基于物聯網技術的臨邊洞口報警系統研究

陳建飛 孫健 王華永

由于建筑行業具有規模大、周期長、高處及露天作業多、手工及繁重體力勞動多、現場臨邊洞口之類危險源多等特點，導致施工現場經常發生各類生產安全事故，造成的經濟損失和人員傷亡遠遠超過了項目的承受能力。因此在傳統安全管理基礎上引入物聯網技術來預防事故的管理思路就顯得極其重要，而通過基于物聯網技術的臨邊洞口自動感應語音報警系統，能夠通過紅外感應，即時語音提醒進入危險區域的人員，有效避免事故的發生。

一、研究背景

隨著建筑業的快速發展，各類異形建筑以及超高層、新型建筑業逐漸增多，無形中給現場的安全管理增加了難度。

建筑工程主體施工過程中，出現的各種臨邊、洞口，都存在高處墜落的風險隱患，這就需要作業人員時刻保持高度的警惕，遠離臨邊洞口。目前施工現場現有的措施都是搭設防護，并且經常對作業人員進行有針對性的教育、交底，提醒工人注意臨邊洞口。但是由于施工現場工人流動性大，入場教育及班前安全教育、交底未引起重視，或因工序安排不合理，現場存在工人隨意拆除、破壞臨邊洞口防護的現象，加上個別施工人員安全生產意識淡薄，導致高處墜落事故頻發，不但給死者家庭造成無法彌補的傷害，同時給企業造成一定程度的損失，甚至出現有悖離真相的負面信息通過媒體、網絡傳播的現象，影響企業的聲譽，造成不良的社會影響。

：鑒于以上背景，除加強安全教育和現場安全管理外，有必要開展基于物聯網技術的施工安全管理系統研究，通過現場勘測、建立模型、風險識別與報警等技術手段，建立一套臨邊洞口自動感應語音報警系統，通過引入物聯網技術，提高施工現場安全監督管理水平。

二、物聯網的概念

物聯網是指以智能感知為前提，借助紅外感應、超高頻RFID技術、傳感器等信息傳輸感應的設備實現對需要監控、連接、互動的物體或過程之類的信息進行收集，采集其聲、光、熱、電、位置等各種需要的信息，以通信或者網絡等其他形式的接入，從而在物和人之間、人和人之間、物和物之間形成一個泛在的鏈接，實現對物體的智能化感知、人/物的定位、活動軌跡的跟蹤、動態監控以及管理。物聯網技術涵蓋的范圍非常廣泛，包括具備智能識別的移動終端、樓控系統、城市監控系統等，結合貼著預先錄入指定信息的RFID標簽、條形碼的運輸車輛、食品、貨物等，在有互聯網等網絡傳輸媒介的前提下，可以提供安全可控并且個性化的實時監控、運動軌跡定位、遠程控制、調度指揮等服務功能，實現對各類物體的高效管控。

三、總體設計

1.總體架構

本系統總體架構如圖1所示，主要由預警雷達、led燈帶、語音報警器、主機控制終端、手機APP等5個部分組成。其中，預警雷達主要是利用紅外感應原理，偵測采集進入危險區域的人員，將預警信息傳送至主機控制終端。主機控制終端對危險等級識別，led燈帶選用4色且每米最少72枚燈珠IP67材料。語音報警器支持自定義語音，模塊化設計，支持并聯并發，用于發出預警信號。手機APP主要接收預警信息，即時提醒現場安全管理人員。：：：：：

圖1 工作原理圖

2.預警雷達

預警雷達采用感應器級聯技術，可360°全覆蓋，具有距離盲區小、無速度盲點、高距離分辨力、良好的抗干擾性等特點，可以有效解決施工現場洞口大小、臨邊長度不統一的情況。針對位置信息，通過對預警雷達進行編號，管理人員可以快速判定危險信號發出的具體位置，系統自帶防護自檢裝置，當防護失效時，同樣向主機控制終端發出預警信號。當人員離開危險區域，預警雷達在指定時間內（10-60秒可調）沒有偵測采集到人員紅外數據，系統自動關閉，報警解除。

圖2 參數圖

3.預警信息輸出

預警信息通過采用感應檢測輸出，分為燈光提示和語音提示。主機控制終端接收到預警雷達發出的信號后，根據預設的危險等級劃分，向Led燈帶和語音報警器、手機終端發出信號，Led燈帶開始閃爍、語音報警器發出“您已進入危險區域，請注意安全”的語音提醒。管理人員根據手機接收到的預警信息，判定危險區域有無臨邊防護，采取相應的措施。

圖3 自動感應報警系統安裝效果圖

四、臨邊洞口自動感應報警系統實踐

建筑施工現場比較容易引發生產安全事故的原因除了施工工藝、設備設施故障以及現場安全管理上的漏洞以外，還與人不安全行為有很大關系，通過引入基于物聯網技術的臨邊洞口自動感應報警系統，可即時對進入危險區域的人員發出預警，實現對進入危險區域的人員進行實時提醒，彌補管理的不足，安全管理人員通過手機APP收到預警信息后，第一時間對現場情況進行初步判斷，迅速對危險源進行定位，根據預警等級，必要時報告項目經理，啟動應急救援預案，調動現場應急救援小組人員，根據職責分工快速開展救援工作，從而有效降低發生二次傷害的可能性，減少事故造成的損失。例如當手機收到某處洞口報警信息時，管理人員可以及時對感知層傳達的信息進行準確的判斷，對發出警報的位置進行定位，并根據警報等級判斷出危險等級，以便采取最有效的應急措施，提高應急工作效率。

五、結語

基于物聯網技術的洞口臨邊洞口自動感應報警系統，實現了360度無死角感應，聲、光、電一體報警，即時對進入危險區域的作業人員發出預警，告知其已處于危險區域，及時糾正不安全行為；同時該裝置針對建筑工地特點設計研發，模塊化設置，支持異形洞口防護，方便施工布設，工業級配件，綠色環保，可多次周轉使用。此外，該系統后續可增加網絡系統，通過中繼段將預警信息發送到電腦終端，與BIM模型相結合，具備信息采集、人員活動軌跡跟蹤等實用功能，其采集到的安全數據可為大數據分析提供基礎數據支撐，實現本質安全，有效提升現場安全監管水平，為全面建設智慧工地推廣打下了良好的基礎。