應(yīng)瀟斐 魏富強(qiáng)

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 施工現(xiàn)場安全管理的現(xiàn)狀

國家統(tǒng)計(jì)局報(bào)告顯示，中國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程是世界歷史上速度最快且規(guī)模最大的，中國的城鎮(zhèn)化進(jìn)程已成為建筑行業(yè)快速發(fā)展的前置有利條件，同時(shí)它也對(duì)施工行業(yè)設(shè)定了更高的準(zhǔn)入門檻并提出了更嚴(yán)格的管理要求。作為施工管理工作的重要環(huán)節(jié)，施工現(xiàn)場安全的管理工作一方面需要勇于迎接新的挑戰(zhàn)，另一方面新挑戰(zhàn)對(duì)現(xiàn)場安全管理工作的提效升級(jí)提供了新的機(jī)遇和寬廣的發(fā)展空間。通過現(xiàn)場安全管理從業(yè)人員數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)累積和科研機(jī)構(gòu)的研究探索，施工現(xiàn)場的安全管理工作已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃讲⑷〉昧艘欢ǖ某尚?，然而也必須正確認(rèn)識(shí)新形勢下存在的諸多問題。

首先，大部分擁有施工總承包特級(jí)和一級(jí)資質(zhì)的施工企業(yè)已演變成智力密集型的純管理企業(yè)。雖然它們具有相當(dāng)?shù)墓芾砟芰退?，但這些公司并不像傳統(tǒng)施工企業(yè)那樣擁有技術(shù)過硬的勞務(wù)施工隊(duì)伍。因此這些公司一旦中標(biāo)相關(guān)項(xiàng)目后，現(xiàn)場管理工作僅依靠公司委派的幾名技術(shù)人員負(fù)責(zé)。在此情況下，人員配備的數(shù)量和專業(yè)類別均無法滿足管理要求，從而導(dǎo)致安全管理難以達(dá)到要求。

其次，由于我國城鎮(zhèn)化速度加快，大量農(nóng)村人口涌入城市，農(nóng)村進(jìn)城務(wù)工人員在建筑從業(yè)人員中的比例逐年攀升，現(xiàn)已超過80%。但農(nóng)村進(jìn)城務(wù)工人員缺乏相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)，專業(yè)施工技能的培訓(xùn)往往也跟不上，導(dǎo)致進(jìn)城務(wù)工人員缺乏扎實(shí)的專業(yè)技能。另外進(jìn)城務(wù)工人員受教育水平普遍較低、安全意識(shí)不強(qiáng)，這些不利因素對(duì)施工現(xiàn)場安全管理工作的順利推進(jìn)造成了較大的阻礙。

最后，由于工程項(xiàng)目本身的風(fēng)險(xiǎn)源較多，導(dǎo)致施工項(xiàng)目在實(shí)施過程中容易遇到各種變數(shù)，往往需要根據(jù)實(shí)際情況作出施工步驟、施工內(nèi)容、施工時(shí)間、施工設(shè)備、施工地點(diǎn)和施工人員等方面的調(diào)整，這些無法預(yù)見的變化以及相應(yīng)的調(diào)整正是安全管理工作的主要風(fēng)險(xiǎn)來源。

2 傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)的問題

工程施工安全事故不僅對(duì)人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成直接的危害，同時(shí)也給社會(huì)帶來直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失，一些重大的安全事故甚至對(duì)社會(huì)穩(wěn)定產(chǎn)生不利的影響。因而從中央到地方各級(jí)建設(shè)行政主管部門都非常重視建筑施工安全，建筑施工安全的監(jiān)管力度也逐年增強(qiáng)。為此，除了強(qiáng)化落實(shí)建設(shè)各方安全生產(chǎn)管理主體責(zé)任，完善安全管理制度體系，加強(qiáng)建筑施工領(lǐng)域安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)工作，提高從業(yè)人員，尤其是一線班組長、危險(xiǎn)崗位操作人員以及進(jìn)城務(wù)工人員、外包工、臨時(shí)工等人員的安全素質(zhì)等手段以外，借助技術(shù)手段加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場的安全監(jiān)管，已成為安全管理不可或缺的工具。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是目前施工現(xiàn)場安全監(jiān)管最常用的技術(shù)手段之一，其數(shù)字化遠(yuǎn)程操控的優(yōu)點(diǎn)提高了安全管理工作的便利性。然而，隨著安全管理要求的提高，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控技術(shù)的弊病不斷暴露，越來越難以滿足安全管理的現(xiàn)實(shí)要求。

在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，僅僅能觀察到一些周邊的情況，而且畫面的清晰度也受到監(jiān)控設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)的限制，并不能清晰地觀察到對(duì)應(yīng)物體的具體情況，視線較為狹窄，水平方向和垂直方向僅僅是在30°～60°之間。如果選用傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行工作，相關(guān)的視頻監(jiān)控管理人員需要對(duì)多個(gè)屏幕進(jìn)行觀察分析，有些視頻中的圖像間的區(qū)別很小，無形中增加了工作人員的工作負(fù)擔(dān)；另外，長時(shí)間監(jiān)看視頻會(huì)對(duì)人腦造成巨大的壓力，美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室專門研究結(jié)果表明，人眼在盯著視頻畫面超過22 min后，人腦將忽視視頻畫面里95%以上的活動(dòng)信息，表現(xiàn)為人眼對(duì)這些視頻信息視而不見[1]。最關(guān)鍵的是，視頻監(jiān)控的管理人員不能及時(shí)觀察到對(duì)應(yīng)的具體事物有變化情況，可能有些安全隱患已經(jīng)存在，但是管理人員無法及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，不利于企業(yè)的發(fā)展。

3 視頻融合與智能視頻監(jiān)控技術(shù)的原理

3.1視頻融合技術(shù)原理

在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)管人員需要同時(shí)觀看多個(gè)不同位置攝像頭拍攝的畫面，并且很難將零散的不同位置的視頻內(nèi)容與其實(shí)際地理位置相對(duì)應(yīng)，因此大場景實(shí)時(shí)全局監(jiān)測成為監(jiān)管人員的難題，也無法對(duì)歷史事件進(jìn)行快速回溯查找，海量零散監(jiān)控視頻資源既“看不過來”又“看不太懂”。借助視頻融合技術(shù)，可以將攝像頭實(shí)時(shí)畫面投射到三維實(shí)景模型或者VR全景設(shè)備上，并可將相鄰的畫面進(jìn)行拼接融合，拼接后形成一幅更大分辨率的畫面，這種融合不會(huì)隨著對(duì)三維模型的傾斜、旋轉(zhuǎn)等操作而產(chǎn)生變形或者錯(cuò)位。平臺(tái)中視頻與實(shí)景三維模型融合技術(shù)需要經(jīng)過后臺(tái)視頻配準(zhǔn)和前端視頻融合顯示2個(gè)流程得以實(shí)現(xiàn)，如圖1、圖2所示。預(yù)處理階段對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并進(jìn)行幾何校正、噪聲消除、色彩和亮度調(diào)整、配準(zhǔn)、裁剪有效區(qū)域等；前端視頻融合顯示階段則進(jìn)行視頻融合投影操作，基于視頻與三維場景之間的空間位置關(guān)系、用戶視角、相機(jī)視角，并根據(jù)透視投影算法進(jìn)行投影計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)在三維實(shí)景模型上無縫投射視頻圖像。當(dāng)用戶視角發(fā)生改變時(shí)，通過特有的算法實(shí)現(xiàn)視頻渲染，并且隨著用戶視角的變化而變化，從而避免畫面出現(xiàn)畸變的情況。

圖1 后臺(tái)視頻配準(zhǔn)流程

圖2 前端WebGL融合顯示

3.2智能視頻監(jiān)控技術(shù)原理

智能視頻監(jiān)控技術(shù)研究的主要內(nèi)容就是如何從原始的視頻數(shù)據(jù)中提取出符合人類認(rèn)知的語義理解，即希望計(jì)算機(jī)能和人一樣自動(dòng)分析理解視頻數(shù)據(jù)。比如，判斷場景中有哪些感興趣目標(biāo)，歷史運(yùn)動(dòng)軌跡，從事什么行為，以及目標(biāo)之間的關(guān)系等。一般而言，智能視頻監(jiān)控中對(duì)視頻圖像的處理可以分為底層、中層和高層共3個(gè)層次，如圖3所示。

圖3 智能視頻監(jiān)控算法流程

該流程中、底層主要是從視頻圖像采集終端獲取圖像序列，對(duì)感興趣目標(biāo)進(jìn)行檢測和跟蹤，以便對(duì)目標(biāo)進(jìn)行后續(xù)處理分析，主要解決“目標(biāo)在哪里”的問題。本文中目標(biāo)檢測部分可分為目標(biāo)建模和背景建模。目標(biāo)跟蹤是為了獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的活動(dòng)時(shí)間、位置、運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度、大小、表觀（顏色、形狀、紋理）等，可分為單場景目標(biāo)跟蹤和跨場景目標(biāo)跟蹤。中層主要是在底層的基礎(chǔ)上提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的各種信息并進(jìn)行相關(guān)判斷。這部分內(nèi)容包括目標(biāo)識(shí)別。目標(biāo)識(shí)別是為了對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類，進(jìn)而識(shí)別目標(biāo)的身份，可分為目標(biāo)分類和個(gè)體識(shí)別。中層的分析為底層處理到高層行為理解搭建了一座橋梁，填補(bǔ)了底層與高層之間的語義間隔。主要是為了解決“目標(biāo)是什么”的問題。高層處理完成對(duì)目標(biāo)的行為進(jìn)行分析和理解。高層的語義蘊(yùn)含著特定的語義場景，往往和具體的應(yīng)用緊密相關(guān)。行為分析可以分為姿態(tài)識(shí)別、行為識(shí)別和事件分析，主要為了解決“目標(biāo)在干什么”的問題[2]。

4 視頻融合與智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究內(nèi)容

4.1三維的全景攝像裝置

根據(jù)當(dāng)前傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的視野盲區(qū)，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前的科學(xué)技術(shù)，研究三維的全景攝像裝置，進(jìn)而解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控?cái)z像中存在的視野盲區(qū)，具體就是將在傳統(tǒng)視頻監(jiān)控?cái)z像中的監(jiān)控圖像鏡頭分隔的缺陷進(jìn)行了改進(jìn)與設(shè)計(jì)，進(jìn)而能夠在整體的監(jiān)控視野區(qū)域中進(jìn)行全景的監(jiān)控管理，能夠?qū)崟r(shí)多方位、多角度地進(jìn)行監(jiān)控管理。此外，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)中所能監(jiān)控到的角度僅僅是某一個(gè)方向，能夠觀察到的范圍較小，而三維的全景攝像裝置能夠?qū)崿F(xiàn)攝像機(jī)的多角度無縫的結(jié)合，進(jìn)而避免了工作人員要對(duì)多個(gè)視頻的監(jiān)控圖像的觀察分析，節(jié)約了一定的時(shí)間，使得工作人員能夠快速準(zhǔn)確地觀察到視頻中的異常情況，從而根據(jù)實(shí)時(shí)觀察來分析出原因，并進(jìn)行及時(shí)的管理[3]。

4.2三維全景融合軟件系統(tǒng)

三維全景融合軟件系統(tǒng)主要是借助三維建模和視頻重構(gòu)技術(shù)，對(duì)視頻監(jiān)控信息以及三維全景攝像裝置所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步建立出對(duì)應(yīng)的三維全景模型，從而實(shí)現(xiàn)由單一的視圖來顯示出對(duì)應(yīng)的全景三維視圖，同時(shí)能夠?qū)δ骋粋€(gè)局部進(jìn)行放大和縮小，以及能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的操控與管理。簡單來說，首先是能夠?qū)崿F(xiàn)全景和局部視圖的有機(jī)結(jié)合，借助三維球機(jī)協(xié)同追視系統(tǒng)來對(duì)全景融合監(jiān)控范圍中的目標(biāo)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的追蹤查看。再者是在全景三維模型和全景視頻的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的自動(dòng)巡航，對(duì)關(guān)鍵區(qū)域的準(zhǔn)確定位與處理。

4.3預(yù)設(shè)路徑融合視頻自動(dòng)巡檢

在設(shè)定路線進(jìn)行自動(dòng)巡航過程中，首先是以場景的二維平面圖作為基礎(chǔ)，再將攝像機(jī)點(diǎn)位標(biāo)繪在二維地圖中。因而，操作人員可以根據(jù)地圖手動(dòng)調(diào)取任意攝像機(jī)的視頻。同時(shí)，操作人員也可以設(shè)置自動(dòng)巡航模式，也就是在二維平面圖或三維地圖中設(shè)定路徑節(jié)點(diǎn)后，系統(tǒng)路徑節(jié)點(diǎn)根據(jù)設(shè)定順序，創(chuàng)建巡航路徑，并基于此巡航路徑將相關(guān)的視頻進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配。當(dāng)開啟漫游巡航功能后，系統(tǒng)從當(dāng)前所處的位置開始依次顯示視頻。在巡航過程中，畫面邊角處顯示鷹眼地圖，提示當(dāng)前攝像機(jī)位置和方位指向。

4.4全景多路低點(diǎn)視頻關(guān)聯(lián)顯示

全景多路低點(diǎn)視頻關(guān)聯(lián)顯示，是指事先將部署在場景內(nèi)的多路低點(diǎn)視頻與全景視頻建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。在開啟時(shí)，低點(diǎn)槍機(jī)的圖標(biāo)就會(huì)顯示在全景畫面中，通過點(diǎn)擊圖標(biāo)，就可以在獨(dú)立窗口中調(diào)看對(duì)應(yīng)攝像機(jī)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。在操作的過程中，操作人員不需要記住每個(gè)攝像機(jī)的編號(hào)就可以快速準(zhǔn)確定位到目標(biāo)視頻，極大地減輕了操作負(fù)擔(dān)。

4.5全景監(jiān)控的球機(jī)協(xié)同追視

全景視頻球機(jī)聯(lián)動(dòng)協(xié)同追視，是指事先將場景內(nèi)的球機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而建立起球機(jī)姿態(tài)、最佳焦距與全景畫面像素位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，之后由操作人員在全景視頻畫面中點(diǎn)擊或框選目標(biāo)區(qū)域，系統(tǒng)則驅(qū)動(dòng)球機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域并進(jìn)行變倍放大，進(jìn)一步減輕了操作人員的工作負(fù)擔(dān)。如圖4所示，監(jiān)控人員在三維場景中點(diǎn)擊所需要檢測的目標(biāo)人員，系統(tǒng)即調(diào)用周邊三個(gè)不同方向的球機(jī)協(xié)同追視，并且通過與其他系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，關(guān)聯(lián)顯示目標(biāo)的屬性信息。

圖4 球機(jī)協(xié)同追視示例

4.6全景歷史視頻同步回放

根據(jù)回放請(qǐng)求，來對(duì)任意時(shí)刻的全景視頻及選定的低點(diǎn)視頻進(jìn)行整體同步回放。該功能適用于大范圍區(qū)域內(nèi)事件發(fā)生全過程的回放，能夠直觀地、全景式地呈現(xiàn)歷史事件的發(fā)生始末，解決了傳統(tǒng)視頻監(jiān)控需要針對(duì)多個(gè)分鏡頭進(jìn)行逐一回放，且畫面支離破碎的問題。

4.7安全帽識(shí)別

利用場地內(nèi)布置的攝像機(jī)，可對(duì)進(jìn)入作業(yè)區(qū)域的人員進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，如圖5所示。若檢測到人員未佩戴安全帽，可立即報(bào)警，將報(bào)警截圖和視頻保存到數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并利用自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)生成報(bào)表留檔，同時(shí)利用微信小程序等將報(bào)警信息推送給相關(guān)管理人員，可根據(jù)時(shí)間段對(duì)報(bào)警記錄和報(bào)警截圖、視頻進(jìn)行查詢點(diǎn)播，極大提升了作業(yè)區(qū)域的管理效率，保障了作業(yè)人員的安全。

圖5 安全帽佩戴識(shí)別

4.8圍欄入侵檢測

圍欄入侵模式允許用戶設(shè)定任意數(shù)量的虛擬圍欄，每條圍欄的厚度、長度和寬度皆可獨(dú)立設(shè)置，圍欄外形可以是任意形狀。此外，還可指定攀越（或穿越）某虛擬圍欄的非法方向（2個(gè)單向或者雙向）。當(dāng)入侵者在非法方向上攀越（或穿越）圍欄時(shí)將觸發(fā)報(bào)警。如圖6所示，利用在基坑邊緣布置的攝像機(jī)圖像，畫出人員入侵報(bào)警邊界，當(dāng)有人員異常進(jìn)入則進(jìn)行事件報(bào)警推送。

圖6 基坑邊界入侵識(shí)別

5 結(jié)語

借助視頻融合及智能監(jiān)控技術(shù)，施工現(xiàn)場安全管理不再單靠人工實(shí)施，而是實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的各類情況的數(shù)字化的記錄、處理和反饋，從而將施工現(xiàn)場傳統(tǒng)的安全管理提升到數(shù)字化管理的新階段，最終實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的智慧施工管理，在管理能效提升的同時(shí)，管理的成本也將大大降低。