景預(yù)設(shè)不同的方式，以提高數(shù)據(jù)分析效率等。應(yīng)用層作為智慧安全監(jiān)管平臺(tái)的業(yè)務(wù)核心，向用戶(hù)提供相關(guān)的安全監(jiān)管應(yīng)用服務(wù)，各模塊之間通過(guò)服務(wù)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)之間的業(yè)務(wù)交互。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.2.1 固定點(diǎn)位監(jiān)測(cè)

在關(guān)鍵點(diǎn)位安裝太陽(yáng)能供電的視頻監(jiān)控，強(qiáng)化對(duì)工程車(chē)輛、人員及施工設(shè)備等方面的全方位現(xiàn)場(chǎng)錄像取證。視頻監(jiān)控搭載高像素紅外高清智能球機(jī)，支持高倍數(shù)的光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦，可以看清數(shù)百米之外的汽車(chē)牌照號(hào)碼，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)管作業(yè)面情況。首先對(duì)工程車(chē)輛的類(lèi)型和車(chē)牌、駕駛員行為以及車(chē)輛行徑軌跡進(jìn)行不斷點(diǎn)監(jiān)測(cè)，其次對(duì)周邊人員實(shí)施人臉識(shí)別，再次對(duì)火源（如抽煙、打火機(jī)、火柴等）等諸多不正常行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最后對(duì)運(yùn)行設(shè)備利用物聯(lián)感應(yīng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備、視頻等監(jiān)控施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行安全狀態(tài)。

2.2.2 無(wú)人機(jī)巡視

無(wú)人機(jī)可對(duì)臨時(shí)工程和重點(diǎn)區(qū)域等進(jìn)行有效補(bǔ)充監(jiān)控。無(wú)人機(jī)搭配AI智能芯片，根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障和計(jì)算，規(guī)劃出最優(yōu)飛行路線(xiàn)，應(yīng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（Real Time Kinematic，RTK）高精度定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自主巡檢。無(wú)人機(jī)AI算法云邊協(xié)同快速識(shí)別人工行為特征，通過(guò)無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)高空全景巡檢以及高速安全的5G網(wǎng)絡(luò)，快速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)全景甚至是周邊的異常情況。

2.3 數(shù)據(jù)運(yùn)行

采集的數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)、高速率或部分點(diǎn)位的高效傳輸線(xiàn)路傳送到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)層，經(jīng)過(guò)視頻圖像管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)提取，再經(jīng)過(guò)人工智能模型組成的AI智能分析中臺(tái)的數(shù)據(jù)處理，備份到統(tǒng)一管理云平臺(tái)輸出到風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別智能監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，發(fā)出預(yù)警，最終在終端用戶(hù)的手機(jī)、智能安全帽、智能手環(huán)、PC或者駕駛管理艙體現(xiàn)出來(lái)。

2.4 數(shù)據(jù)輸出展示

安全監(jiān)管的主要目的的是防止危險(xiǎn)的發(fā)生，防患于未然，那么預(yù)防和應(yīng)急處置就是數(shù)據(jù)采集和處理后需要輸出展現(xiàn)的。通過(guò)全場(chǎng)景覆蓋，重要運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)全可視化，分級(jí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管，實(shí)施多維分析，通知到人，人員分為3類(lèi)，一是項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)人員，一般是消息到智能手環(huán)、手機(jī)終端App；二是項(xiàng)目經(jīng)理，一般是消息到項(xiàng)目管理PC端；三是公司管理部門(mén)，一般是管理駕駛艙的監(jiān)控大屏。消息的及時(shí)統(tǒng)一性能實(shí)現(xiàn)快速聯(lián)動(dòng)，對(duì)應(yīng)急時(shí)間進(jìn)行評(píng)估、研判以及分析，輔助制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。整個(gè)施工工地安全監(jiān)管體系的邏輯如圖5所示。

3 “5G+AI”智慧安全監(jiān)管平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

（1）定制化的5G網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足監(jiān)管數(shù)據(jù)的傳輸需求。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的監(jiān)管需求，可提供定制化的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案，并結(jié)合現(xiàn)在無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸需求，滿(mǎn)足高達(dá)1GB以上的時(shí)間傳輸速率，支持各類(lèi)高清廣角攝像頭的低時(shí)延和高清數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管數(shù)據(jù)通信覆蓋難點(diǎn)（包括地下室、超高作業(yè)面）的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

（2）實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)信息的“多跨協(xié)同”。將施工現(xiàn)場(chǎng)多維度的安全風(fēng)險(xiǎn)信息分析、預(yù)警、管控、處置整合在一個(gè)平臺(tái)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)管的全過(guò)程及全方位的管理。在安全監(jiān)管感知方面，通過(guò)智慧安全監(jiān)管平臺(tái)相關(guān)的5G監(jiān)控設(shè)備+物聯(lián)感知設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛、人員、設(shè)備等多項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)全覆蓋動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）有效提升監(jiān)管效率。與傳統(tǒng)的監(jiān)管巡視方式不同，基于“5G+AI”智慧安全監(jiān)管平臺(tái)通過(guò)5G移動(dòng)攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備、無(wú)人機(jī)方式實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和機(jī)動(dòng)靈活的視頻采集，高清畫(huà)面和AR監(jiān)控圖像通過(guò)5G專(zhuān)網(wǎng)流暢的傳送到監(jiān)管中心，實(shí)現(xiàn)全天候全方位實(shí)時(shí)監(jiān)管，有效減少現(xiàn)場(chǎng)安全巡視人員的工作量，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管的全面覆蓋和監(jiān)管效率的極大提升。

（4）實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控智能化。通過(guò)攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)感知傳感器等數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集的監(jiān)管數(shù)據(jù)，利用AI技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故易發(fā)高發(fā)區(qū)域的違規(guī)、高危行為場(chǎng)景進(jìn)行7×24 h不間斷識(shí)別，自動(dòng)預(yù)判危險(xiǎn)源，及時(shí)提醒和報(bào)警（通過(guò)短信、平臺(tái)提示等方式推送到管理者的手機(jī)），以便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管人員第一時(shí)間掌握現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行相關(guān)的應(yīng)急處置，有效防范違規(guī)作業(yè)及安全事故的發(fā)生。

4 結(jié) 論

“5G+人工智能”的時(shí)代，社會(huì)信息生態(tài)高度發(fā)達(dá)，數(shù)據(jù)的不斷豐富也為進(jìn)一步為提升人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)提供了更多的進(jìn)步空間，在5G時(shí)代，充分發(fā)揮信息化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用到生活的方方面面，必將給人民的生活帶來(lái)更多的精彩和提供更安全的工作社會(huì)安全保障。本文通過(guò)研究利用“5G+AI”構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管平臺(tái)改變了施工現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)的監(jiān)管方式，提升施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患治理能力，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管移動(dòng)監(jiān)視、遙控、巡查、預(yù)警、報(bào)警等業(yè)務(wù)的閉環(huán)，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)全覆蓋的監(jiān)管。