石凌峰

（中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北武漢,430071）

1 概念解讀

1.1 泛在物聯(lián)網

物聯(lián)網以互聯(lián)網作為傳遞信息的媒介，它將RFID射頻識別設備、紅外傳感器、激光掃描儀全球定位系統(tǒng)、和其它信息檢測設備與互聯(lián)網結合在一起，從而實現(xiàn)事物相互連接、通信和信息交換。它可以通過各種有線和無線網絡實時、準確地傳輸聯(lián)網的目標信息，對檢測對象進行智能識別和精確定位。

物聯(lián)網的整體架構如圖1所示，主要可以分為：感知層、網絡層和應用層。

圖1 物聯(lián)網架構圖

感知層的主要功能是收集信息和對象識別，由溫度傳感器、攝像頭、RFID和二維碼標簽等傳感器和網關所構成。

網絡層主要用于將采集到的物體信息從感知層傳輸?shù)浇K端，進行實時、準確的處理。它包括了互聯(lián)網、通信網絡、云計算技術以及安全管控平臺等。

應用層對所采集的信息和數(shù)據進行分類和整合，通過智能控制技術和程序開發(fā)實現(xiàn)如物流監(jiān)控、智能家居、無感知支付等應用和產品，為用戶提供了能滿足其需求的軟件和服務。

泛在物聯(lián)網是一個隨著網絡技術的迅速發(fā)展而相應產生的概念，相對于傳統(tǒng)物聯(lián)網，它的主要特點是能夠實現(xiàn)無處不在的萬物互聯(lián)。5G技術和IPv6技術的發(fā)展為泛在物聯(lián)網提供了關鍵的技術支撐。它們的出現(xiàn)大幅提高了物聯(lián)網數(shù)據傳輸?shù)乃俾屎头秶?，打破時間與空間上的限制從而實現(xiàn)真正意義上無處不在的物聯(lián)網網絡。

1.2 智慧工地

智慧工地作為智慧城市在施工建設行業(yè)的具體實施，為管理者提供了更加精細有效的施工管理方案。由于施工現(xiàn)場的復雜性，傳統(tǒng)的施工管理存在諸多缺陷，如施工進度不明導致工期延誤；安全隱患排查困難；建筑材料管理困難等。伴隨物聯(lián)網等新一代信息化技術的成熟和廣泛應用，智慧工地作為解決這些痛點的全新方案應時而生。它運用這些技術將整個施工過程可視化,通過將工地現(xiàn)場人員和工程資料信息進行全面收集和實時調控，真正實現(xiàn)了工地現(xiàn)場精細化管理。

智慧工地整體的解決方案主要圍繞人、機、料、法、環(huán)五大生產要素，采用物聯(lián)網、互聯(lián)網、大數(shù)據、云計算和人工智能等相關技術確保項目施工能夠按照工作目標按時、安全且高質量的完成。整個方案主要包括 成本管理、安全管理、進度管理、質量管理、人員管理、施工管理、培訓管理等幾大模塊。

2 泛在物聯(lián)網中的核心技術

泛在物聯(lián)網中的核心技術主要包括：RFID射頻識別技術、傳感器技術、網絡通信技術、云計算技術。

2.1 RFID射頻識別技術

RFID射頻識別技術射頻識別技術是無線通信技術的一種，它以射頻方式進行雙向的數(shù)據傳輸，通常用于物聯(lián)網感知層。系統(tǒng)主要由RFID標簽、讀寫器、記錄儀和軟件管理系統(tǒng)組成。

RFID電子標簽在磁場中接收讀寫器和記錄儀發(fā)送的射頻信號，用線圈中感應電流獲得的能量發(fā)送標簽上存儲的信息，或者通過標簽發(fā)送特定頻率的信號。RFID閱讀器獲取并解碼信息后，將數(shù)據發(fā)送給軟件管理系統(tǒng)存儲和整理。

2.2 傳感器技術

傳感器是通過感應被測量物體的各種量并按一定規(guī)律將其轉換為有用信號的器件或裝置。它可以收集大量信息，是獲取通信和信息系統(tǒng)所需信息的一種手段。傳感器技術作為信息技術的三大支柱之一，主要用于物聯(lián)網架構的感知層來獲取信息。

傳感器技術是測試和自動控制的重要組成部分。它的主要特點是準確地傳輸和檢測某種形式的信息，并將其轉換為另一種形式。物聯(lián)網中使用的傳感器主要包括：溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感傳感器等。物聯(lián)網的傳感器需要具有很好的抗干擾能力和靈敏度，從而能夠準確可靠地捕捉和轉換原始測量信息。

2.3 網絡通信技術

網絡通信技術是物聯(lián)網整體架構中，作為中間橋梁連通了傳感器等產品和終端的行業(yè)應用。

根據覆蓋范圍和通信距離的不同,通常可以將物聯(lián)網中所需要運用的網絡通信技術分成了以下四類：移動廣域網(Mobile/WAN),采用移動互聯(lián)網技術且覆蓋范圍大；廣域網(WAN),采用非移動互聯(lián)網技術且覆蓋范圍大；局域網（LAN），覆蓋能力小且通常用于公司或公共設施；個域網（PAN）,覆蓋能力小且通常用于短距離通信設備。選擇物聯(lián)網采用的網絡通信技術時，除了網絡的覆蓋能力，帶寬、功耗、傳輸速率以及信息安全也是很重要的考慮因素。

在傳統(tǒng)物聯(lián)網架構中,M2M（Machine to Machine）技術是物聯(lián)網通信的支撐技術。它是一種用于雙向通信的無線通信和信息技術系統(tǒng)，具有很好的兼容性。能與藍牙、WiFi等近距離連接技術以及GSM/GPRS/UMTS等遠程連接技術集成，也能用于基于網絡和GPS的位置定位服務中。

隨著互聯(lián)網通信技術的發(fā)展， 5G技術已經逐漸取代4G成為物聯(lián)網中的重要核心。與傳統(tǒng)通信網絡相比，5G網絡的數(shù)據傳輸速度比當下4G互聯(lián)網有了大幅提高，能夠達到10GBit/s。它所具有的低時延低功耗、全頻段通訊、海量連接、密集組網等特點也使物聯(lián)網的發(fā)展邁入了泛在物聯(lián)網階段。5G 技術在保證網絡承載能力的同時，提高了物聯(lián)網通信網絡系統(tǒng)的總容量和網絡傳輸效率,為實現(xiàn)隨時隨地的萬物互聯(lián)提供了有力的技術支撐。

2.4 云計算技術

云計算技術是通過互聯(lián)網在大型服務器集群上進行分布式計算的技術,其運算能力能達到每秒10萬億次。在商業(yè)的角度來看,云計算技術將計算能力當成商品提供給用戶,是通過網絡提供計算資源服務的模式。它將這些計算資源服務按客戶需動態(tài)供給,由軟件實現(xiàn)自動管理,取用方便,費用低廉。云計算所衍生出的產品通?？梢苑譃槿惸蔷褪?云設施,云平臺和云軟件。它們分別對應三種主要的云計算服務形式:基礎設施及服務(IAAS),平臺及服務(PAAS)以及軟件及服務(SAAS)。

云計算中的云存儲技術通過分布式技術和運用各種設備集，給泛在物聯(lián)網提供充足的存儲空間和對海量數(shù)據進行采集和分析等功能。有了云存儲技術的支撐，物聯(lián)網的性能得到了提高，不僅提高了資源的利用率，讓對物聯(lián)網內各種兆字節(jié)數(shù)據量的大型項目實時動態(tài)管理和智能分析成為了可能。物聯(lián)網也因此被更多的行業(yè)所運用，未來有更廣闊的發(fā)展空間。

3 物聯(lián)網技術在智慧工地中的運用

物聯(lián)網技術在智慧工地中的運用,主要存在于智慧工地解決方案中的幾大管理系統(tǒng)。主要包括:工地人員實名制管理系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、塔機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本文將以中南電力設計院智慧工地方案為例，詳細闡述這些系統(tǒng)的功能以及實際運用情況。

3.1 工地人員實名制管理系統(tǒng)

工地人員實名制管理系統(tǒng)主要采用物聯(lián)網體系中的RFID射頻識別技術和網絡通信技術，是一個集成了考勤管理、薪酬管理、教育培訓等功能的工地個人信息管理平臺。采用身份證讀卡器獲取工地員工的身份資料，再通過工地設備以RFID、人臉識別等技術對員工進行身份核對。員工通過刷IC卡或者刷臉記錄每天出勤和參加教育培訓的情況，系統(tǒng)能通過員工考勤記錄自動生成出工表和薪酬表，為每月給工地人員發(fā)放薪酬提供依據。

圖2 智慧工地人員管理系統(tǒng)

3.2 人員定位系統(tǒng)

人員定位系統(tǒng)通過施工人員使用集成智能芯片的頭盔，與智能定位終端交互，記錄廠區(qū)員工的運動軌跡并在地圖上標注其相應的實時位置。系統(tǒng)通過分布式算法進行定位，降低了作業(yè)管控的復雜度，維持了施工秩序。管理者在系統(tǒng)中預先設定了施工現(xiàn)場每個區(qū)域的安全等級，當有人進入重點監(jiān)控區(qū)域時，區(qū)域會自動報警且對其進行位置提醒和警告，系統(tǒng)后臺也會收到預警信息，形成相應的記錄和報告。非規(guī)定人員或在下班時間進入廠區(qū)，系統(tǒng)也將發(fā)送相應的語音提示，并將信息推送給管理者，從而加強施工現(xiàn)場的管理，為工地人員提供更好的安全保障。

圖3 智慧工地人員定位系統(tǒng)

3.3 塔機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

塔臺安全監(jiān)控管理系統(tǒng)主要采用物聯(lián)網中的傳感器技術和遠程網絡通信技術。塔吊的運行數(shù)據和實時的預警信號被傳感器采集并傳遞給后端監(jiān)控系統(tǒng)，進行數(shù)據的展現(xiàn)和分析，幫助操作員更加安全合理的駕駛塔吊?？蓪崟r監(jiān)測扭矩、高度、振幅、旋轉、等極限參數(shù)，并達到預警極限。通過黑匣子對塔臺的整個運動過程全程監(jiān)控,自檢行動細節(jié)，以協(xié)助處理意外。

3.4 施工升降機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

施工升降機安全管理系統(tǒng)集安全監(jiān)控、自動報警、遠程控制和事故分析等功能于一體,通過IC卡、指紋,人臉識別等技術強化人員管理,將監(jiān)測的設備數(shù)據及運行數(shù)據實時上傳,遠程監(jiān)測現(xiàn)場情況。人機信息在云端同步更新,同時將人員、載重等實時狀態(tài)留存至黑匣子,數(shù)據互通可追溯,輔助事故處理追責。具有自動預警提醒功能,支持遠程參數(shù)設置、程序升級、鎖機等操作,為駕駛員提高了很好的安全保障。

圖4 智慧工地塔臺安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

3.5 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要應用了物聯(lián)網體系結構，能通過傳感器實時采集揚塵、噪聲、風速、風向、溫度、濕度、大氣壓等各項數(shù)據,傳輸給遠程的云平臺進行大數(shù)據的呈現(xiàn)和分析。智能聯(lián)動外接霧炮機、噴淋等降塵裝置。數(shù)據超閾值后智能啟動,實現(xiàn)設備自動遠程聯(lián)動控制,支持移動端控制,提升了施工現(xiàn)場環(huán)境整改的效率以及項目文明施工的水平。

圖5 智慧工地環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

4 結論與展望

泛在物聯(lián)網應用環(huán)境下的智慧工地建設,既是對傳統(tǒng)施工管理方案的整體升級,也是對工程進度的全面掌握,資源和風險的全面控制。智慧工地中的各子系統(tǒng)通過對泛在物聯(lián)網技術的部署,結合人工智能、云計算等新一代信息化技術,將整個施工過程可視化，完善了施工過程中工地人員工作和溝通的模式。通過對人員信息和施工現(xiàn)場信息的實時監(jiān)控和分析,實現(xiàn)了工地精細化管理。