基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的臨邊洞口報警系統(tǒng)研究

陳建飛 孫健 王華永

由于建筑行業(yè)具有規(guī)模大、周期長、高處及露天作業(yè)多、手工及繁重體力勞動多、現(xiàn)場臨邊洞口之類危險源多等特點，導致施工現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生各類生產(chǎn)安全事故，造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡遠遠超過了項目的承受能力。因此在傳統(tǒng)安全管理基礎(chǔ)上引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來預防事故的管理思路就顯得極其重要，而通過基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的臨邊洞口自動感應(yīng)語音報警系統(tǒng)，能夠通過紅外感應(yīng)，即時語音提醒進入危險區(qū)域的人員，有效避免事故的發(fā)生。

一、研究背景

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，各類異形建筑以及超高層、新型建筑業(yè)逐漸增多，無形中給現(xiàn)場的安全管理增加了難度。

建筑工程主體施工過程中，出現(xiàn)的各種臨邊、洞口，都存在高處墜落的風險隱患，這就需要作業(yè)人員時刻保持高度的警惕，遠離臨邊洞口。目前施工現(xiàn)場現(xiàn)有的措施都是搭設(shè)防護，并且經(jīng)常對作業(yè)人員進行有針對性的教育、交底，提醒工人注意臨邊洞口。但是由于施工現(xiàn)場工人流動性大，入場教育及班前安全教育、交底未引起重視，或因工序安排不合理，現(xiàn)場存在工人隨意拆除、破壞臨邊洞口防護的現(xiàn)象，加上個別施工人員安全生產(chǎn)意識淡薄，導致高處墜落事故頻發(fā)，不但給死者家庭造成無法彌補的傷害，同時給企業(yè)造成一定程度的損失，甚至出現(xiàn)有悖離真相的負面信息通過媒體、網(wǎng)絡(luò)傳播的現(xiàn)象，影響企業(yè)的聲譽，造成不良的社會影響。

：鑒于以上背景，除加強安全教育和現(xiàn)場安全管理外，有必要開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工安全管理系統(tǒng)研究，通過現(xiàn)場勘測、建立模型、風險識別與報警等技術(shù)手段，建立一套臨邊洞口自動感應(yīng)語音報警系統(tǒng)，通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高施工現(xiàn)場安全監(jiān)督管理水平。

二、物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)是指以智能感知為前提，借助紅外感應(yīng)、超高頻RFID技術(shù)、傳感器等信息傳輸感應(yīng)的設(shè)備實現(xiàn)對需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程之類的信息進行收集，采集其聲、光、熱、電、位置等各種需要的信息，以通信或者網(wǎng)絡(luò)等其他形式的接入，從而在物和人之間、人和人之間、物和物之間形成一個泛在的鏈接，實現(xiàn)對物體的智能化感知、人/物的定位、活動軌跡的跟蹤、動態(tài)監(jiān)控以及管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涵蓋的范圍非常廣泛，包括具備智能識別的移動終端、樓控系統(tǒng)、城市監(jiān)控系統(tǒng)等，結(jié)合貼著預先錄入指定信息的RFID標簽、條形碼的運輸車輛、食品、貨物等，在有互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介的前提下，可以提供安全可控并且個性化的實時監(jiān)控、運動軌跡定位、遠程控制、調(diào)度指揮等服務(wù)功能，實現(xiàn)對各類物體的高效管控。

三、總體設(shè)計

1.總體架構(gòu)

本系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，主要由預警雷達、led燈帶、語音報警器、主機控制終端、手機APP等5個部分組成。其中，預警雷達主要是利用紅外感應(yīng)原理，偵測采集進入危險區(qū)域的人員，將預警信息傳送至主機控制終端。主機控制終端對危險等級識別，led燈帶選用4色且每米最少72枚燈珠IP67材料。語音報警器支持自定義語音，模塊化設(shè)計，支持并聯(lián)并發(fā)，用于發(fā)出預警信號。手機APP主要接收預警信息，即時提醒現(xiàn)場安全管理人員。：：：：：

圖1 工作原理圖

2.預警雷達

預警雷達采用感應(yīng)器級聯(lián)技術(shù)，可360°全覆蓋，具有距離盲區(qū)小、無速度盲點、高距離分辨力、良好的抗干擾性等特點，可以有效解決施工現(xiàn)場洞口大小、臨邊長度不統(tǒng)一的情況。針對位置信息，通過對預警雷達進行編號，管理人員可以快速判定危險信號發(fā)出的具體位置，系統(tǒng)自帶防護自檢裝置，當防護失效時，同樣向主機控制終端發(fā)出預警信號。當人員離開危險區(qū)域，預警雷達在指定時間內(nèi)（10-60秒可調(diào)）沒有偵測采集到人員紅外數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動關(guān)閉，報警解除。

圖2 參數(shù)圖

3.預警信息輸出

預警信息通過采用感應(yīng)檢測輸出，分為燈光提示和語音提示。主機控制終端接收到預警雷達發(fā)出的信號后，根據(jù)預設(shè)的危險等級劃分，向Led燈帶和語音報警器、手機終端發(fā)出信號，Led燈帶開始閃爍、語音報警器發(fā)出“您已進入危險區(qū)域，請注意安全”的語音提醒。管理人員根據(jù)手機接收到的預警信息，判定危險區(qū)域有無臨邊防護，采取相應(yīng)的措施。

圖3 自動感應(yīng)報警系統(tǒng)安裝效果圖

四、臨邊洞口自動感應(yīng)報警系統(tǒng)實踐

建筑施工現(xiàn)場比較容易引發(fā)生產(chǎn)安全事故的原因除了施工工藝、設(shè)備設(shè)施故障以及現(xiàn)場安全管理上的漏洞以外，還與人不安全行為有很大關(guān)系，通過引入基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的臨邊洞口自動感應(yīng)報警系統(tǒng)，可即時對進入危險區(qū)域的人員發(fā)出預警，實現(xiàn)對進入危險區(qū)域的人員進行實時提醒，彌補管理的不足，安全管理人員通過手機APP收到預警信息后，第一時間對現(xiàn)場情況進行初步判斷，迅速對危險源進行定位，根據(jù)預警等級，必要時報告項目經(jīng)理，啟動應(yīng)急救援預案，調(diào)動現(xiàn)場應(yīng)急救援小組人員，根據(jù)職責分工快速開展救援工作，從而有效降低發(fā)生二次傷害的可能性，減少事故造成的損失。例如當手機收到某處洞口報警信息時，管理人員可以及時對感知層傳達的信息進行準確的判斷，對發(fā)出警報的位置進行定位，并根據(jù)警報等級判斷出危險等級，以便采取最有效的應(yīng)急措施，提高應(yīng)急工作效率。

五、結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的洞口臨邊洞口自動感應(yīng)報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了360度無死角感應(yīng)，聲、光、電一體報警，即時對進入危險區(qū)域的作業(yè)人員發(fā)出預警，告知其已處于危險區(qū)域，及時糾正不安全行為；同時該裝置針對建筑工地特點設(shè)計研發(fā)，模塊化設(shè)置，支持異形洞口防護，方便施工布設(shè)，工業(yè)級配件，綠色環(huán)保，可多次周轉(zhuǎn)使用。此外，該系統(tǒng)后續(xù)可增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過中繼段將預警信息發(fā)送到電腦終端，與BIM模型相結(jié)合，具備信息采集、人員活動軌跡跟蹤等實用功能，其采集到的安全數(shù)據(jù)可為大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)本質(zhì)安全，有效提升現(xiàn)場安全監(jiān)管水平，為全面建設(shè)智慧工地推廣打下了良好的基礎(chǔ)。