程 哲,程 劍,蘇 章,劉曉鴻,李文建,吳誠云,趙恩堂

(1.中建三局集團(深圳)有限公司,廣東 深圳 518110; 2.中建三局第一建設(shè)有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430041)

0 引言

安全管理一直是項目管理中的重中之重,傳統(tǒng)施工現(xiàn)場安全管理方式主要依靠人工查看方式,存在效率低下、無法兼顧所有監(jiān)控信息源、不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患等問題。新冠肺炎疫情大環(huán)境下,對施工現(xiàn)場安全管理提出了更高要求。

近年來,監(jiān)控系統(tǒng)在施工現(xiàn)場的普及及深度學(xué)習(xí)在語音識別、圖像識別方面的應(yīng)用,為施工現(xiàn)場安全管理提供了新視角?；谏疃葘W(xué)習(xí)算法的人工智能圖像識別技術(shù)已逐步成熟,利用AI算法可對現(xiàn)場出入口、工作面、日常巡檢位置等場景的不安全因素進行智能識別、拍照取證、警示提醒等,利用人工智能技術(shù)進行視頻監(jiān)控管理,能代替人工完成規(guī)范現(xiàn)場工人行為、發(fā)現(xiàn)安全隱患等工作。并利用人臉識別、人數(shù)統(tǒng)計結(jié)合實名制管理系統(tǒng)建立安全智能管理機制,提高現(xiàn)場安全管控水平。

1 關(guān)鍵技術(shù)

將AI算法與視頻管理系統(tǒng)進行有機結(jié)合,開發(fā)了基于視頻監(jiān)控的安全管理系統(tǒng),實現(xiàn)監(jiān)控錄像、算法識別數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。通過人臉識別、人數(shù)統(tǒng)計結(jié)合實名制管理系統(tǒng)創(chuàng)新安全智能管理模式,提高現(xiàn)場安全管控水平,為施工現(xiàn)場安全管理提供智能化識別技術(shù)和高效管控機制。

1.1 集成智能算法視頻監(jiān)控安全管理系統(tǒng)

1.1.1基于對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法庫開發(fā)

在研究現(xiàn)有成熟圖像識別算法的基礎(chǔ)上,針對現(xiàn)場安全管理重難點,結(jié)合技術(shù)特點與適用性,利用項目豐富的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù),進行訓(xùn)練優(yōu)化,并且專業(yè)人員采用算法反哺模式,持續(xù)不斷提高圖片識別準(zhǔn)確率,建立安全管理算法庫。算法包括人臉識別、安全帽識別、反光衣識別、越界監(jiān)測、口罩識別和智能人數(shù)識別。算法反哺模式下的不安全行為識別如圖1所示。

圖1 算法反哺模式下的不安全行為識別

算法訓(xùn)練以業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的PyTorch框架為基礎(chǔ),為每種算法準(zhǔn)備至少8 000多份圖片和元素標(biāo)記素材。其中量化訓(xùn)練6 000多份,結(jié)果測試訓(xùn)練2 000多份。通過反復(fù)多次訓(xùn)練并進行結(jié)果比較,優(yōu)化算法檢測結(jié)果,保證最優(yōu)識別有效率。通過在實際施工工程中不斷收集實時高清照片方式,不斷積累、更新并補充算法庫圖片,形成海量圖片庫,并且專業(yè)人員采用算法反哺模式,持續(xù)不斷地提高圖片識別準(zhǔn)確率,目前識別率均達(dá)到99%以上,且識別時間在500ms以內(nèi)。優(yōu)化識別率的算法基礎(chǔ)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 優(yōu)化識別率的算法基礎(chǔ)架構(gòu)

1.1.2集成智能算法視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)研究

研究視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件架構(gòu),將AI算法與視頻管理系統(tǒng)進行有機結(jié)合,完成視頻監(jiān)控安全管理系統(tǒng)的開發(fā)(見圖3),實現(xiàn)監(jiān)控錄像、算法識別數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用。

圖3 基于AI算法的視頻監(jiān)控開發(fā)

1.1.3集成智能算法視頻監(jiān)控安全管理系統(tǒng)軟件開發(fā)

智能算法視頻監(jiān)控安全管理系統(tǒng)主要功能包括監(jiān)控實時查看、視頻錄像回放、視頻導(dǎo)出、算法配置、識別信息統(tǒng)計分析、安全問題自動響應(yīng)等(見圖4),在滿足傳統(tǒng)監(jiān)控管理平臺的基礎(chǔ)上,集成AI算法識別數(shù)據(jù)。

圖4 智能算法視頻監(jiān)控安全管理系統(tǒng)主要功能

1.2 基于視頻監(jiān)控的安全管理AI智能裝置

自主研發(fā)的AI智能魔屏、電梯超限兩項智能裝置實現(xiàn)了施工現(xiàn)場出入口及施工電梯等多場景安全智能監(jiān)控,將AI算法用于現(xiàn)場實際管理,達(dá)到利用人工智能算法提高現(xiàn)場安全管控水平的目的。

1.2.1AI智能魔屏裝置

通過一體成型機身及將零部件高度封裝,研發(fā)了一種AI魔屏裝置(見圖5)。在PLC上安裝有信息采集模塊、無線傳輸模塊、儲存模塊、信息處理模塊和報警模塊,達(dá)到利用人工智能算法提高現(xiàn)場安全管控水平的目的。

圖5 AI智能魔屏裝置

1.2.2電梯超限裝置

電梯超限裝置適用于一種基于信息化的無人駕駛施工電梯,通過電梯內(nèi)攝像機獲取信息傳輸至交換機后反饋至監(jiān)控顯示器,工作原理如圖6所示。電梯超限裝置整體設(shè)計如圖7所示。

圖6 電梯超限裝置工作原理

圖7 電梯超限裝置整體設(shè)計

在應(yīng)用過程中,電梯內(nèi)顯示器在無人員出入時,循環(huán)播放安全教育提示片,當(dāng)有人進入時,利用攝像頭獲取電梯轎廂內(nèi)狀況,利用AI圖像分析技術(shù),通過分析結(jié)果對施工電梯進行管控,并對乘坐人員未佩戴安全帽、未穿反光衣、人數(shù)超限等問題進行語音播報提醒,解決了施工電梯機械化程度小的問題,并提高使用效率,可將分析結(jié)果數(shù)據(jù)儲存。

1.3 基于不安全行為視頻監(jiān)控的現(xiàn)場安全智能管控技術(shù)

基于AI算法的智能裝置在項目上的使用,實現(xiàn)了軟件、算法、數(shù)據(jù)接口及設(shè)備間的通信和鏈接,進行多采集端數(shù)據(jù)融合。魔屏、魚眼攝像頭、智能安全帽、巡檢眼鏡、巡檢機器狗以及在施工現(xiàn)場部署的各類攝像頭等監(jiān)控設(shè)備的定位數(shù)據(jù),與拍攝到的畫面數(shù)據(jù)同步傳輸至數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān),同一時空范圍的監(jiān)控設(shè)備統(tǒng)一進行行為識別,多源數(shù)據(jù)進行融合監(jiān)測,并對結(jié)果融合判定,最終將不安全行為的實施人員、實施地點、照片等結(jié)果推送至前端,增強對不安全行為的識別能力與空間定位能力?；诓话踩袨橐曨l監(jiān)控的現(xiàn)場安全智能管控技術(shù)如圖8所示。

圖8 基于不安全行為視頻監(jiān)控的現(xiàn)場安全智能管控技術(shù)

基于深度學(xué)習(xí)算法的不安全行為智能識別技術(shù),實現(xiàn)了項目管理人員可視化管理與領(lǐng)導(dǎo)遠(yuǎn)程管控,完成“項目-區(qū)域-公司”的智能安全管控體系的建立,推動管理信息化,有效提升了項目安全管控能力。

2 推廣應(yīng)用情況

該技術(shù)在荊州市民之家建設(shè)項目和新江灣城F區(qū)F1-D地塊商辦項目施工中完成了試點應(yīng)用。

荊州市民之家建設(shè)項目是集政務(wù)服務(wù)、公共資源交易、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、人防宣傳教育、婦女兒童與青少年活動、科學(xué)科普為一體的公共活動場所。總建筑面積8.02萬m2,地下1層,地上6層,建筑高度32.1m;新江灣城F區(qū)F1-D地塊商辦項目總建筑面積13.6萬m2,地下2層,裙樓4層,塔樓49層,總高度280m,建成后將成為楊浦第一高樓,致力打造新的核心商業(yè)區(qū)。AI魔屏及電梯超限設(shè)備在項目上的應(yīng)用,將項目監(jiān)控數(shù)據(jù)接入AI管理平臺進行AI識別及記錄。

3 社會及經(jīng)濟效益分析

3.1 社會效益

通過應(yīng)用該技術(shù),對項目安全隱患實現(xiàn)全面排查,從源頭減小安全事故發(fā)生的可能性,同時可有力規(guī)范現(xiàn)場工作人員行為,提高安全文明施工水平,創(chuàng)造顯著的社會效應(yīng)和環(huán)境保護價值,同時在行業(yè)內(nèi)率先完成人工智能、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的應(yīng)用探索,提升行業(yè)信息化水平,推動行業(yè)管理模式和生產(chǎn)方式的變革。

3.2 經(jīng)濟效益

自本成果在荊州市民之家項目應(yīng)用起,項目每月新增不安全行為通報220起,預(yù)警安全風(fēng)險76處,安全事故較之前每月減少5起,同時可減少項目安全事故發(fā)生概率及發(fā)生安全事故導(dǎo)致的經(jīng)濟損失。為項目建設(shè)AI安全管理平臺節(jié)約軟硬件采購費用共計3.3萬元。目前試點應(yīng)用項目達(dá)12個,直接經(jīng)濟效益約3.3×12=39.6萬元以上。

4 實施應(yīng)用前景

1)升級改造“零”成本 目前許多項目配備了先進的視頻監(jiān)控系統(tǒng),本課題只需在現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上稍加改造,便可施行,在硬件上具備推廣可行性。

2)提升項目安全管控水平 將深度學(xué)習(xí)算法與項目安全管理進行有機結(jié)合,推動公司項目管理信息化,提升工作效率,著實有效提升項目安全管控水平。

3)助推數(shù)據(jù)提質(zhì)增效 目前,建筑行業(yè)正處于數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵進程中,基于深度學(xué)習(xí)的不安全行為智能識別技術(shù)為項目現(xiàn)有視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)提質(zhì)增效,將靜態(tài)視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為動態(tài)管理信息,為建筑行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造更深遠(yuǎn)的價值。