基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧施工視頻聯(lián)動管理系統(tǒng)

陳峰軍

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 視頻聯(lián)動管理系統(tǒng)整體設(shè)計

1.1 視頻聯(lián)動管理的原理

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧施工視頻聯(lián)動管理系統(tǒng)主要通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線技術(shù)、攝像頭視頻技術(shù)、軟件技術(shù)等充分結(jié)合和利用，建設(shè)一個基于物聯(lián)網(wǎng)的視頻管控平臺，主要由視頻攝像頭管理系統(tǒng)和視頻聯(lián)動系統(tǒng)組成[1-2]。

1）視頻管理系統(tǒng)主要是通過軟件平臺的形式對攝像頭進(jìn)行各種管理，包括基本的視頻實時查看、回放查看、遠(yuǎn)程對焦、云臺控制等功能，還個性化設(shè)計了視頻項目分類管理，插入施工圖紙，并在圖紙中對應(yīng)的位置加入攝像頭圖標(biāo)方便快速查找，便于及時發(fā)現(xiàn)問題和預(yù)防危險。

2）視頻聯(lián)動系統(tǒng)主要是將攝像頭和其他設(shè)備或傳感器聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（圖1），當(dāng)重點設(shè)備或機械開始動作時，通過傳感器信號和無線網(wǎng)絡(luò)通知管理平臺，平臺遠(yuǎn)程對攝像頭進(jìn)行啟停及轉(zhuǎn)動控制，實時跟蹤拍攝設(shè)備工作情況，并將此次事件和錄像文件單獨保存為一個事件，便于以后快速查詢。2個系統(tǒng)通過視頻管理平臺融合在一起，真正實現(xiàn)了視頻的聯(lián)動和管理，實現(xiàn)智慧工地管理。

圖1 智慧施工視頻聯(lián)動管理系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)后臺管理

視頻前端設(shè)備管理系統(tǒng)主要是利用軟件技術(shù)開發(fā)，對現(xiàn)場安裝的攝像頭進(jìn)行全面智能管理，在現(xiàn)有的視頻攝像頭軟件管理的基礎(chǔ)上增加了更多個性化和智慧化的管理功能（圖2），主要功能為：

圖2 視頻管理系統(tǒng)架構(gòu)

1）項目及分區(qū)管理：采用內(nèi)嵌GIS地圖方式，根據(jù)項目信息，在地圖的相應(yīng)位置添加一個項目，可方便錄入及查詢項目的基本信息；為便于設(shè)備狀態(tài)查詢以及視頻查看，根據(jù)項目分區(qū)情況及視頻分布狀況，可將項目視頻分布分成任意區(qū)塊，上傳分區(qū)塊圖紙；每個區(qū)塊內(nèi)可根據(jù)布點位置添加攝像頭，且攝像頭掃描區(qū)域的扇形示意圖會隨角度的改變而移動，并精確定位前端攝像頭的布點位置、攝像方向及攝像范圍。

2）前端設(shè)備遠(yuǎn)程控制：可通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)維護(hù)視頻終端設(shè)備，可遠(yuǎn)程添加設(shè)備、了解監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)、對前端攝像頭進(jìn)行移動控制和焦距控制、修改設(shè)備各項參數(shù)。

3）視頻儲存及回放：平臺通過配設(shè)專門的磁盤陣列服務(wù)器，確保能夠完整記錄儲存項目的施工工況、監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相關(guān)現(xiàn)場照片、視頻等內(nèi)容；平臺設(shè)置了數(shù)據(jù)管理模塊，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺登錄，可遠(yuǎn)程查看及下載項目以往詳細(xì)的記錄數(shù)據(jù)；可按照指定設(shè)備、通道、時間、報警信息等要素檢索歷史資料并回放和下載；回放支持正常播放、快速播放、畫面暫停、圖像抓拍等功能。

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)查閱

通過遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺上GIS地圖功能，通過地圖的查詢、模糊搜索等功能實現(xiàn)工程項目的快捷查詢，方便管理人員能夠同時進(jìn)行多工程、多項目的視頻管理；建立了方便、快捷的無線視頻控制頁面，可自行選擇項目、工點、前端設(shè)備，并可針對前端設(shè)備進(jìn)行焦距、焦點、光距的調(diào)整，方便管理人員簡單操作。

1.4 視頻動態(tài)預(yù)警功能

服務(wù)器端定時自動向前端設(shè)備發(fā)送監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)的命令，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髟O(shè)備的工作狀況進(jìn)行實時巡檢、掌握及上報，且可接收設(shè)備報警源發(fā)送的報警信息，報警發(fā)生時可通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的方式自動彈出報警設(shè)備視頻或聲音警示。

2 視頻聯(lián)動控制管理系統(tǒng)設(shè)計

通過利用遠(yuǎn)程智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)以及遠(yuǎn)程視頻管理平臺對施工現(xiàn)場重型設(shè)備的運行進(jìn)行動態(tài)運作監(jiān)測，對其行動進(jìn)行視頻聯(lián)動跟蹤拍攝和重點視頻錄像保留追蹤，以及報警和管理[3-4]。

2.1 重型設(shè)備動態(tài)運作的狀態(tài)識別

通過在重型設(shè)備上安裝傳感器，實時監(jiān)測可移動危險源移動的狀態(tài)，包括移動速度、移動方向、移動時間等事件，通過數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行重型設(shè)備狀態(tài)運作的狀態(tài)識別。

2.2 數(shù)據(jù)采集與管理

重型設(shè)備上安裝的傳感器數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程無線傳輸模式或近距離無線傳輸模式采集到遠(yuǎn)程視頻管理平臺，并利用平臺進(jìn)行各類運行數(shù)據(jù)的實時管理。

2.3 視頻動態(tài)跟蹤

視頻攝像頭將根據(jù)視頻管理平臺反饋的重型設(shè)備的運行狀態(tài)，自動響應(yīng)開啟或是停止攝像頭的工作模式，同時智能攝像頭將根據(jù)設(shè)備的移動位置和方向?qū)崟r跟蹤拍攝和錄像，實現(xiàn)聯(lián)動監(jiān)控功能。

2.4 基于動態(tài)視頻的重型設(shè)備安全管理

遠(yuǎn)程管理平臺將根據(jù)現(xiàn)場實時傳感器信息判斷設(shè)備的狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)事件的觸發(fā)和管理，例如實時控制攝像頭的啟停和轉(zhuǎn)動、將設(shè)備運行事件進(jìn)行專項事件管理和報警通知，并對事件所有參數(shù)和錄像進(jìn)行專項管理，便于快速進(jìn)行事件查詢，以及通過報警模塊功能通知相關(guān)責(zé)任人設(shè)備信息以及發(fā)生的動作，預(yù)防安全事故發(fā)生。

2.5 設(shè)計案例

以某施工現(xiàn)場大型塔吊的視頻動態(tài)觀測為例：塔吊上方水平安裝角速度傳感器，在塔吊靜止時將角速度值清零，此時攝像頭處于停止工作的狀態(tài)，當(dāng)塔吊開始移動時，角速度傳感器實時進(jìn)行感應(yīng)，并將塔吊旋轉(zhuǎn)變化角度值通過ZIGBEE無線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程管理平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，管理平臺根據(jù)其移動方向和速度，通過網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，控制現(xiàn)場監(jiān)控塔吊的遠(yuǎn)程智能視頻攝像頭開啟攝像和記錄模式，并實時根據(jù)塔吊的移動、轉(zhuǎn)動位置進(jìn)行跟蹤拍攝，并將拍攝的視頻資料保存在硬盤錄像機中，供以后查詢（圖3）。同時在視頻管理平臺將本次事件的參數(shù)和視頻進(jìn)行記錄保存，并作出相應(yīng)的報警或是預(yù)警提示，將整個事件的各個過程都精確地進(jìn)行記錄。

圖3 塔吊視頻監(jiān)控聯(lián)動系統(tǒng)

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的視頻聯(lián)動和管理系統(tǒng)軟件平臺實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧施工視頻聯(lián)動管理系統(tǒng)，集合視頻管理系統(tǒng)、自主開發(fā)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，建立2個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的互動和關(guān)聯(lián)。

平臺主要由4層結(jié)構(gòu)組成，分別為系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺、系統(tǒng)軟件平臺、應(yīng)用基礎(chǔ)平臺、應(yīng)用層。平臺采用基于WEB的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基礎(chǔ)軟硬件包括服務(wù)器系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、WEB中間件等。應(yīng)用層主要實現(xiàn)安全權(quán)限管理、數(shù)據(jù)采集管理、視頻服務(wù)、攝像頭視頻各類應(yīng)用管理等。各類應(yīng)用部署于云端服務(wù)器，手機終端、WEB終端等設(shè)備通過公網(wǎng)進(jìn)行訪問和控制（圖4）。

圖4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中的安全信息數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，該監(jiān)測項目所關(guān)聯(lián)的攝像前端，自動關(guān)聯(lián)到現(xiàn)場的異常部位，并實現(xiàn)自動抓圖、報警等功能。這樣通過監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻畫面等多元內(nèi)容共同進(jìn)行工程安全信息的發(fā)布，讓管理人員更加方便、簡單地了解重型設(shè)備動態(tài)以及工程安全狀況，及時采取針對性措施。

4 結(jié)語

該套系統(tǒng)和技術(shù)在研發(fā)成熟后，其對施工現(xiàn)場管理和安全帶來重大的改變，主要表現(xiàn)在：

1）技術(shù)人員可以異地遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)，即時對施工現(xiàn)場進(jìn)行全方位監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)施工隱患和不安全行為。

2）實現(xiàn)了重型設(shè)備危險源的監(jiān)控，設(shè)備運作或發(fā)生異常后監(jiān)控前端設(shè)備自動跟蹤拍攝，可便于技術(shù)人員方便、準(zhǔn)確地查找和查閱危險源信息。

3）對現(xiàn)場設(shè)備的運行情況進(jìn)行精準(zhǔn)攝像和記錄，大大節(jié)約了錄像機的硬盤空間，提高了工程師的查找效率。

4）系統(tǒng)具有可擴展性，完全可以根據(jù)現(xiàn)場的需求進(jìn)行定制化擴展和功能增加，實現(xiàn)人性化管理模式。