融合視頻人臉識別和智能數據分析的新型單軌建設管理技術研究

鄭春霞 范小九 張瑞芳 韓立陽 田 沃

(1.中鐵旸谷(北京)智慧科技產業有限公司,北京 100055;2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

目前,國內開通單軌的城市有重慶、銀川,在建城市有柳州、蕪湖,規劃建設城市有沈陽、吉林、安陽、貴陽等。單軌屬于中小運量軌道交通系統,相較于地鐵、輕軌等城市軌道交通項目,單軌造價較低(單價約為地鐵的1/3)。另外,單軌軌道一般采用高架結構,立柱和軌道梁采用工廠預制、現場吊裝的施工方法,現場占道施工時間可控制在6～8 個月[1],建設周期較短。因此,單軌在國內中型城市具有廣闊的應用前景。

國內學者已在城市在軌道交通工程建設管理方面開展探索,張睿等在研究重慶軌道交通施工安全事件的基礎上,提出隧道坍塌、高空墜物等典型安全風險的防范措施,并提出建立完善安全管理體系[2-3];李冰等以北京城市軌道交通為例,提出控制建設成本應從建立健全獎懲機制、重視前期研究、加強過程控制等方面加以改進[4];梅榮娟等在研究城市軌道交通建設質量影響因素后,認為應借助信息管理手段加強質量管理[5];楊東勝等通過研究云計算、大數據等信息技術手段,提出智慧軌道交通云平臺實現數據共享和業務標準化管理方法[6];張川等基于上海地鐵工程建設實踐經驗,認為建設風險信息化管理是控制風險、保證質量的重要措施[7]。

綜上所述,利用信息化、系統化的管理工具,可提高建設管理過程中的安全質量管理水平,控制項目成本。目前,人臉識別和智能數據分析技術開始在軌道交通行業中應用,并且在安全管控水平、提高質量和節約成本等方面產生了應用價值,以下對其進行深入分析,并提出新型單軌建設管理平臺的建設模型和架構設計。

1 構建單軌建設管理平臺

在傳統建設管理平臺基礎上,引入視頻人臉識別和智能數據分析技術,構建單軌建設管理平臺,其系統架構見圖1。

圖1 單軌建設管理平臺系統架構

建設管理平臺為建設單位、設計單位、施工單位、監理單位等提供“模擬+分析”的科學協作平臺,管理人員可通過建設管理平臺全程監控工程建設的各個階段,做到實時監控和智能查詢,可在設計、施工階段能有效提高溝通效率、節省管理成本,促進安全、質量問題的快速處理,實現參建各方數據共享與協同合作,提升安全、質量、進度和成本的智能化管理水平。

2 智能安全管理

先收錄各施工單位人員個人信息(包括姓名、性別、證件號、電話、單位、工種、級別、崗位、工作性質以及分組等)并存入數據庫中;接入視頻人臉識別設備后,建設管理平臺的安全管理系統增加采集人臉信息的功能,將人臉模型一并存入數據庫中,并與人員個人信息相對應。

2.1 快速考勤管理

在設定的出退勤區域,當人員頭像出現在視頻監控系統中時,系統將自動識別人員信息,完成考勤記錄。當施工人員出勤后,安全管理系統可在施工地圖上對工人進行實時定位追蹤。如施工人員在作業過程中遇到緊急情況,工人可通過隨身攜帶的定位裝置向控制中心發送報警信息,安全管理系統能自動定位,并在第一時間對報警信息進行處理。在退勤時,安全管理系統可自動比對出勤人員信息,如發現未在規定時間退勤,系統將進行記錄并顯示人員信息和位置,以便于安全管理者及時處理。當施工人員較多時,或者不同參建單位協同施工時,應用人臉識別技術,可實現快速出退勤管理。

人臉識別出退勤過程示意見圖2。

人臉識別系統設備主要包括網絡攝像機(視頻采集設備)、網絡交換機(數據壓縮、傳輸)、視頻分析服務器(人臉特征提取)和人臉識別服務器等。網絡攝像機采集到的人臉信息,由網絡交換機進行初步處理后傳輸到視頻分析服務器。視頻分析服務器從圖像中捕獲人臉信息,提取面部特征,生成人臉數據模型。人臉數據通過傳輸網絡傳輸至遠程監控中心。遠程監控中心設置人臉識別服務器(人臉模型對比)、數據處理服務器、顯示終端等設備,識別服務器將捕獲的人臉數據模型與數據庫中的人臉模型進行比對,從而完成施工人員身份識別和考勤記錄。

2.2 大型專用設備智能解鎖

針對施工現場的特殊監管設備,如大噸位起重機、升降作業平臺和壓力容器等,只有具備相應操作資質才能解鎖操作。安裝人臉識別解鎖裝置,可有效保證作業現場人員安全和設備安全。

2.3 施工人員健康監測和安全生產管理

利用紅外測溫技術,可在識別人臉時同步進行體溫監測。當發現溫度超過37.3 ℃時,系統會進行健康預警并將人員信息上報,便于系統管理員進行處理。

在施工區域,借助于電子圍欄技術,不間斷對重點區域進行監測,如果有陌生人出現在該區域或有人翻越限界,現場將進行語音提示和報警,安全管理系統也將信息上報至建設管理平臺,并推送生產管理員。安全管理系統能幫助企業管理機構及時地了解人員健康狀況和生產狀況,加強安全生產管理監督。電子圍欄還可以進行煙火檢測,進一步增強安全監測能力。

應用人臉識別和智能數據分析技術,可有效節約人力管理成本,提高管理效率和規范化水平。網絡攝像機、服務器等設備可在單軌運營后作為人臉識別閘機的基礎設備,提高設備利用率。人臉識別技術也可應用于施工現場特種設備的安全管理。

下面以重慶軌道交通建設發生的14 起安全事件為例進行分析(見表1)。

表1 重慶軌道交通安全事件統計

由表1 可知,在14 起安全事故中,坍塌事故占35.7%,近年來,全國軌道交通建設安全事故中,坍塌事故約占48%。不難看出,坍塌事故在各類安全事故中占比較大。下面以導致坍塌的因素為研究對象,分析建設管理平臺的安全預警、預防功能,具體內容見表2。

由表2 可知,導致坍塌的因素有22 項,除主觀因素外,可通過技術手段預警95.5%,可預防54.5%,可防止36.4%。因此,通過平臺對應預防、預警功能可有效減少坍塌事故的發生。其中,應用視頻人臉識別和智能數據分析的技術的模塊有安全教育、自動測距、位移、震動、濕度、壓力預警等。

表2 坍塌事件成因和平臺對應預防、預警功能對照

3 智能質量管理

單軌建設平臺質量管理系統主要針對建設施工階段的質量管理環節開發,包括資質審查、施工質量管理和聯調聯試數據管理等。視頻人臉識別和數據智能分析技術引入后,綜合應用“云、大、物、移、智”等技術,可對建設過程中涉及的“人、機、料、環、法”等關鍵要素進行實時、動態采集,即將現場硬件設備集成到建設管理平臺,由平臺完成數據匯聚和整理,實現各個應用模塊之間的數據共享和聯動,以及工程建設全過程的實時監控。

建設后期需進行各專業間的聯調聯試。聯調聯試的作用是對各系統主要設備性能進行檢測,將調試和檢測數據與相關國家標準、行業標準、設計要求等進行對照驗證,對未達標的項點進行修改、完善和優化。各專業間的聯調聯試將產生大量數據,包括測試數據、圖片、音頻、視頻文件等。目前,大部分軌道交通公司的聯調聯試數據多為各專業各自存儲,管理不規范,不利于數據的后期運用。采用建設管理平臺對單軌建設后期各專業聯調聯試數據進行管理和分析,可實現數據采集、傳輸、存儲和跨專業融合分析、管理、評價以及綜合展示等。

聯調聯試數據接入過程見圖3。單軌聯調聯試數據管理總體架構見圖4。

圖4 單軌聯調聯試大數據管理系統總體架

單軌聯調聯試大數據管理系統實現的功能如下。

(1)數據一體化存儲

對于結構化數據,大數據服務端的關系型數據庫通過增量同步更新,將新增數據匯集存儲;對于非結構化數據,大數據服務端的對象存儲功能模塊根據文件生成時間,將新增數據同步存儲,可用于分析、在線瀏覽和共享使用。

(2)數據管理

大數據服務端根據聯調聯試各類數據的數據量大小、使用頻率等因素,調配資源,將逐步積累的大量結構化數據遷移到數據倉庫存儲,將積累的非結構化歷史文件遷移到分布式文件系統,供數據分析使用。

(3)數據檢索

數據目錄將大數據服務端的數據按照規則進行分類展現,用戶通過目錄找到包含若干屬性的數據表,獲知數據具體信息。用戶還可以在數據列表中輸入關鍵字進行篩選、排序,并根據字段內容進行檢索。

(4)數據分析

面向研發人員、工程技術人員和聯調聯試人員提供腳本開發及自助分析,實現對聯試聯試數據的專業內部分析、跨專業關聯研究(如輪軌、弓網、通信、供電、工務等數據之間的聯合分析等)。

(5)數據預警

項目運營之后,建設管理平臺可開發為智能運維管理平臺。隨著各專業測試數據的不斷積累,建設管理平臺還可預測數據的發展趨勢,在發生故障之前提出預警。聯調聯試數據還可作為各專業系統的初始數據,供運營后各專業參考使用。

利用建設管理平臺的質量管理系統,還可以完成施工資質的智能審查。在建設管理平臺中錄入施工單位信息,建設管理平臺可通過大數據搜索,自動對標合同文件信息,如發現施工單位與合同中描述不符,則給出提示并封鎖該合同后續程序操作。待資質審核通過后才能進行后續的作業,以保證工程施工質量。當施工單位較多或需要不同單位協同作業時,業主可應用建設管理平臺的資質智能審查功能,從源頭控制施工技術力量,進一步保證施工質量和工程進度。

4 智能成本管控和進度管理

4.1 成本控制

工程項目施工階段的成本控制是在指根據施工項目的成本計劃設定目標成本,對項目施工過程中的資源消耗、費用支出和施工的管理過程等采取一系列的措施進行嚴格監督,及時糾正偏差,適時修訂方案,達到防止資源浪費、降低絕對成本支出、控制相對成本的目的,最終保證項目成本目標的實現[8-11]。引入智能數據分析技術后,單軌建設項目施工階段成本控制工作過程見圖5。

圖5 單軌建設管理平臺成本控制過程

濟南軌道交通R2 線在設計施工階段使用的建設管理平臺,將BIM、GIS、和大數據等技術應用在智慧地質勘察設計、物資BIM 定位、模擬建造方面,成功模擬建設可視化場景,設計之初成功避開敏感區域,避免了施工風險,初步實現建設項目智慧化管理。結合BIM技術,對進場所有物資實施二維碼管理,可追溯物資去向并進行信息記錄,還可根據項目進展計算管理成本。應用大數據分析技術可實現對項目預算和項目支出的動態管控,降低人力管理成本,有效提高成本管理的效率[12-17]。

建設管理平臺合同管理系統可進行最優成本方案預測,智能數據分析技術的應用可提高預算抗風險能力。隨著數據的積累,建設管理平臺掌握的產品信息不斷增加,該類信息包含產品名稱、型號、價格、故障率、更換周期等信息,在生成成本計劃時,單軌建設管理平臺根據平臺大數據給出最優成本方案建議供管理人員參考,成本管理人員可結合項目生產實際選擇最佳方案,從根本上提高預算的準確性,降低企業資金儲備。智能分析技術可對建設過程中的各項費用支出數據進行整理分析,生成企業各業務板塊管理成本數據,可作為改進組織結構和業務流程的參考數據,協助修訂施工計劃與成本管理計劃,發揮成本管理的作用。通過單軌建設管理平臺,可實現不同項目、不同時期各階段數據的共享,促進各項目之間相互經驗交流,共同提高技術水平和管理水平;而信息共享可進一步改善項目之間的溝通協作方式,有利于企業創建良好的協同工作氛圍。

4.2 進度優化

建設管理平臺施工管理系統可結合BIM 技術,在建設施工之前對重要施工過程進行預演,可提前預判施工風險點,為施工管理人員調整進度計劃提供參考,有效避免重大施工事件的出現,提升施工質量。施工進度的優化進一步縮短施工工期,保證項目進度,降低工程管理成本。隨著未來信息化技術的發展和深化應用,建設管理平臺將能夠提供更加強大的預測、追溯和決策功能。

5 結語

引入視頻人臉識別和智能數據分析技術后,建設管理平臺可進行人員智能識別、消除可控風險,對于非人為因素的安全風險做到及時預警和有效監控,安全管理水平大幅提高;實現施工資質智能審查,從源頭控制作業質量,施工質量的提升又促進施工進度加快和成本降低;建設管理平臺融合各方面資源,使各專業系統和業務板塊有效減少溝通障礙,提高工作效率。

視頻人臉識別和智能數據分析技術的應用,可實現進度科學推進、風險可防可控、成本科學管理的建設管理目標,全面提高單軌建設管理的規范化、集約化和智能化水平。隨著AI、BIM 和GIS 等技術的不斷發展和多領域融合應用,單軌建設也將迎來快速發展機遇,將會更加有效的縮短設計、建設工期,降低成本。