水利樞紐施工過程智能視頻監控技術的應用研究

林艷鶯

（廣東百盛建設工程有限公司，廣東 江門 529000）

水利樞紐具有灌溉、發電、航運、防洪等多方面的功能，是保障區域內社會經濟穩定發展的重要工程設施，工程單位需要加強對施工階段人員、現場環境和工藝流程施工質量的把控力度，確保水利樞紐工程建設施工有序推進。某水利樞紐工程施工區域位于廣東山區，現場環境復雜，復雜的工藝流程對人員的數量和能力要求較高，同時也需要應用大量不同的機械設備，施工管理人員面臨較大的管理難題，工程單位針對管理難題應用智能視頻監控技術實現了對現場施工的有效管控。

1 水利樞紐施工期間常見管理問題分析

該水利樞紐工程位于華南地區廣東省境內，施工季節為夏季，因頻繁降雨導致施工區域所在的山區道路濕滑泥濘，施工高峰期大量車輛的出入導致剮蹭、超速等交通問題爆發頻率增高；同時，施工開挖、爆破等施工多點位開展導致現場環境更加復雜，施工人員所應用的各種機具設備也缺少統一的調度管理機制，在無法對各項施工進行全方位監控的情況下，工程建設期間將存在較大的安全隱患。同時，因工程規模大、工藝流程復雜多樣、現場環境復雜，施工期間需組織大量人員開展施工，但施工人員能力素質參差不齊，存在部分人員安全意識匱乏，導致安全帶漏掛、安全帽未佩戴、作業違規、施工時間把控不到位等情況時有發生，現有的管理模式和管理人員難以對參與施工的大量人員進行有效監管。此外，水泥樞紐修建的水壩為混凝土重力壩，水壩所面臨的氣候環境為全年1/3時間的溫度達到30℃以上，高溫環境對混凝土抗裂性能提出了更高的要求，工程單位需要在現場施工區間做好溫控做事，避免混凝土澆筑完成后出現較多危害性裂縫；混凝土溫控需要對材料運輸、通水冷卻等多個環節進行精準管控，任意環節的管理疏忽都將影響混凝土澆筑質量，然而單純依靠人工現場監管存在效率低下、人員需求量大、管理質量差等問題，難以滿足24h 的不間斷監管，有必要借助智能視頻監控技術輔助施工管理[1]。

2 智能視頻監控技術網絡環境建設要點

2.1 視頻信號傳輸方式選型

為滿足視頻信號不間斷傳輸需求，工程單位需要結合現場實際情況選擇相應的網絡傳輸方式，包括無線網絡傳輸與有線網絡傳輸兩類，具體選型需要對傳輸穩定性、網絡環境搭建成本、傳輸帶寬等相關情況進行綜合對比。如果工程單位選擇有線網絡通信模式，則需要組織人員開展距離約5km 的開挖布線施工，同時也需要對供電、補償等相關問題進行綜合考慮，施工期間還存在挖斷運營線路的風險，即使采取租賃既有光纖線路的方式也存在較大的維護難度，相關成本支出相對較高。如果工程單位選擇無線網絡通信模式，由于施工區域為4G、5G 等網絡信號弱的山區，智能視頻監控系統需要傳輸的視頻通常為高清視頻，現有網絡信號難以滿足視頻高效、實時傳輸需求，因此需要結合現場環境搭設適宜的無線網絡，實現對各視頻監控區域的全覆蓋[2]。

2.2 水利樞紐施工區域無線網絡具體建設要點

施工現場所應用的無線網絡結構如圖1 所示，網絡建設要點具體如下。

圖1 施工現場無線網絡示意圖

2.2.1 組網方式

由于工程單位組建的臨時辦公營地與現場施工區域存在3km 左右的間隔，無法直接從各監控區將視頻信號回傳至辦公營地內的監控中心，因此工程單位選擇采取無線組網的方式建立中央節點與各節點的聯系，滿足無線網絡信號的遠距離傳輸需求。無線網絡設備包括網線網橋與無線客戶端，后者用作分節點，前者用作中央節點，后者用于對終端監控設備的高頻視頻信號進行直接接收和傳遞，通過點對點的方式將客戶端中的信號傳遞至無線網橋，最終傳輸至辦公營地內的無線網橋[3]。

2.2.2 頻率設計

本工程結合現場情況選用多頻組網模式，選用5GHz 頻段作為骨干網，2.4GHz 頻段作為支路，骨干網頻段存在頻譜干擾小且帶寬大等優勢，同時采取多個信道交叉應用的方式規避信道之間的干擾問題。

2.2.3 帶寬設計

本工程為滿足現場視頻監控需求，所應用的高新攝像機像素為400 萬，單路高清視頻傳輸帶寬約占用8 Mbit/s，現場各骨干鏈路需回傳高清視頻信號的鏈路約30 路，綜合考慮信道干擾、傳輸損耗等因素，需確保單條骨干鏈路具有約300Mbit/s 的帶寬。

3 智能視頻監控系統建設思路

3.1 系統結構

智能視頻監控系統框架結構詳見圖2，主要包括前端的天線網橋、攝像頭以及監控中心的終端、大屏、服務器、交換機、天線網橋等。

圖2 智能視頻監控系統框架結構

3.2 視頻監控點位布置

智能視頻監控系統需滿足水利樞紐各關鍵施工場景的全方位監控需求，在監控設備點位布置時需要綜合考慮供電條件、設備防雷、監控范圍、網絡條件等各方面的內容，待確定布置點位和數量后需要進行復核確認，確認無誤后方可開展安裝施工。本工程結合現場需求，選擇在混凝土拌合料、船閘施工區域、基坑塔吊區域以及砂石區布設監控裝置[4]。

3.3 智能視頻監控系統檢測功能應用

在無線通信網絡、視頻監控及相關配套設施的基礎上，智能視頻監控系統需要借助車速檢測、背景差分、幀間差分等技術方法對監控畫面進行智能化分析，實現對車輛超速、材料物品遺漏、監控區域入侵等異常情況等診斷分析，下面對各功能應用進行詳細論述。

3.3.1 入侵檢測

入侵檢測功能主要借助幀間差分算法實現，監控系統運行過程中可以對攝像頭傳回的高清視頻信號進行逐幀分析，并針對各幀視頻中存在的非法入侵物體進行報警提示。在實際應用過程中，施工管理人員可以在監控中心對系統警戒區域進行合理設置，待人員、材料、車輛等誤入警戒區域時，監控系統將快速發出報警信息，為施工管理人員提供管理助力。

3.3.2 物品遺漏檢測

物品遺漏檢測主要用于對施工完成后現場遺留的物品進行檢測和預警，該檢測功能需要借助背景差分算法來實現，監控系統運行過程中可以對攝像頭傳回的高清視頻畫面與背景圖像進行對比，通過差分檢測的方式確認有無遺漏物品的情況。在實際應用過程中，施工管理人員可以在監控中心通過系統對遺漏物品停留時間進行合理配置，待超出停留時間后由系統發出預警，提醒管理人員及時進行處理。

3.3.3 車輛超速檢測

超速檢測功能的實現需要依靠Harris 角點檢測算法，智能監控系統能夠借助算法掌握監控區域各車輛的角點信息，針對視頻畫面連續幀中車輛角點的位置變化情況對車速進行實時計算分析，在實際應用過程中，施工管理人員可以在監控中心通過系統對超速閾值進行合理配置，待超出最高速度限制要求后由系統發出預警，并對超速車輛信息抓拍記錄，為施工管理人員提供管理依據。

3.4 智能視頻監控系統監控管理功能應用

智能視頻監控系統建成后，可以通過實現對關鍵施工環節進行遠程監督查看，必要時可以為現場施工進行提供遠程指導。例如，在混凝土澆筑溫控施工環節，管理人員可以組織相關技術人員共同在監控中心通過監控系統對現場溫控施工工藝流程進行監督指導，及時解決溫度超標、工藝不良、效果不佳等各類問題，切實提升混凝土澆筑等關鍵環節的施工質量，為水利樞紐工程的有效推進提供保障。

4 智能視頻監控技術在水利樞紐施工管理中的應用效果

在監控系統的支持下，水利樞紐施工建設相關的施工、監理、建設單位均能夠實時查看現場施工情況，并提出可行的管理措施。該智能監控系統具有事件告警功能，能夠借助內置的超速檢測、遺漏物品檢測、入侵檢測等功能模塊輔助施工管理人員對施工安全狀況進行監督管控，實現對現場施工風險隱患的快速治理。該智能監控系統具有事件追溯功能，監控中心中布置的服務器與存儲陣列連接，能夠實現對現場高清視頻監控信息的存儲，最高存儲時間可達3 個月，能夠對事故糾紛、物品遺漏丟失等情況提供追蹤溯源的數據支持，避免因缺乏事實證據導致工期延誤、施工糾紛等不必要的情況出現。此外，該系統還具有監督震懾功能，現場施工人員在了解各區域監控攝像頭監控區域的情況下，將提升自主安全責任意識，能夠在監控范圍內嚴格執行各項標準作業流程，有效規避安全措施不完備、工藝流程執行不力等問題，能夠提升現場施工質量并有效規避事故風險。

5 結論

綜上所述，針對人員能力素質參差不齊、施工規模范圍大、現場環境復雜、工藝流程多樣的水利樞紐工程，施工管理人員難以實現對各環節的有效監督管控，在智能視頻監控技術的支持下，管理人員不僅能夠借助系統智能算法實現對超速、物品遺漏、侵入限界等隱患風險的監督把控，也能夠督促施工人員嚴格按標準作業流程開展各項施工，還可以對關鍵施工環節進行全面監督，起到質量監督檢查和問題遠程分析指導的作用，對于工程安全管理、質量管理、進度管理等具有積極意義。