牟 舵 ，劉 斌

（1.水利部珠江水利委員會珠江水利綜合技術中心，廣東 廣州 510000；2.廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

大藤峽水利樞紐工程位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口弩灘上，是具有防洪、航運、發(fā)電、補水壓咸、灌溉等綜合效益的大（一）型水利樞紐工程[1]79。目前，大藤峽水利樞紐工程已進入全面施工建設階段，隨著工程建設規(guī)模的不斷擴大，工藝流程紛繁復雜，投入的施工設施、設備及人員越來越多，因此，做好工程施工監(jiān)管，保障工程建設順利進行顯得尤為重要，為此在施工現(xiàn)場建設視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對現(xiàn)場施工過程進行有效監(jiān)控。

1 施工過程問題分析

大藤峽水利樞紐工程規(guī)模大，施工現(xiàn)場環(huán)境復雜，參建單位多，施工工藝要求高，使得整個施工現(xiàn)場管理難度較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）施工現(xiàn)場環(huán)境復雜。a.大藤峽水利樞紐工程地處華南，夏季降雨頻繁，施工道路濕滑，由于是施工高峰期，進出施工現(xiàn)場車輛頻繁，極易發(fā)生超速、剮蹭等交通事故；b.施工現(xiàn)場爆破、開挖等工作較多，在開展相關工作時缺少有效手段對現(xiàn)場進行全方位監(jiān)控，工程的安全生產(chǎn)存在一定隱患；c.現(xiàn)場施工機具種類繁多，缺少有效手段對各類機具的使用、調(diào)配進行有效監(jiān)管。

2）施工人員素質(zhì)良莠不齊。大藤峽水利樞紐工程規(guī)模大，參建人員多。在施工中，存在部分一線施工人員安全意識、思想認識不到位，不按要求佩戴安全帽、安全帶等問題，材料失竊、違規(guī)作業(yè)、不按規(guī)定時間進出施工現(xiàn)場的行為時有發(fā)生，缺少有效手段對整個施工現(xiàn)場人員行為進行監(jiān)管。

3）混凝土溫控施工管控難度大。大藤峽水利樞紐工程為混凝土重力壩，施工區(qū)全年 30° 以上氣溫天數(shù)為 100～150 d，占全年天數(shù)的 1/3，持續(xù)高溫對混凝土溫控防裂不利，為確保大壩不出現(xiàn)危害性裂縫，需要對澆筑的混凝土進行溫控?；炷翜乜厣婕暗焦橇项A冷、運輸、入倉、通水冷卻等諸多環(huán)節(jié)，任何一道環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響大壩的溫控效果，進而影響到整個工程的質(zhì)量。現(xiàn)有溫控施工過程監(jiān)管主要通過現(xiàn)場監(jiān)理完成，但人工監(jiān)管無法確保在 24 h 內(nèi)整個溫控流程均為合規(guī)，缺少有效手段對整個混凝土溫控施工過程進行不間斷監(jiān)管。

2 現(xiàn)場網(wǎng)絡分析

目前視頻信號傳輸方式分為有線和無線網(wǎng)絡2 種類型，在選擇網(wǎng)絡接入類型時需要綜合考慮傳輸帶寬、穩(wěn)定性及成本等多種因素。

1）有線傳輸。建設的視頻監(jiān)控點部署在施工現(xiàn)場的基坑塔吊區(qū)、船閘施工區(qū)、砂石區(qū)、混凝土拌合樓等多個重點區(qū)域，位置較為分散。如果采用有線方式，要開挖布線 5 km 左右，存在補償、供電等問題，情況復雜且困難大。無論是自建的還是運營商的線路，往往都容易被挖斷，而且由于監(jiān)控點分散，線路租賃價格比較高，施工難度、建設成本、后期維護的費用都比較高。

2）無線傳輸。由于施工現(xiàn)場位置較為偏遠，運營商的 4G 網(wǎng)絡信號較差，高清視頻信號無法通過運營商的 4G 網(wǎng)絡進行回傳，為此提出一種無線智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。目前，大藤峽水利樞紐工程管理單位（以下簡稱管理單位）已在施工現(xiàn)場布設完成一套無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)對整個施工現(xiàn)場全覆蓋，無線骨干鏈路帶寬為 300 Mbit/s，單路 1080P 高清視頻信號帶寬為 4～6 Mbit/s，300 Mbit/s 網(wǎng)絡可實現(xiàn) 50 路高清視頻信號回傳，滿足管理單位對施工現(xiàn)場的監(jiān)控需求[1]112。由此可見，采用施工現(xiàn)場已有的無線網(wǎng)絡回傳數(shù)據(jù)方式比有線網(wǎng)絡和 4G 傳輸方式有更好、更廣泛的適應性，且便于施工。當信號傳輸中斷時，只需維護相應的網(wǎng)絡設備，就能準確定位故障點，快速恢復線路正常運行。

綜上所述，建設的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用施工現(xiàn)場已有的無線網(wǎng)絡。前端視頻監(jiān)控信號通過雙絞線傳輸至接入層交換機，經(jīng)接入交換機轉發(fā)至無線網(wǎng)橋，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋接回傳至管理單位監(jiān)控中心。施工現(xiàn)場無線網(wǎng)絡示意圖如圖1 所示。

圖1 施工現(xiàn)場無線網(wǎng)絡示意圖

3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

3.1 總體結構

大藤峽水利樞紐工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端監(jiān)控設備、傳輸網(wǎng)絡、存儲陣列、視頻管理平臺和展示大屏等部分組成?？傮w結構體現(xiàn)為前端監(jiān)控設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過無線橋接回傳至監(jiān)控中心機房的視頻監(jiān)控管理平臺，為平臺提供數(shù)據(jù)資源，管理單位工程管理人員通過監(jiān)控終端及展示大屏實時查看現(xiàn)場監(jiān)控情況。視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體構架如圖2 所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體架構

3.2 點位布置

點位布置設計包括現(xiàn)場網(wǎng)絡、監(jiān)控區(qū)域、設備防雷及供電條件等內(nèi)容的分析設計，分析結果作為點位布設依據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場踏勘和平面布置圖，可基本確定監(jiān)控點布設位置和數(shù)量，部分有特殊監(jiān)控要求的點需到現(xiàn)場復核。根據(jù)點位布置分析并接合施工現(xiàn)場的實際需求，監(jiān)控點位主要分布在基坑塔吊區(qū)、船閘施工區(qū)、砂石區(qū)、混凝土拌合樓、黔江副壩、南木江副壩等區(qū)域。

綜合考慮施工便利及施工期與運行期視頻監(jiān)控系統(tǒng)的合理轉換，建設的視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端攝像頭與網(wǎng)絡設備部署在同一桿位上。工程竣工后，如需調(diào)整監(jiān)控區(qū)域，只需調(diào)整桿位和調(diào)試網(wǎng)絡即可，避免重復購買前端設備及配套設施，有效節(jié)約投資。

4 視頻智能分析與處置

本視頻智能分析主要采用幀間、背景差分法，以及車速檢測等技術，實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域入侵、遺留物品、車輛超速/逆行檢測及視頻質(zhì)量診斷等功能。

4.1 區(qū)域入侵檢測報警

采用幀間差分法實現(xiàn)區(qū)域入侵檢測報警，該算法對前端視頻攝像頭采集的視頻圖像進行逐幀處理，當監(jiān)控區(qū)域內(nèi)有物體非法闖入時會觸發(fā)報警[2]。

在實際應用中，工程管理人員可以通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)設置警戒區(qū)域和線，當有運動物體（人、動物、施工車輛等）進入警戒區(qū)域，會觸發(fā)設置的報警機制，同時監(jiān)控畫面可以實時顯示進入警戒區(qū)的運動物體，為管理單位加強施工現(xiàn)場監(jiān)管提供支持。

4.2 遺留物品檢測

采用背景差分法實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域遺留物品的檢測，該算法通過前端視頻攝像頭采集的視頻圖像與背景圖像的差分檢測監(jiān)控區(qū)域是否存在遺留物品[3]。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋的各工作面，工程管理人員可以通過系統(tǒng)設置遺留物品停留時間，如果發(fā)現(xiàn)某物品（施工機具、物品等）超過設置的停留時間的閾值，將自動觸發(fā)報警，監(jiān)控畫面可以實時顯示工作面遺留的物品。

4.3 車輛超速檢測

采用 Harris 角點檢測算法實現(xiàn)車輛超速檢測，通過該算法確定車輛角點，角點在每個連續(xù)幀中的位置隨著車輛的行進而改變，當車輛進入視頻監(jiān)控區(qū)域后，根據(jù)角點的位置和位移實時計算車速。

在實際應用中，如果出現(xiàn)進出施工現(xiàn)場的車輛存在超速行為，將會自動觸發(fā)預警，并在系統(tǒng)上顯示超速車輛的車牌、發(fā)生時間等信息，為管理單位加強施工區(qū)的車輛管理提供支持。

4.4 視頻質(zhì)量診斷

采用圖像分析算法對前端攝像頭采集的視頻圖像進行分析，將采集的視頻圖像輸入到已經(jīng)建立好的視頻分析模型中進行分析，分析結果按照設置好的判定標準，判斷當前視頻圖片質(zhì)量情況。

工程管理人員可以對視頻顯示質(zhì)量設置視頻診斷預案，實現(xiàn)對雪花、滾屏、模糊、畫面凍結、增益失衡、視頻信號丟失等視頻顯示質(zhì)量問題的準確分析，判斷和預警，并可以結合故障嚴重程度設置不同的預警級別。

5 部署及應用效果分析

本研究提出的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成功應用在大藤峽水利樞紐左岸施工現(xiàn)場。前端監(jiān)控設備的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過施工現(xiàn)場無線網(wǎng)絡實時回傳至管理單位前方臨時營地監(jiān)控中心，實現(xiàn)了高清視頻圖像的實時回傳，滿足了管理單位對施工現(xiàn)場監(jiān)管的需求，效益顯著。

5.1 有效提升了施工現(xiàn)場現(xiàn)代化管理水平

視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成應用以來，管理、監(jiān)理、施工等單位相關人員可實時查看現(xiàn)場施工情況，并依據(jù)系統(tǒng)做出有關應對措施，施工現(xiàn)場管理水平得到顯著提升。主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

1）事件告警。管理單位管理人員通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)的入侵檢測、遺留物報警、車輛超速報警等功能模塊，第一時間掌握現(xiàn)場違規(guī)作業(yè)、安全隱患等情況，并根據(jù)系統(tǒng)告警類型及時協(xié)調(diào)參建各方做出相關應對措施，將安全隱患扼殺在萌芽狀態(tài)，對施工現(xiàn)場正常開展各項工作提供了有力支撐。

2）事件追溯。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)通過視頻監(jiān)控中心配置的存儲陣列進行保存，配置陣列可存儲 3 個月的視頻信息，滾動覆蓋。當施工現(xiàn)場出現(xiàn)物品遺失、事故糾紛等事件時，各方人員可及時通過系統(tǒng)進行事件的追蹤溯源，還原事件經(jīng)過，有利于參建各方及時掌握事件原因，有效避免推諉扯皮、工期延誤等事件的發(fā)生。

3）監(jiān)督震懾。視頻監(jiān)控系統(tǒng)建成后，管理、監(jiān)理單位人員可通過系統(tǒng)實時對施工現(xiàn)場進行遠程監(jiān)控，全程掌握施工人員行為、流程，以及安全與文明施工各個方面，對施工人員起到一定震懾作用。系統(tǒng)上線運行以來，施工人員未佩戴安全防護設施、材料失竊及違規(guī)作業(yè)等事件得到有效遏制，未發(fā)生 1 起安全生產(chǎn)事故。

5.2 有效支撐了大體積混凝土溫控施工

大藤峽水利樞紐工程大體積混凝土溫控涉及到的各個環(huán)節(jié)都需要嚴格按照溫控標準實施，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，參建各方人員遠程掌握現(xiàn)場溫控施工情況，規(guī)范溫控施工流程，對溫控施工工藝、混凝土溫度超標、溫控效果不佳等情況進行遠程指導。自視頻監(jiān)控系統(tǒng)上線運行以來，現(xiàn)場混凝土施工質(zhì)量得到顯著提升，溫控合格率達 98% 以上，沒有出現(xiàn)危害性裂縫，溫控效益顯著。

6 結語

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大藤峽水利樞紐左岸施工現(xiàn)場的應用表明：視頻監(jiān)控系統(tǒng)能較好地解決位置偏遠、信號較差、供電困難的施工區(qū)域無法實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控的問題，能顯著提升現(xiàn)場施工監(jiān)管水平和質(zhì)量，對地處偏遠的施工現(xiàn)場管理有一定的借鑒意義。

同時，無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能分析采用后端計算，當應用于攝像頭較多的場景時，會出現(xiàn)服務器運算量較大，系統(tǒng)響應時間較長的問題，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)的逐步應用，后期可以在施工現(xiàn)場采用5G + 邊緣計算的模式部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可進一步提升系統(tǒng)的視頻智能分析效率。