基于區(qū)域檢測與目標(biāo)檢測的施工現(xiàn)場違章監(jiān)管平臺研究

潘生華 楊周峰

[摘 ? ?要]闡述了監(jiān)管平臺設(shè)計目標(biāo)，明確在區(qū)域檢測與目標(biāo)檢測現(xiàn)場違章行為監(jiān)管中，應(yīng)實現(xiàn)可視化施工現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)警違章作業(yè)及安全隱患，對現(xiàn)場實時監(jiān)控。以此為基礎(chǔ)，開展監(jiān)管平臺系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，采取監(jiān)控圖像智能識別技術(shù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)搭建系統(tǒng)，滿足違章監(jiān)控要求。

[關(guān)鍵詞]區(qū)域檢測;目標(biāo)檢測;施工現(xiàn)場;違章監(jiān)管平臺

[中圖分類號]TM08 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）08–0–03

[Abstract]The article elaborated on the design goals of the supervision platform， and clarified that in the supervision of on-site violations of regional detection and target detection， visual construction site standards should be realized， early warning of illegal operations and potential safety hazards， and real-time monitoring of the site. Based on this， the system architecture design of the supervision platform is carried out， and the intelligent recognition technology of surveillance images and the deep learning technology are adopted to build the system to effectively meet the requirements of illegal surveillance.

[Keywords]area detection; target detection; construction site; illegal supervision platform

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程項目數(shù)量、規(guī)模隨之增加，增加了現(xiàn)場安全風(fēng)險。工程施工多為立體交叉作業(yè)，隨著施工進(jìn)度推進(jìn)，人員位置也會產(chǎn)生變化，且多為室外作業(yè)，涉及諸多設(shè)備、人員管理，加上參建人員文明施工、安全施工意識差異性，發(fā)生違章行為后會造成嚴(yán)重安全后果，威脅人員安全。為預(yù)防發(fā)生此類事故，消除安全隱患，結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，采取視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信、智能識別技術(shù)，對施工現(xiàn)場生產(chǎn)實時監(jiān)測，監(jiān)控人員作業(yè)規(guī)范，從而實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

1 監(jiān)管平臺設(shè)計目標(biāo)

為強(qiáng)化現(xiàn)場安全管理，促進(jìn)安全監(jiān)督效能的提高，減少事故發(fā)生，確保現(xiàn)場生產(chǎn)安全，需結(jié)合信息技術(shù)構(gòu)建智慧安全管理體系，采取ydongAPP端+PC端結(jié)合模式，保證現(xiàn)場生產(chǎn)安全。設(shè)計目標(biāo)如下。

（1）通過視頻監(jiān)控，實現(xiàn)可視化現(xiàn)場施工標(biāo)準(zhǔn)。

（2）通過智能圖像信息分析，預(yù)警現(xiàn)場違章作業(yè)、安全隱患。

（3）全面監(jiān)控施工現(xiàn)場，及時掌握現(xiàn)場作業(yè)情況。

（4）借助移動手機(jī)APP推送報警信息與視頻監(jiān)控。

為滿足施工現(xiàn)場文明施工，規(guī)范建設(shè)要求，搭建現(xiàn)場智慧安全管理系統(tǒng)，將攝像頭安裝在現(xiàn)場采集人員施工畫面，配合軟件平臺的日常管理模塊、監(jiān)控中心模塊、移動管理模塊及智慧安全模塊開展數(shù)據(jù)分析。現(xiàn)場選擇55寸液晶電視，實施輪播現(xiàn)場畫面，便于管理人員了解現(xiàn)場情況，以平臺分析確定人員違章，把控現(xiàn)場安全，做到總部、本地畫面同步顯示，防患于未然。

2 監(jiān)管平臺系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體設(shè)計

本項目采取監(jiān)控圖像智能識別技術(shù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)搭建系統(tǒng)，根據(jù)B/S設(shè)計模式建設(shè)系統(tǒng)，用戶能夠利用瀏覽器進(jìn)行URL訪問操作，不用安裝其他客戶端（圖1）。

智慧安全管理系統(tǒng)包含客戶端展示、后端業(yè)務(wù)處理、前端采集數(shù)據(jù)三部分。前端采集數(shù)據(jù)選用海康威視10路攝像機(jī)、AI專用服務(wù)器，抓取現(xiàn)場人員動作及環(huán)境情況，將照片和視頻配合AI服務(wù)器實現(xiàn)實時運(yùn)算，能夠解析現(xiàn)場違規(guī)違章信息，為后端業(yè)務(wù)處理器傳輸識別結(jié)果及數(shù)據(jù)，經(jīng)過服務(wù)器統(tǒng)一存儲、運(yùn)算，發(fā)送結(jié)果至客戶端，其由移動APP、監(jiān)控中心、管理平臺構(gòu)成，能夠展示數(shù)據(jù)結(jié)果。

系統(tǒng)整體搭建在局域網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以確保數(shù)據(jù)安全性與實時性，用戶僅需在局域網(wǎng)登錄瀏覽器即可訪問系統(tǒng)，業(yè)務(wù)服務(wù)器則在移動APP處于外部、現(xiàn)場等無法與內(nèi)網(wǎng)連接下，以公網(wǎng)訪問系統(tǒng)。

2.2 平臺架構(gòu)

智慧安全管理系統(tǒng)架構(gòu)可包含接口層、展現(xiàn)層及應(yīng)用層。其中，展現(xiàn)層包含移動APP、電腦瀏覽器、液晶顯示屏;應(yīng)用層按照系統(tǒng)功能進(jìn)行業(yè)務(wù)服務(wù)架設(shè)，包含監(jiān)控中心、智慧現(xiàn)場、日常管理、移動平臺等;接口層主要為展現(xiàn)層提供業(yè)務(wù)接口，包含活動文件、站班會記錄、每日施工計劃、節(jié)假日安排活動等接口。

2.2.1 程序設(shè)計

該系統(tǒng)應(yīng)用層與接口層應(yīng)用JAVA開發(fā)語言，采取SSM框架，其作為主流JAVAEE框架，適用于企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的搭建。開源框架為Spring，興起于2003年JAVA輕量級開放框架，能夠解決企業(yè)開發(fā)應(yīng)用的復(fù)雜問題，能夠開發(fā)服務(wù)器端，以可測性、簡單性、松耦合層面而言，JAVA應(yīng)用均能在Spring中收益，其屬于輕量級面向切面、控制反轉(zhuǎn)的容器架構(gòu)。數(shù)據(jù)管理增刪改查框架為MyBatis。

2.2.2 數(shù)據(jù)存儲

存儲數(shù)據(jù)應(yīng)用mysql關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)存儲日志為mongodb。

mysql作為關(guān)系型管理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，mysql AB企業(yè)研發(fā)，在應(yīng)用Web中為最好的應(yīng)用軟件之一。分布式存儲文件數(shù)據(jù)庫為MongoDB，介于關(guān)系、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間，功能豐富，支持松散數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲類型多，能夠支持多種查詢語言，實現(xiàn)類似查詢關(guān)系數(shù)據(jù)庫單表功能，建立數(shù)據(jù)索引。

2.3 違章目標(biāo)檢測

該智慧安全管理系統(tǒng)中，硬件監(jiān)控功能實現(xiàn)需以軟件流程為切入點開展規(guī)劃設(shè)計，軟件平臺以基礎(chǔ)硬件為測試、落實的基礎(chǔ)。

2.3.1 AI人臉識別

人臉識別基于人臉特征識別身份的生物識別技術(shù)，以攝像頭、攝像機(jī)采集人臉視頻與流量，在圖像中自動跟蹤、檢測人臉，識別人臉行為。該系統(tǒng)包含人臉圖像檢測采集、人臉提取圖像特征、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征匹配識別。

人臉采集圖像。人臉不同圖像可借助攝像頭采集，包含不同表情、位置、動/靜態(tài)圖像等，均可采集，人員處于拍攝范圍，即可自動拍攝與搜索人臉圖像。

人臉檢測。準(zhǔn)確標(biāo)定圖像人臉大小、位置，利用人臉的末班特征、直方圖特征、結(jié)構(gòu)特征、顏色特征檢測人臉。

人臉圖像預(yù)處理。提取圖像特征，且處理噪聲過濾、灰度矯正等。

人臉圖像提取特征。系統(tǒng)通過變換系數(shù)特征、像素統(tǒng)計特征等實現(xiàn)人臉建模。

人臉圖像匹配識別。圖像提取后匹配搜索數(shù)據(jù)庫模板，設(shè)置閾值，相似度超出閾值即可輸出結(jié)果。

2.3.2 識別違章違規(guī)行為

（1）穿戴安全帶、安全帽違規(guī)識別。人員勘察施工現(xiàn)場，多角度、多方位采集施工人員安全帶、帽穿戴照片，以AI平臺學(xué)習(xí)算法構(gòu)建安全帶、帽像素庫。施工現(xiàn)場利用海康威視攝像機(jī)與像素庫對比分析，識別人員穿戴合規(guī)性。

（2）吸煙違章識別。該行為識別與識別安全帶、帽類似，卻由于吸煙行為判別困難、香煙煙味較淡、香煙體積小，違章行為判斷更為困難，無法簡單從顏色、體積方面識別圖像。系統(tǒng)抓拍香煙火苗點分析圖像，以AI自主學(xué)習(xí)算法識別違章行為。

（3）區(qū)域進(jìn)入人員識別。前期對施工人員人臉開展數(shù)據(jù)建模，在施工、危險部分設(shè)置電子圍欄，一旦人員進(jìn)入其中，即可通過攝像機(jī)抓取人臉數(shù)據(jù)，比對人臉模型，結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的入侵檢測，明確人員是否能夠進(jìn)入該區(qū)域。

（4）通道堆放雜物識別。應(yīng)用攝像頭建立現(xiàn)場場景數(shù)據(jù)模型，雜物堆放過多，對比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型和實際模型一致性，提醒報警。

（5）火險識別。識別火險利用雙光譜筒形攝像機(jī)，能夠分析現(xiàn)場圖片視頻，生成熱成像，借助AI算法分析熱成像熱點，判斷火險情況。

（6）還有臨邊防護(hù)、孔洞、基坑、煙道人孔門等識別，均參考安全帶、帽識別方式。

2.3.3 提高識別率

圖像識別中，對于圖像具有較高要求，主體視角不清晰、受光面不均勻會影響圖像識別率，加上施工、現(xiàn)場天氣、光纖較為復(fù)雜，圖像拍攝存在偏差，易出現(xiàn)未識別違規(guī)違章行為、誤識別違規(guī)違章情況，解決措施如下。

（1）未識別違規(guī)違章。面對該情況需多光線、角度采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)建模，豐富底層像素庫，提高識別效率。并且，回放視頻，安排人員截取違規(guī)畫面，要求自主學(xué)習(xí)算法深度學(xué)習(xí)圖像。

（2）誤識別違規(guī)違章。識別違規(guī)違章中，閾值為最重要參數(shù)，系統(tǒng)按照閾值判定人員行為，出現(xiàn)誤判則可能為設(shè)定閾值較高，需調(diào)整閾值，使其符合現(xiàn)場要求，減少誤識別概率。并且，回放視頻，人工標(biāo)記場景，要求自主學(xué)習(xí)算法深度學(xué)習(xí)圖像。

2.4 平臺模塊

2.4.1 監(jiān)控中心

項目調(diào)度指揮中，監(jiān)控中心作為項目核心能夠及時發(fā)現(xiàn)違規(guī)違章行為。①現(xiàn)場直播，通過電視液晶屏播放現(xiàn)場攝像畫面，能夠進(jìn)行回放、放大畫面操作，通過AI服務(wù)器分析，消息提醒欄警示人員現(xiàn)場存在違規(guī)違章;②施工計劃，日常管理中編制、發(fā)布施工計劃，顯示在右側(cè)監(jiān)控中心列表;③違規(guī)違章信息，消息列表存放提醒信息，源于AI服務(wù)器的判斷分析，每個消息中均包含錄像畫面、產(chǎn)生時間，為人工處理提供依據(jù)。

2.4.2 日常管理模塊

日常管理中，包含告警功能和配制、視頻監(jiān)管功能、施工每日計劃表、站班會記錄、工作票記錄、活動文件、節(jié)假日安全活動、基本管理信息、報表、實時日志、查詢等功能。

2.4.3 安全管理模塊

安全管理包含AI服務(wù)器、攝像機(jī)，利用攝像機(jī)采集視頻與AI服務(wù)器分析圖像，能夠識別違規(guī)違章。包含現(xiàn)場違章識別、區(qū)域性人員管理、危險性作業(yè)管理等功能。

2.4.4 移動管理平臺

該平臺可突破空間限制，只要有網(wǎng)絡(luò)，任何地點、時間均能訪問，便于人員監(jiān)管現(xiàn)場（圖2）。

該模塊功能包含查看現(xiàn)場視頻、查看違規(guī)違章信息、查看審核施工計劃、查看工作票、查看審核活動方案、查看工作安排、推送消息。

3 試驗分析

為保證系統(tǒng)平臺有效性與正確性，用于施工現(xiàn)場展開數(shù)據(jù)測試。先登錄首頁信息，左側(cè)菜單包含：頭部為違章告警類別、中間為圖形分析、底部為施工計劃、右側(cè)為統(tǒng)計工作票。在系統(tǒng)平臺中支持規(guī)劃系統(tǒng)功能，且達(dá)到良好效果，滿足區(qū)域、目標(biāo)檢測違規(guī)違章行為要求。

4 結(jié)語

工程建設(shè)中，存在人員數(shù)量多、現(xiàn)場實時監(jiān)督困難，隱含潛在風(fēng)險的問題。面對安全監(jiān)管面廣、工程分布廣的情況，為加強(qiáng)現(xiàn)場安全監(jiān)督，提高監(jiān)管效能，采取海康威視10路攝像機(jī)、AI專用服務(wù)器，抓取現(xiàn)場人員動作及環(huán)境情況，將照片和視頻配合AI服務(wù)器實現(xiàn)實時運(yùn)算，經(jīng)過服務(wù)器存儲、運(yùn)算發(fā)送至客戶端，展示數(shù)據(jù)結(jié)果，監(jiān)控人員作業(yè)行為。

參考文獻(xiàn)

[1] 李曉強(qiáng)，叢鵬.電網(wǎng)工程施工違章管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2019，9（8）：40-41，46.