淮河干流王臨段工程施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)設計與實現

姜健俊 馬艷冰 吳 偉

（1.淮河水利委員會綜合事業(yè)發(fā)展中心 2.淮河水利委員會通信總站 蚌埠 233001）

1 引言

近年來，在江蘇、浙江等經濟發(fā)達省份，逐漸開始將“互聯網+”、視頻監(jiān)控、物聯網等信息技術應用于水利工程施工管理中來，已經取得了一定的成效。國內如華東院等水利設計院也正在研制水利工程施工監(jiān)管軟件。但是，水利工程施工智慧化監(jiān)管在治淮骨干工程中案例較少，本文詳細介紹了淮河干流王臨段工程施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)設計以及應用情況。

2 概述

2.1 項目區(qū)概況

淮河干流王家壩至臨淮崗段行洪區(qū)調整及河道整治工程（以下簡稱王臨段）是進一步治理淮河38項工程之一，列入國家150 項重大水利工程,其中濛河分洪道拓浚工程建設內容主要包括拓浚濛河分洪道51.16km，新建濛洼防汛搶險通道41.58km，拆除重建灌溉泵站、生產橋和加固、接長穿堤建筑物等,工程位于阜南、潁上縣境內,總投資12.35 億元，共劃分為8 個標段。

2.2 需求分析

該工程沿淮干河道施工，遠離主管單位辦公區(qū)域，戰(zhàn)線長，巡查監(jiān)管工作量大，主管單位及監(jiān)督管理單位需對現場人員到崗情況、工作時段、工作進展、工作內容、重要作業(yè)區(qū)域等進行有效的遠程監(jiān)控，無需到達現場即可實時掌握工程施工具體實情。為加強和提高工程施工監(jiān)管的覆蓋面、時效性和可追溯性，探索采用移動互聯應用、智能技術等信息化技術搭建王臨段工程智慧施工監(jiān)管平臺，以優(yōu)化水利工程建設管理方式實現智慧化監(jiān)管。

3 總體設計

3.1 技術路線

依托“互聯網+”、視頻監(jiān)控、移動通信、GIS、GPS 等技術建立水利工程施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)，系統(tǒng)采用模塊化結構，根據功能需求靈活部署，構建智慧監(jiān)管的統(tǒng)一管理平臺。采用視頻監(jiān)控技術和移動通信技術，建立覆蓋工程施工區(qū)域的視頻監(jiān)控站點，實現對人、機、料、法、環(huán)的全方位實時監(jiān)控。所建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)既可作為獨立的一個系統(tǒng)，也可以作為一個子系統(tǒng)接入到智慧監(jiān)管平臺，平臺對讀取視頻監(jiān)控圖像數據信息進行二次數據分析。結合GIS 和GPS 技術在地圖上標注顯示工程施工范圍及施工進度，對工程巡檢軌跡和施工中出現的問題進行跟蹤定位。利用“互聯網+”技術完成移動終端數據信息實時采集、上傳和在線式施工管理任務的派發(fā)與處理等工作，提高工程施工管理的時效性。

3.2 總體框架

根據王臨段工程施工智慧監(jiān)管功能需求分析和工程實際情況進行總體設計，主要包含視頻信息采集和綜合管理平臺。視頻信息采集主要在施工區(qū)域內根據不同的監(jiān)控監(jiān)管需求安裝不同類型的視頻采集設備。綜合管理平臺主要包含后臺數據處理及存儲（服務器端）和應用客戶端，應用客戶端分為移動終端APP 和PC 客戶端（網頁方式）?？傮w框架如圖1所示。

圖1 淮干王臨段工程施工智慧監(jiān)管系統(tǒng)總體框架圖

3.3 系統(tǒng)功能

3.3.1 人員到崗情況監(jiān)管

工程施工監(jiān)管的首要任務是監(jiān)管各參建單位的人員到崗情況。工程主要參建人員，如監(jiān)理、項目經理、安全員、質量員等，可通過軟件平臺實現工程現場在線簽到，實現對人員實際到位情況的遠程監(jiān)管。

3.3.2 人員履職情況監(jiān)管

人員到崗后，對有關人員的盡責履職情況進行監(jiān)管。通過軟件平臺，監(jiān)理、項目經理、安全員、質量員可將工程質量、安全、進度控制等工作形成的圖片、視頻以及工程數據上傳監(jiān)管平臺。借助GPS 定位，監(jiān)管平臺可以對關鍵人員的工作時間和活動軌跡進行記錄。

3.3.3 作業(yè)區(qū)域的全天候監(jiān)管

通過建立施工作業(yè)區(qū)域視頻監(jiān)控，可以全天候實時掌握施工過程，遠程監(jiān)督施工作業(yè)的質量管控和安全生產行為。同時錄制和保存相關視頻，形成施工電子資料，為工程各階段的資料收集和整理提供詳實的備份。

3.3.4 移動在線交互式施工管理

通過移動終端APP 提供在線式施工管理，可以隨時隨地上報工作情況、下發(fā)任務和處理任務，工程參建各方可將任務直接下派指派到相關人員，任務接收者收到指定任務后將任務完成情況直接上傳。

3.3.5 工程施工資料的在線式存儲

可通過移動終端APP 或者PC 客戶端（網頁版）將工程施工過程中所產生的照片、視頻、文檔等資料上傳到綜合管理平臺，分標段對工程信息進行歸檔、整理、存儲。工程參建各方在各自的權限范圍內均可通過綜合管理平臺進行工程信息的查詢、下載、修改、審核、打印、統(tǒng)計等，形成完整的文檔資料收集、記錄以及備份，便于工程建管資料的整編。

4 系統(tǒng)實現

系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控子系統(tǒng)和綜合管理平臺兩部分組成，視頻監(jiān)控子系統(tǒng)包括信息采集、傳輸、管理及存儲等，綜合管理平臺包含后臺數據處理與存儲（服務器端）、移動終端APP、PC 客戶端（網頁版）等。

4.1 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)由三部分組成：前端視頻采集、視頻監(jiān)控平臺以及視頻存儲（硬盤錄像機）。前端視頻采集根據區(qū)域內監(jiān)控需求配置相應的網絡高清攝像機、球型鷹眼全景相機、高清紅外星光網絡攝像機，用于對施工區(qū)域的全天候圖像監(jiān)控、數據采集和安全防范。視頻監(jiān)控平臺是視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的核心，主要包括數據庫服務模塊、流媒體服務模塊、存儲管理服務模塊、Web 服務模塊等，共同構成視頻數據處理中心，完成視頻數據的交互，集管理、交換、處理、存儲和轉發(fā)于一體。視頻存儲采用硬盤錄像機后端錄像的方式對視頻圖像進行全天候的錄像。訪問人員可通過電腦客戶端、手機APP 方式在有網絡的情況下隨時隨地瀏覽視頻圖像。

4.2 綜合管理平臺

4.2.1 后臺數據處理與存儲（服務器端）

后臺框架采用SpringBoot，內嵌Tomcat等Servlet 容器。在該系統(tǒng)軟件開發(fā)中，使用SpringSecurity 對用戶權限進行控制。用戶基于token 驗證權限，獲取相應的服務操作權限。數據存儲采用Oracle 數據庫，后臺采用三層架構，最底層是數據訪問層，與數據庫直接連接，負責數據的增刪改查功能；中間層為業(yè)務邏輯層，處理業(yè)務的相關邏輯；最上層是表現層，負責與用戶交互的界面通信，用于接收用戶輸入的數據與展示用戶所需的信息。

4.2.2 移動終端APP

4.2.2.1 監(jiān)控管理

將施工現場安裝的視頻監(jiān)控設備接入到綜合管理平臺，通過本模塊即可點擊瀏覽觀看實時視頻，便于實時監(jiān)督、指揮、監(jiān)控、排查問題。監(jiān)控管理還可對前端攝像機進行遠距離控制，并可通過回放按鈕遠程調閱保存在后臺的歷史視頻。在APP 主界面點擊“監(jiān)控管理”即可進入視頻監(jiān)控站點列表，選擇相應的站點即可進行視頻瀏覽，打開“控制面板”即可進行視頻拍攝角度的控制，點擊“回放”設置時間段即可查看該路監(jiān)控的歷史視頻。

4.2.2.2 任務管理

（1）任務派發(fā)：通過主界面“任務管理”選項進入，點擊“添加任務”即可完成任務創(chuàng)建，主要包含的信息要素為：任務名稱、任務類型、自動編號的任務工單、工程名稱、任務地點、完成時間、緊急程度、任務簡介、創(chuàng)建人、負責人、參與人等。其中任務地點可通過所在位置在地圖上自動定位；工程名稱可分標段選擇其下屬具體施工項目；項目負責人和參與人可按工程的不同參建方所屬人員選擇。

（2）任務接收：任務接收人通過“任務列表”—“待處理”查看派發(fā)給自己的任務詳情，詳情頁記錄了該任務詳細描述、任務流程、任務派發(fā)時間、任務執(zhí)行地點等。

（3）任務處理：接受任務后任務執(zhí)行人將任務處理情況以文字、圖片、視頻等方式提交平臺，并在任務完成后填寫反饋意見，說明處理結果。

（4）歷史任務：通過“任務列表”—“已完成”可查看本人接到的歷史任務數量、完成情況（完成任務、待完成任務），以及每條歷史任務的詳情。詳情頁面記錄了任務編號、時間、執(zhí)行地點、處理結果等基本描述信息，也提供任務匯報記錄查看，并可進入地圖模式查看任務地點及導航任務點線路。

4.2.2.3 巡檢管理

用戶在巡檢施工現場時可隨時隨地上傳現場巡檢狀況。內容包含：巡檢時間、位置信息、工程名稱、任務類型、巡檢/現場狀態(tài)（正常、非正常）等，并以照片、視頻、文字、文檔等形式將巡檢信息通過移動終端APP 提交至平臺。

通過“巡檢管理”—“開始巡查”選擇不同的施工標段建立巡檢任務，巡檢時間自動生成；巡檢路徑采用GIS 技術和GPS 技術在地圖上準確定位，自動生成巡檢軌跡；通過“問題上報”即可把巡檢中發(fā)現的問題上報，同時在“待處理”列表中指派人員對該問題進行處理；例行巡檢中通過“拍照上傳”將巡檢情況以照片或者視頻形式上傳；“巡檢記錄”中則記錄了歷次巡檢詳情。

4.2.2.4 通知公告

通過系統(tǒng)通知功能，發(fā)布關于工程施工的消息，通知可指定到具體人員或全體人員，APP 端可在主界面通知公告欄接收、查看詳細消息。

4.2.2.5 個人中心

完成個人賬戶設置、管理和軟件版本在線升級。如軟件有新版本時候，會以“小紅點”方式提醒，點擊“檢查更新”即可完成APP 版本的在線升級。

4.2.3 PC 客戶端（網頁版）

除具有APP 端所有功能外，還具有對工程信息歸檔整理，各類任務匯總管理的功能。凡是通過APP 端上傳的數據都在PC 端歸檔，可進行查詢、下載、修改、審核、打印、統(tǒng)計，通過PC 端進行任務派發(fā)時可附Word、Excel 文檔等。

4.2.3.1 位置展示

將該工程的標段、施工任務點、安全生產關鍵點、視頻監(jiān)控站點根據實際位置展示在主界面地圖中。地圖可通過圖層選擇、標注顯示、標段軌跡、任務點篩選控制地圖上顯示的內容。位置展示界面以地圖為主體，使用工具條控制地圖圖層與標注顯示。點擊標記點可顯示施工任務點基本信息；點擊視頻監(jiān)控點可觀看視頻并控制云臺。

4.2.3.2 任務管理

不同角色的用戶可在此完成派發(fā)任務、任務接收、查看進度與上報情況、確認完成等操作，還可對所有用戶上傳的任務進行歸檔。在此功能下不同的角色擁有不同的操作權限，從而完成任務從開始到結束的整個流程閉環(huán)。任務管理界面以任務列表為主，可根據任務的名稱、地點、所屬工程進行任務篩選。也可對任務進行刪除、修改等管理。

4.2.3.3 巡查管理

可查看APP 端上傳的所有巡查記錄、上報記錄、問題處理記錄，并且擁有權限的用戶可以將巡查中每一條上報的問題指定人員處理，完成從巡查發(fā)現問題到問題處理完成的流轉。因巡查管理需要進行位置定位以及現場拍照等，所以在PC 端僅為查看與指派人員處理。共設三個子模塊：巡查記錄、上報記錄、問題處理。

4.2.3.4 監(jiān)控管理

通過此功能實現預覽視頻圖像，并控制攝像機云臺，也可指定日期和時間回放錄像。

4.2.3.5 綜合管理

本模塊對工程劃分、部門設定、角色設定、用戶管理、日志管理以及通知公告的發(fā)布，以表格或者樹形表格的形式體現。工程管理：對本工程按標段進行劃分，在標段下再按照具體工程任務劃分；部門管理：進行工程建設各參與部門設置；角色管理：進行工程建設各方所承擔的角色進行設置；用戶管理：創(chuàng)建用戶、刪除用戶、權限設置，每個用戶所屬的部門和角色的設定等；日志管理：對日志記錄進行統(tǒng)計；通知公告：發(fā)布工程相關的各類通知，可以設定通知接收人。

5 結語

該項目對大型河道工程施工智慧化監(jiān)管技術研究基于工程建設過程中建設單位對施工現場管理需求和探索，以視頻監(jiān)控、互聯網+等技術為手段，開發(fā)基于工程管理需求的個性化智慧監(jiān)管平臺，對工程施工現場進行立體化、全方位、全時段的監(jiān)控以及移動在線式的施工管理，較好地實現了規(guī)范施工、減少安全隱患、節(jié)省人力投入、降低施工運營成本等目標，使得水利工程施工工地管理更加安全、高效和精益。但是，項目研究的水利施工智慧化監(jiān)管系統(tǒng)應用主要還是視頻監(jiān)控，將來有必要拓展圖像識別、邊緣計算等技術，以真正實現對人、機、料、法、環(huán)的全方位實時監(jiān)控，進一步拓寬信息化技術在水利行業(yè)的應用領域■