姜健俊 馬艷冰 吳 偉

（1.淮河水利委員會(huì)綜合事業(yè)發(fā)展中心 2.淮河水利委員會(huì)通信總站 蚌埠 233001）

1 引言

近年來，在江蘇、浙江等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，逐漸開始將“互聯(lián)網(wǎng)+”、視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)應(yīng)用于水利工程施工管理中來，已經(jīng)取得了一定的成效。國內(nèi)如華東院等水利設(shè)計(jì)院也正在研制水利工程施工監(jiān)管軟件。但是，水利工程施工智慧化監(jiān)管在治淮骨干工程中案例較少，本文詳細(xì)介紹了淮河干流王臨段工程施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用情況。

2 概述

2.1 項(xiàng)目區(qū)概況

淮河干流王家壩至臨淮崗段行洪區(qū)調(diào)整及河道整治工程（以下簡稱王臨段）是進(jìn)一步治理淮河38項(xiàng)工程之一，列入國家150 項(xiàng)重大水利工程,其中濛河分洪道拓浚工程建設(shè)內(nèi)容主要包括拓浚濛河分洪道51.16km，新建濛洼防汛搶險(xiǎn)通道41.58km，拆除重建灌溉泵站、生產(chǎn)橋和加固、接長穿堤建筑物等,工程位于阜南、潁上縣境內(nèi),總投資12.35 億元，共劃分為8 個(gè)標(biāo)段。

2.2 需求分析

該工程沿淮干河道施工，遠(yuǎn)離主管單位辦公區(qū)域，戰(zhàn)線長，巡查監(jiān)管工作量大，主管單位及監(jiān)督管理單位需對(duì)現(xiàn)場人員到崗情況、工作時(shí)段、工作進(jìn)展、工作內(nèi)容、重要作業(yè)區(qū)域等進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控，無需到達(dá)現(xiàn)場即可實(shí)時(shí)掌握工程施工具體實(shí)情。為加強(qiáng)和提高工程施工監(jiān)管的覆蓋面、時(shí)效性和可追溯性，探索采用移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用、智能技術(shù)等信息化技術(shù)搭建王臨段工程智慧施工監(jiān)管平臺(tái)，以優(yōu)化水利工程建設(shè)管理方式實(shí)現(xiàn)智慧化監(jiān)管。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)路線

依托“互聯(lián)網(wǎng)+”、視頻監(jiān)控、移動(dòng)通信、GIS、GPS 等技術(shù)建立水利工程施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)，系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能需求靈活部署，構(gòu)建智慧監(jiān)管的統(tǒng)一管理平臺(tái)。采用視頻監(jiān)控技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)，建立覆蓋工程施工區(qū)域的視頻監(jiān)控站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控。所建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)既可作為獨(dú)立的一個(gè)系統(tǒng)，也可以作為一個(gè)子系統(tǒng)接入到智慧監(jiān)管平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)讀取視頻監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行二次數(shù)據(jù)分析。結(jié)合GIS 和GPS 技術(shù)在地圖上標(biāo)注顯示工程施工范圍及施工進(jìn)度，對(duì)工程巡檢軌跡和施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行跟蹤定位。利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)完成移動(dòng)終端數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集、上傳和在線式施工管理任務(wù)的派發(fā)與處理等工作，提高工程施工管理的時(shí)效性。

3.2 總體框架

根據(jù)王臨段工程施工智慧監(jiān)管功能需求分析和工程實(shí)際情況進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，主要包含視頻信息采集和綜合管理平臺(tái)。視頻信息采集主要在施工區(qū)域內(nèi)根據(jù)不同的監(jiān)控監(jiān)管需求安裝不同類型的視頻采集設(shè)備。綜合管理平臺(tái)主要包含后臺(tái)數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)（服務(wù)器端）和應(yīng)用客戶端，應(yīng)用客戶端分為移動(dòng)終端APP 和PC 客戶端（網(wǎng)頁方式）。總體框架如圖1所示。

圖1 淮干王臨段工程施工智慧監(jiān)管系統(tǒng)總體框架圖

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 人員到崗情況監(jiān)管

工程施工監(jiān)管的首要任務(wù)是監(jiān)管各參建單位的人員到崗情況。工程主要參建人員，如監(jiān)理、項(xiàng)目經(jīng)理、安全員、質(zhì)量員等，可通過軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場在線簽到，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員實(shí)際到位情況的遠(yuǎn)程監(jiān)管。

3.3.2 人員履職情況監(jiān)管

人員到崗后，對(duì)有關(guān)人員的盡責(zé)履職情況進(jìn)行監(jiān)管。通過軟件平臺(tái)，監(jiān)理、項(xiàng)目經(jīng)理、安全員、質(zhì)量員可將工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度控制等工作形成的圖片、視頻以及工程數(shù)據(jù)上傳監(jiān)管平臺(tái)。借助GPS 定位，監(jiān)管平臺(tái)可以對(duì)關(guān)鍵人員的工作時(shí)間和活動(dòng)軌跡進(jìn)行記錄。

3.3.3 作業(yè)區(qū)域的全天候監(jiān)管

通過建立施工作業(yè)區(qū)域視頻監(jiān)控，可以全天候?qū)崟r(shí)掌握施工過程，遠(yuǎn)程監(jiān)督施工作業(yè)的質(zhì)量管控和安全生產(chǎn)行為。同時(shí)錄制和保存相關(guān)視頻，形成施工電子資料，為工程各階段的資料收集和整理提供詳實(shí)的備份。

3.3.4 移動(dòng)在線交互式施工管理

通過移動(dòng)終端APP 提供在線式施工管理，可以隨時(shí)隨地上報(bào)工作情況、下發(fā)任務(wù)和處理任務(wù)，工程參建各方可將任務(wù)直接下派指派到相關(guān)人員，任務(wù)接收者收到指定任務(wù)后將任務(wù)完成情況直接上傳。

3.3.5 工程施工資料的在線式存儲(chǔ)

可通過移動(dòng)終端APP 或者PC 客戶端（網(wǎng)頁版）將工程施工過程中所產(chǎn)生的照片、視頻、文檔等資料上傳到綜合管理平臺(tái)，分標(biāo)段對(duì)工程信息進(jìn)行歸檔、整理、存儲(chǔ)。工程參建各方在各自的權(quán)限范圍內(nèi)均可通過綜合管理平臺(tái)進(jìn)行工程信息的查詢、下載、修改、審核、打印、統(tǒng)計(jì)等，形成完整的文檔資料收集、記錄以及備份，便于工程建管資料的整編。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和綜合管理平臺(tái)兩部分組成，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)包括信息采集、傳輸、管理及存儲(chǔ)等，綜合管理平臺(tái)包含后臺(tái)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)（服務(wù)器端）、移動(dòng)終端APP、PC 客戶端（網(wǎng)頁版）等。

4.1 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由三部分組成：前端視頻采集、視頻監(jiān)控平臺(tái)以及視頻存儲(chǔ)（硬盤錄像機(jī)）。前端視頻采集根據(jù)區(qū)域內(nèi)監(jiān)控需求配置相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)、球型鷹眼全景相機(jī)、高清紅外星光網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于對(duì)施工區(qū)域的全天候圖像監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和安全防范。視頻監(jiān)控平臺(tái)是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的核心，主要包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)模塊、流媒體服務(wù)模塊、存儲(chǔ)管理服務(wù)模塊、Web 服務(wù)模塊等，共同構(gòu)成視頻數(shù)據(jù)處理中心，完成視頻數(shù)據(jù)的交互，集管理、交換、處理、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)于一體。視頻存儲(chǔ)采用硬盤錄像機(jī)后端錄像的方式對(duì)視頻圖像進(jìn)行全天候的錄像。訪問人員可通過電腦客戶端、手機(jī)APP 方式在有網(wǎng)絡(luò)的情況下隨時(shí)隨地瀏覽視頻圖像。

4.2 綜合管理平臺(tái)

4.2.1 后臺(tái)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)（服務(wù)器端）

后臺(tái)框架采用SpringBoot，內(nèi)嵌Tomcat等Servlet 容器。在該系統(tǒng)軟件開發(fā)中，使用SpringSecurity 對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行控制。用戶基于token 驗(yàn)證權(quán)限，獲取相應(yīng)的服務(wù)操作權(quán)限。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Oracle 數(shù)據(jù)庫，后臺(tái)采用三層架構(gòu)，最底層是數(shù)據(jù)訪問層，與數(shù)據(jù)庫直接連接，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的增刪改查功能；中間層為業(yè)務(wù)邏輯層，處理業(yè)務(wù)的相關(guān)邏輯；最上層是表現(xiàn)層，負(fù)責(zé)與用戶交互的界面通信，用于接收用戶輸入的數(shù)據(jù)與展示用戶所需的信息。

4.2.2 移動(dòng)終端APP

4.2.2.1 監(jiān)控管理

將施工現(xiàn)場安裝的視頻監(jiān)控設(shè)備接入到綜合管理平臺(tái)，通過本模塊即可點(diǎn)擊瀏覽觀看實(shí)時(shí)視頻，便于實(shí)時(shí)監(jiān)督、指揮、監(jiān)控、排查問題。監(jiān)控管理還可對(duì)前端攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，并可通過回放按鈕遠(yuǎn)程調(diào)閱保存在后臺(tái)的歷史視頻。在APP 主界面點(diǎn)擊“監(jiān)控管理”即可進(jìn)入視頻監(jiān)控站點(diǎn)列表，選擇相應(yīng)的站點(diǎn)即可進(jìn)行視頻瀏覽，打開“控制面板”即可進(jìn)行視頻拍攝角度的控制，點(diǎn)擊“回放”設(shè)置時(shí)間段即可查看該路監(jiān)控的歷史視頻。

4.2.2.2 任務(wù)管理

（1）任務(wù)派發(fā)：通過主界面“任務(wù)管理”選項(xiàng)進(jìn)入，點(diǎn)擊“添加任務(wù)”即可完成任務(wù)創(chuàng)建，主要包含的信息要素為：任務(wù)名稱、任務(wù)類型、自動(dòng)編號(hào)的任務(wù)工單、工程名稱、任務(wù)地點(diǎn)、完成時(shí)間、緊急程度、任務(wù)簡介、創(chuàng)建人、負(fù)責(zé)人、參與人等。其中任務(wù)地點(diǎn)可通過所在位置在地圖上自動(dòng)定位；工程名稱可分標(biāo)段選擇其下屬具體施工項(xiàng)目；項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和參與人可按工程的不同參建方所屬人員選擇。

（2）任務(wù)接收：任務(wù)接收人通過“任務(wù)列表”—“待處理”查看派發(fā)給自己的任務(wù)詳情，詳情頁記錄了該任務(wù)詳細(xì)描述、任務(wù)流程、任務(wù)派發(fā)時(shí)間、任務(wù)執(zhí)行地點(diǎn)等。

（3）任務(wù)處理：接受任務(wù)后任務(wù)執(zhí)行人將任務(wù)處理情況以文字、圖片、視頻等方式提交平臺(tái)，并在任務(wù)完成后填寫反饋意見，說明處理結(jié)果。

（4）歷史任務(wù)：通過“任務(wù)列表”—“已完成”可查看本人接到的歷史任務(wù)數(shù)量、完成情況（完成任務(wù)、待完成任務(wù)），以及每條歷史任務(wù)的詳情。詳情頁面記錄了任務(wù)編號(hào)、時(shí)間、執(zhí)行地點(diǎn)、處理結(jié)果等基本描述信息，也提供任務(wù)匯報(bào)記錄查看，并可進(jìn)入地圖模式查看任務(wù)地點(diǎn)及導(dǎo)航任務(wù)點(diǎn)線路。

4.2.2.3 巡檢管理

用戶在巡檢施工現(xiàn)場時(shí)可隨時(shí)隨地上傳現(xiàn)場巡檢狀況。內(nèi)容包含：巡檢時(shí)間、位置信息、工程名稱、任務(wù)類型、巡檢/現(xiàn)場狀態(tài)（正常、非正常）等，并以照片、視頻、文字、文檔等形式將巡檢信息通過移動(dòng)終端APP 提交至平臺(tái)。

通過“巡檢管理”—“開始巡查”選擇不同的施工標(biāo)段建立巡檢任務(wù)，巡檢時(shí)間自動(dòng)生成；巡檢路徑采用GIS 技術(shù)和GPS 技術(shù)在地圖上準(zhǔn)確定位，自動(dòng)生成巡檢軌跡；通過“問題上報(bào)”即可把巡檢中發(fā)現(xiàn)的問題上報(bào)，同時(shí)在“待處理”列表中指派人員對(duì)該問題進(jìn)行處理；例行巡檢中通過“拍照上傳”將巡檢情況以照片或者視頻形式上傳；“巡檢記錄”中則記錄了歷次巡檢詳情。

4.2.2.4 通知公告

通過系統(tǒng)通知功能，發(fā)布關(guān)于工程施工的消息，通知可指定到具體人員或全體人員，APP 端可在主界面通知公告欄接收、查看詳細(xì)消息。

4.2.2.5 個(gè)人中心

完成個(gè)人賬戶設(shè)置、管理和軟件版本在線升級(jí)。如軟件有新版本時(shí)候，會(huì)以“小紅點(diǎn)”方式提醒，點(diǎn)擊“檢查更新”即可完成APP 版本的在線升級(jí)。

4.2.3 PC 客戶端（網(wǎng)頁版）

除具有APP 端所有功能外，還具有對(duì)工程信息歸檔整理，各類任務(wù)匯總管理的功能。凡是通過APP 端上傳的數(shù)據(jù)都在PC 端歸檔，可進(jìn)行查詢、下載、修改、審核、打印、統(tǒng)計(jì)，通過PC 端進(jìn)行任務(wù)派發(fā)時(shí)可附Word、Excel 文檔等。

4.2.3.1 位置展示

將該工程的標(biāo)段、施工任務(wù)點(diǎn)、安全生產(chǎn)關(guān)鍵點(diǎn)、視頻監(jiān)控站點(diǎn)根據(jù)實(shí)際位置展示在主界面地圖中。地圖可通過圖層選擇、標(biāo)注顯示、標(biāo)段軌跡、任務(wù)點(diǎn)篩選控制地圖上顯示的內(nèi)容。位置展示界面以地圖為主體，使用工具條控制地圖圖層與標(biāo)注顯示。點(diǎn)擊標(biāo)記點(diǎn)可顯示施工任務(wù)點(diǎn)基本信息；點(diǎn)擊視頻監(jiān)控點(diǎn)可觀看視頻并控制云臺(tái)。

4.2.3.2 任務(wù)管理

不同角色的用戶可在此完成派發(fā)任務(wù)、任務(wù)接收、查看進(jìn)度與上報(bào)情況、確認(rèn)完成等操作，還可對(duì)所有用戶上傳的任務(wù)進(jìn)行歸檔。在此功能下不同的角色擁有不同的操作權(quán)限，從而完成任務(wù)從開始到結(jié)束的整個(gè)流程閉環(huán)。任務(wù)管理界面以任務(wù)列表為主，可根據(jù)任務(wù)的名稱、地點(diǎn)、所屬工程進(jìn)行任務(wù)篩選。也可對(duì)任務(wù)進(jìn)行刪除、修改等管理。

4.2.3.3 巡查管理

可查看APP 端上傳的所有巡查記錄、上報(bào)記錄、問題處理記錄，并且擁有權(quán)限的用戶可以將巡查中每一條上報(bào)的問題指定人員處理，完成從巡查發(fā)現(xiàn)問題到問題處理完成的流轉(zhuǎn)。因巡查管理需要進(jìn)行位置定位以及現(xiàn)場拍照等，所以在PC 端僅為查看與指派人員處理。共設(shè)三個(gè)子模塊：巡查記錄、上報(bào)記錄、問題處理。

4.2.3.4 監(jiān)控管理

通過此功能實(shí)現(xiàn)預(yù)覽視頻圖像，并控制攝像機(jī)云臺(tái)，也可指定日期和時(shí)間回放錄像。

4.2.3.5 綜合管理

本模塊對(duì)工程劃分、部門設(shè)定、角色設(shè)定、用戶管理、日志管理以及通知公告的發(fā)布，以表格或者樹形表格的形式體現(xiàn)。工程管理：對(duì)本工程按標(biāo)段進(jìn)行劃分，在標(biāo)段下再按照具體工程任務(wù)劃分；部門管理：進(jìn)行工程建設(shè)各參與部門設(shè)置；角色管理：進(jìn)行工程建設(shè)各方所承擔(dān)的角色進(jìn)行設(shè)置；用戶管理：創(chuàng)建用戶、刪除用戶、權(quán)限設(shè)置，每個(gè)用戶所屬的部門和角色的設(shè)定等；日志管理：對(duì)日志記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；通知公告：發(fā)布工程相關(guān)的各類通知，可以設(shè)定通知接收人。

5 結(jié)語

該項(xiàng)目對(duì)大型河道工程施工智慧化監(jiān)管技術(shù)研究基于工程建設(shè)過程中建設(shè)單位對(duì)施工現(xiàn)場管理需求和探索，以視頻監(jiān)控、互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)為手段，開發(fā)基于工程管理需求的個(gè)性化智慧監(jiān)管平臺(tái)，對(duì)工程施工現(xiàn)場進(jìn)行立體化、全方位、全時(shí)段的監(jiān)控以及移動(dòng)在線式的施工管理，較好地實(shí)現(xiàn)了規(guī)范施工、減少安全隱患、節(jié)省人力投入、降低施工運(yùn)營成本等目標(biāo)，使得水利工程施工工地管理更加安全、高效和精益。但是，項(xiàng)目研究的水利施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用主要還是視頻監(jiān)控，將來有必要拓展圖像識(shí)別、邊緣計(jì)算等技術(shù)，以真正實(shí)現(xiàn)對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)的全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步拓寬信息化技術(shù)在水利行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域■