基于移動互聯網技術的輔助監理機器人設計

霍海鋒 包爾恒

摘?要：建筑監理行業對重點工序的監控主要采用人工旁站記錄的方式，工作強度大且容易產生懈怠心理導致監控不到位。研發一種基于移動互聯網技術的服務型機器人，通過WIFI及3G/4G通信方式保證現場監控數據的有效傳輸，將視音頻信號實時推送到授權人員移動終端，實現對施工現場重點工序不間斷監控，以及施工過程監控錄像可回溯。機器人采用不間斷電源系統實現無外接電源的長時獨立工作。數字直傳遙控技術實現機器人在工程師控制下自主移動至監控點。該類機器人可減輕現場監理工程師的體力勞動，提高工作效率和可靠性。

關鍵詞：移動互聯網技術;服務型機器人;WIFI;3G/4G;移動終端;輔助監理

中圖分類號：TN919.85;TP242.6文獻標識碼：B

Design of Robot Aided Supervision Based on Mobile Internet Technology

Huo Haifeng?Bao Erheng

Department of Automation Engineering，Guangdong Polytechnic of Water Resources

and Electric Engineering?GuangdongGuangzhou?510925

Abstract：Onsite supervision with human is used currently in the key procedure of construction supervision，this method leads to hard work and slack psychology which may cause the lack of supervision.A kind of service robot based on mobile internet technology is designed.By using WIFI and 3G/4G communications，supervisory data are transmitted effectively.Video and sound are pushed realtime to mobile terminals of authorized persons.This helps to realize uninterrupted supervision for the key courses onsite，and review of the video records.The robot with mobile uninterrupted power system can work independently for a long time without external power supply.Digital direct transmission allows engineer to remote control the robot to the supervisory spot.This kind of robot can reduce the physical works，and help the improve the efficiency and reliability.

Key words：mobile internet technology;service robot;WIFI;3G/4G;remote terminal;aided supervision

在傳統的建筑施工現場行業，通過引進先進的信息技術，如BIM技術、無人機、智能硬件等，與現場一線業務深度融合，提高現場崗位作業和管理效率，進而解決數據采集的真實性和及時性問題[1]。然而，目前監理行業仍然主要采用以人員駐場，對重點工序、部位進行巡查、旁站的工作方式，不僅需要大量的監理人員，而且監理人員即使經常巡查工地，也不能保證24小時不間斷實時監控現場。

為了提高工程監理質量，減輕監理工程師工作強度，本文介紹基于移動互聯網技術的機器人設計，通過集成遠程監視、數據采集與傳輸、移動互聯APP程序實時監控等技術，輔助現場監理工程師對施工現場進行24小時不間斷監控，并且能做到監控過程可回溯，為事件處理提供翔實證據。

1 施工現場監理特點及視頻監控系統的不足

根據規范要求，工地現場要求有視頻監控管理系統，在工地出入口、辦公區域、材料堆放區域等重點區域安裝攝像頭，用于施工現場的安防管理。傳統的管理模式和視頻監控系統有一定不足之處。

1.1 施工現場監理的工作特點

當前建筑監理行業對施工現場的管理，采用的是總監理工程師配備若干專業監理工程師派駐現場的方式。專業監理工程師需要經常深入施工現場進行巡查，檢查施工過程中的安全、質量工作。對于重點部位的施工、關鍵工序、隱蔽工程等重要施工環節，專業監理工程師還需要旁站，監督其施工過程，避免出現違反操作規程，影響工程質量的情況。因此，專業監理工程師的工作強度比較大。另外，對于一些需要連續作業的重點施工過程，要求旁站的時間較長，難免使人產生懈怠心理，監控不到位。

1.2 視頻監控系統的不足

現有的建筑工地視頻監控系統比較成熟，基本采用固定機位+有線網絡，即使采用無線WIFI形式，其接入范圍也是小于50米。常規的建筑施工現場視頻監控系統的不足：（1）現有建筑工地視頻監控系統監視靈活度小。一般此類視頻監控系統采用商用攝像頭，固定機位安裝，有線連接及傳輸，監控點固定。對于隨著工程進度變化的區域不一定監控到位。（2）人機交互方式單一。此類系統大多采用視頻信號直接采集存儲于視頻錄像機，再顯示到監控屏幕。（3）信號接入方式不夠多樣。此類系統大部分使用有線直連、局域網連接方式，使用WIFI接入時需要使設備處于WIFI信號覆蓋區。（4）設備供電不夠可靠。施工現場在建設中前期一般都是臨時電源，并且電力線路很多也是臨時搭建，導致設備的供電可靠性不高。

1.3 施工現場的其他情況

施工現場臨時設施多，大多數施工通道是臨時搭建，工作區域灰塵較大，作業范圍狹小，各工種交叉重疊情況經常發生。因此施工現場防塵、防雨、防碰撞的要求會比較高。

2 基于移動互聯網的輔助監理機器人設計

通過對施工現場監理要求、現有監控系統及環境深入分析，本文提出基于移動互聯網技術的輔助服務機器人設計方案。（1）多種人機交互接入方式;（2）低照度紅外高清一體攝像機，3G/4G+WIFI雙模傳輸圖像;（3）設計不間斷電源供電模塊;（4）履帶底盤承載高防護等級機身。

2.1 機器人硬件功能

輔助監理機器人主要由核心控制系統、高清一體攝像機、不間斷電源系統、遙控驅動系統等四部分組成。核心控制系統實現視音頻數據處理、存儲及多通道通信;高清一體攝像機實現高清視頻監控以及低照度紅外照射;移動不間斷電源系統實現整機穩壓、變壓與直流供電;遙控驅動系統實現機器人在操作人員直接數傳或3G/4G遠程遙控指揮下靈活移動[2]。

2.2 機器人主要工作方式

該機器人能夠在監理工程師的遙控指揮下，進入施工現場指定位置，高清一體攝像機將現場視頻信號采集到核心控制系統，核心控制系統處理視音頻信號，存儲在本地硬盤，并能通過3G/4G或者WIFI信號將實時監控視頻或者歷史錄像通過移動互聯網發送給移動終端。機器人帶有GPS衛星定位功能，能夠真實準確反映施工現場位置。監理工程師可通過手機APP或者電腦客戶端，登錄服務器接入端口，控制機器人監視鏡頭，實時觀察施工現場情況，并能查詢歷史錄像[3]。機器人內置不間斷電源系統，能夠在無外接電源前提下連續工作20小時以上，見圖1。

2.3 數據處理及傳輸

在機器人的核心控制系統，主要集成視音頻處理及鏡頭控制模塊、本地存儲及管理模塊、通信處理模塊以及多種通信接口。高清一體攝像機將1080P高清視頻信號采集到核心控制系統，由核心控制系統進行解碼處理，并按視頻文件格式存儲到本地硬盤備查。同時實時視頻監控數據通過通信處理模塊與外部通信。核心控制系統配置多種通信接口：（1）可供本地LCD監控用的本地通信接口;（2）3G/4G的移動通信接口;（3）WIFI無線網絡接口;（4）GPS信號接口。數字監控信號可通過3G/4G和WIFI網絡傳輸到移動互聯網，上傳至服務器，手機APP移動終端或者電腦客戶端通過登錄服務器接口，建立與輔助監理機器人的直接通信連接，獲取實時視音頻信號以及GPS位置信號，見圖2。機器人可設置優先WIFI通道連接移動互聯網，當不具備無線網絡時，可自動切換至3G/4G網絡，通過公用通信基站與移動互聯網建立連接，保證實時信號的傳輸。

2.4 機器人動力系統

輔助監理機器人內部使用不間斷電源系統。電源系統輸入部分可接入交流220V市電，通過整流與穩壓模塊提高輸出電源質量，同時為3塊12V38AH的閥控式密封鉛酸蓄電池充電。當外部交流電源失電后，可由蓄電池繼續提供工作電源。電源系統主機正常工作時可輸出標準交流220V及直流12V電壓，為核心控制系統、高清一體攝像機以及履帶電動機提供工作電源。

2.5 機器人移動及防護設計

考慮到施工現場環境的影響，采用履帶式底盤可適應多種路面情況，包括泥濘、濕滑、碎石、爬坡等。一體化機身滿足IP54防護等級，能夠適應現場灰塵較大的情況，能在露天雨天條件下正常工作。另外在機身設置警示燈，起到安全防撞擊作用。機器人總重達40千克，一般人不易搬動，另外有攝像頭遮蓋告警，起到防盜破壞作用。

3 應用情況

輔助監理機器人在實際建筑監理項目中運行良好，能夠適應現場惡劣的粉塵環境，其寬范圍電壓輸入可應對現場臨時電源的低可靠性，多模式通信接入方式使機器人保持實時在線監控[4]。實際應用中，使用3G/4G網絡接入與WIFI局域網（100M接口）接入對視頻圖像的傳輸清晰度和流暢性有一定影響，如下表。工程師可根據現場實際情況設定機器人的傳輸分辨率。未來5G通信網絡普及之后，機器人視頻傳輸及遠程遙控將更穩定及清晰，實時性也會更好。

4 結語

本文設計的機器人各模組可快速集成，多模式通信接口能靈活接入移動互聯網，為建筑監理行業提供一種靈活的輔助監理手段，既可大大減輕監理工程師的體力勞動，又能提高監理效率，豐富現場記錄方式。本設計具有行業應用創新性，可快速推廣應用。

參考文獻：

[1]丁冬妮.“互聯網+”模式下的建筑工地可視化監控管理[J].數字通信世界，2018，（6）：212.

[2]馬力.基于Android的智能小車遠程控制與視頻監控系統研究[D].西安：西安電子科技大學，2018.

[3]郭志濤，韓海凈，孔江浩，等.基于Android移動終端的多功能視頻監控系統設計[J].現代電子技術，2018，（16）：9699.

[4]霍海鋒，包爾恒，屠丹.輔助監理機器人[P].中國：ZL201920114886.0，20191025.

作者簡介：霍海鋒（1976—），男，廣西藤縣人，碩士，高級工程師，研究方向為系統集成及自動控制技術;包爾恒（1971—），男，甘肅天水人，碩士，高級工程師，研究方向為智能電源技術。