劉綏美 陳 可

（中鐵工程服務(wù)有限公司，四川 成都610083）

1 概述

隨著城市建設(shè)步伐的加快，軌道交通建設(shè)日趨發(fā)揮重大作用。城市軌道交通多采用地下工程形式，投資大、施工周期長(zhǎng)、施工技術(shù)與環(huán)境條件復(fù)雜、不可預(yù)見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)環(huán)境影響大[1]。軌道交通建設(shè)安全問(wèn)題愈發(fā)突出，其中施工常見(jiàn)問(wèn)題是安全施工管理中管理方法與認(rèn)識(shí)存在偏差導(dǎo)致的[2]。且軌道交通建設(shè)的核心設(shè)備盾構(gòu)機(jī)是集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體，在掘進(jìn)施工的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)龐大和場(chǎng)景復(fù)雜，采用人工監(jiān)控、人工判斷的方式，不可避免有忽略事故征兆、遺漏其他關(guān)聯(lián)風(fēng)險(xiǎn)的情況。本文針對(duì)深圳軌道交通14 號(hào)線施工不安全行為監(jiān)控場(chǎng)景，建立識(shí)別預(yù)警系統(tǒng)，為施工穩(wěn)定性提供保障。

2 工程背景

深圳市城市軌道交通14 號(hào)線工程串聯(lián)福田中心區(qū)、清水河、布吉、橫崗、龍崗大運(yùn)新城、坪山新區(qū)、坑梓、沙田等區(qū)域，覆蓋深圳東部地區(qū)南北向交通需求走廊，是聯(lián)系深圳中心區(qū)與東部組團(tuán)的軌道交通快線，是支撐整個(gè)東部發(fā)展軸的軌道交通骨干線，是支持深圳東進(jìn)戰(zhàn)略實(shí)施的重要交通保障。本文以坑梓站～沙田站區(qū)間為背景，區(qū)間隧道縱坡自坑梓站以24.864‰下坡然后以11‰上坡接著以5.183‰下坡到沙田站，最小縱坡為5.183‰，最大縱坡為24.864‰，隧道埋深約8.0-25.7m，采用盾構(gòu)法施工。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

由于地鐵施工位于封閉隧道內(nèi)，無(wú)線信號(hào)受損，有線網(wǎng)絡(luò)架設(shè)存在困難，將視頻匯總至數(shù)據(jù)中心處理方式并不適用。采用邊緣計(jì)算可實(shí)現(xiàn)低延遲智能判斷，自主研制邊緣計(jì)算硬件承載人工智能圖像識(shí)別模型可離線運(yùn)行、自主判斷，降低傳輸視頻對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，節(jié)約視頻存儲(chǔ)硬件開(kāi)銷(xiāo)。系統(tǒng)首先以部署在地鐵施工區(qū)域內(nèi)的邊緣計(jì)算端自主處理視頻，再將施工行為監(jiān)控結(jié)果以結(jié)構(gòu)化形式返回云端, 作為后續(xù)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)升級(jí)的依據(jù)，并在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警。

3.1 關(guān)鍵技術(shù)方案

第一步：視頻選幀&格式轉(zhuǎn)換。根據(jù)場(chǎng)景、需求、性能三方面綜合考慮，設(shè)計(jì)合理的視頻選幀間隔，將截取的單幀圖片轉(zhuǎn)化為模型可處理的JPG 格式的圖片。

第二步：行人檢測(cè)。對(duì)格式轉(zhuǎn)換后的圖片進(jìn)行圖片預(yù)處理工作，去除圖片中的部分噪聲干擾并保證訓(xùn)練與推斷的數(shù)據(jù)預(yù)處理操作一致。而后輸入到行人檢測(cè)模型中以判斷是否檢測(cè)到行人。若沒(méi)有檢測(cè)到行人，則直接返回。若檢測(cè)到行人，進(jìn)行下一階段識(shí)別。

第三步：圖片分割。根據(jù)行人檢測(cè)結(jié)果將圖片進(jìn)行識(shí)別前的預(yù)處理操作，此步驟目的與行人檢測(cè)預(yù)處理操作的目的性一致。

第四步：圖像識(shí)別。根據(jù)識(shí)別結(jié)果，判斷是否符合報(bào)警條件，若符合，則報(bào)警。如識(shí)別到工作人員未穿著工作服，則向系統(tǒng)返回報(bào)警結(jié)果。

檢測(cè)流程如下圖1 所示：

3.2 識(shí)別算法

傳統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)是通過(guò)構(gòu)建特征描述子提取特征后利用分類(lèi)器對(duì)特征進(jìn)行分類(lèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)[3]。2016 年Liu W 等提出SSD（Single Shot MultiBox Detector）算法[4]。SSD 算法是深度學(xué)習(xí)One-Stage 算法的一種，能夠直接輸出物體的類(lèi)別概率和位置坐標(biāo)值，均勻地在圖片多個(gè)層數(shù)的特征圖上進(jìn)行密集抽樣，然后利用CNN 提取特征進(jìn)而進(jìn)行分類(lèi)與回歸，經(jīng)過(guò)單次檢測(cè)即可直接得到最終的檢測(cè)結(jié)果，具有快速檢測(cè)特性。本系統(tǒng)選用SSD作為目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別方式，步驟如下：

第一步：將輸入圖片經(jīng)過(guò)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）提取特征，并生成feature map。

第二步：抽取其中六層的feature map，然后再feature map的每個(gè)點(diǎn)上生成default box（各層的個(gè)數(shù)不同，但每個(gè)點(diǎn)都有）。

第三步：利用NMS（極大值抑制）篩選default box 集合，并輸出。

4 試驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景如下：

(1)場(chǎng)景描述。

(2)未佩戴安全帽。

(3)高空作業(yè)未佩戴安全繩。

(4)進(jìn)入隧道未佩戴反光背心。

(5)進(jìn)入/穿越危險(xiǎn)區(qū)域（吊裝作業(yè)下方、臨邊防護(hù)圍欄外側(cè)、設(shè)備軌行區(qū)）。

(6)煙火禁區(qū)持明火（包括抽煙）。

(7)打擊設(shè)備、物品。

(8)特殊作業(yè)擅離作業(yè)區(qū)域。

(9)危險(xiǎn)攀爬。

(10)疲勞作業(yè)。

見(jiàn)表1。

5 結(jié)論

基于AI 視覺(jué)識(shí)別的城市軌道交通施工安全管理系統(tǒng)成功的應(yīng)用于深圳地鐵14 號(hào)線，可實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多場(chǎng)景、多人員同時(shí)監(jiān)管，為地鐵施工安全提供保障。該系統(tǒng)符合傳統(tǒng)行業(yè)向信息化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的要求，在軌道交通快速發(fā)展的市場(chǎng)中具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。