基于區(qū)域檢測(cè)與目標(biāo)檢測(cè)的施工現(xiàn)場(chǎng)違章監(jiān)管平臺(tái)研究

潘生華 楊周峰

[摘 ? ?要]闡述了監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)，明確在區(qū)域檢測(cè)與目標(biāo)檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)違章行為監(jiān)管中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)可視化施工現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)、預(yù)警違章作業(yè)及安全隱患，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。以此為基礎(chǔ)，開展監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，采取監(jiān)控圖像智能識(shí)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(cè);目標(biāo)檢測(cè);施工現(xiàn)場(chǎng);違章監(jiān)管平臺(tái)

[中圖分類號(hào)]TM08 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]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(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工程項(xiàng)目數(shù)量、規(guī)模隨之增加，增加了現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。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(huì)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(shí)差異性，發(fā)生違章行為后會(huì)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(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際，采取視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)通信、智能識(shí)別技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)控人員作業(yè)規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

1 監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

為強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)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?，F(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)生產(chǎn)安全。設(shè)計(jì)目標(biāo)如下。

（1）通過視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)可視化現(xiàn)場(chǎng)施工標(biāo)準(zhǔn)。

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

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

（4）借助移動(dòng)手機(jī)APP推送報(bào)警信息與視頻監(jiān)控。

為滿足施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工，規(guī)范建設(shè)要求，搭建現(xiàn)場(chǎng)智慧安全管理系統(tǒng)，將攝像頭安裝在現(xiàn)場(chǎng)采集人員施工畫面，配合軟件平臺(tái)的日常管理模塊、監(jiān)控中心模塊、移動(dòng)管理模塊及智慧安全模塊開展數(shù)據(jù)分析?，F(xiàn)場(chǎng)選擇55寸液晶電視，實(shí)施輪播現(xiàn)場(chǎng)畫面，便于管理人員了解現(xiàn)場(chǎng)情況，以平臺(tái)分析確定人員違章，把控現(xiàn)場(chǎng)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(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采取監(jiān)控圖像智能識(shí)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(jì)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?？低?0路攝像機(jī)、AI專用服務(wù)器，抓取現(xiàn)場(chǎng)人員動(dòng)作及環(huán)境情況，將照片和視頻配合AI服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，能夠解析現(xiàn)場(chǎng)違規(guī)違章信息，為后端業(yè)務(wù)處理器傳輸識(shí)別結(jié)果及數(shù)據(jù)，經(jīng)過服務(wù)器統(tǒng)一存儲(chǔ)、運(yùn)算，發(fā)送結(jié)果至客戶端，其由移動(dòng)APP、監(jiān)控中心、管理平臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以確保數(shù)據(jù)安全性與實(shí)時(shí)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(dòng)APP處于外部、現(xiàn)場(chǎng)等無法與內(nèi)網(wǎng)連接下，以公網(wǎng)訪問系統(tǒng)。

2.2 平臺(tái)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(dòng)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(chǎng)、日常管理、移動(dòng)平臺(tái)等;接口層主要為展現(xiàn)層提供業(yè)務(wù)接口，包含活動(dòng)文件、站班會(huì)記錄、每日施工計(jì)劃、節(jié)假日安排活動(dòng)等接口。

2.2.1 程序設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)應(yīng)用層與接口層應(yīng)用JAVA開發(fā)語(yǔ)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(jí)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(cè)性、簡(jiǎn)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(jí)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(chǔ)

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

mysql作為關(guān)系型管理數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)文件數(shù)據(jù)庫(kù)為MongoDB，介于關(guān)系、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間，功能豐富，支持松散數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型多，能夠支持多種查詢語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)類似查詢關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)單表功能，建立數(shù)據(jù)索引。

2.3 違章目標(biāo)檢測(cè)

該智慧安全管理系統(tǒng)中，硬件監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)需以軟件流程為切入點(diǎn)開展規(guī)劃設(shè)計(jì)，軟件平臺(tái)以基礎(chǔ)硬件為測(cè)試、落實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3.1 AI人臉識(shí)別

人臉識(shí)別基于人臉特征識(shí)別身份的生物識(shí)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(dòng)跟蹤、檢測(cè)人臉，識(shí)別人臉行為。該系統(tǒng)包含人臉圖像檢測(cè)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(shí)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(dòng)/靜態(tài)圖像等，均可采集，人員處于拍攝范圍，即可自動(dòng)拍攝與搜索人臉圖像。

人臉檢測(cè)。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(cè)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(jì)特征等實(shí)現(xiàn)人臉建模。

人臉圖像匹配識(shí)別。圖像提取后匹配搜索數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)別違章違規(guī)行為

（1）穿戴安全帶、安全帽違規(guī)識(shí)別。人員勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，多角度、多方位采集施工人員安全帶、帽穿戴照片，以AI平臺(tái)學(xué)習(xí)算法構(gòu)建安全帶、帽像素庫(kù)。施工現(xiàn)場(chǎng)利用?？低晹z像機(jī)與像素庫(kù)對(duì)比分析，識(shí)別人員穿戴合規(guī)性。

（2）吸煙違章識(shí)別。該行為識(shí)別與識(shí)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(jiǎn)單從顏色、體積方面識(shí)別圖像。系統(tǒng)抓拍香煙火苗點(diǎn)分析圖像，以AI自主學(xué)習(xí)算法識(shí)別違章行為。

（3）區(qū)域進(jìn)入人員識(shí)別。前期對(duì)施工人員人臉開展數(shù)據(jù)建模，在施工、危險(xiǎn)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(duì)人臉模型，結(jié)合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的入侵檢測(cè)，明確人員是否能夠進(jìn)入該區(qū)域。

（4）通道堆放雜物識(shí)別。應(yīng)用攝像頭建立現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景數(shù)據(jù)模型，雜物堆放過多，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)模型和實(shí)際模型一致性，提醒報(bào)警。

（5）火險(xiǎn)識(shí)別。識(shí)別火險(xiǎn)利用雙光譜筒形攝像機(jī)，能夠分析現(xiàn)場(chǎng)圖片視頻，生成熱成像，借助AI算法分析熱成像熱點(diǎn)，判斷火險(xiǎn)情況。

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

2.3.3 提高識(shí)別率

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

（1）未識(shí)別違規(guī)違章。面對(duì)該情況需多光線、角度采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)建模，豐富底層像素庫(kù)，提高識(shí)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(shí)別違規(guī)違章。識(shí)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(chǎng)要求，減少誤識(shí)別概率。并且，回放視頻，人工標(biāo)記場(chǎng)景，要求自主學(xué)習(xí)算法深度學(xué)習(xí)圖像。

2.4 平臺(tái)模塊

2.4.1 監(jiān)控中心

項(xiàng)目調(diào)度指揮中，監(jiān)控中心作為項(xiàng)目核心能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)違章行為。①現(xiàn)場(chǎng)直播，通過電視液晶屏播放現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)存在違規(guī)違章;②施工計(jì)劃，日常管理中編制、發(fā)布施工計(jì)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(gè)消息中均包含錄像畫面、產(chǎn)生時(shí)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(jì)劃表、站班會(huì)記錄、工作票記錄、活動(dòng)文件、節(jié)假日安全活動(dòng)、基本管理信息、報(bào)表、實(shí)時(shí)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(shí)別違規(guī)違章。包含現(xiàn)場(chǎng)違章識(shí)別、區(qū)域性人員管理、危險(xiǎn)性作業(yè)管理等功能。

2.4.4 移動(dòng)管理平臺(tái)

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

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

3 試驗(yàn)分析

為保證系統(tǒng)平臺(tái)有效性與正確性，用于施工現(xiàn)場(chǎng)展開數(shù)據(jù)測(cè)試。先登錄首頁(yè)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(jì)劃、右側(cè)為統(tǒng)計(jì)工作票。在系統(tǒng)平臺(tái)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(cè)違規(guī)違章行為要求。

4 結(jié)語(yǔ)

工程建設(shè)中，存在人員數(shù)量多、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)督困難，隱含潛在風(fēng)險(xiǎn)的問題。面對(duì)安全監(jiān)管面廣、工程分布廣的情況，為加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督，提高監(jiān)管效能，采取?？低?0路攝像機(jī)、AI專用服務(wù)器，抓取現(xiàn)場(chǎng)人員動(dòng)作及環(huán)境情況，將照片和視頻配合AI服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算，經(jīng)過服務(wù)器存儲(chǔ)、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(jì)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2019，9（8）：40-41，46.