基于物聯網的智慧施工視頻聯動管理系統

陳峰軍

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

1 視頻聯動管理系統整體設計

1.1 視頻聯動管理的原理

基于物聯網的智慧施工視頻聯動管理系統主要通過將物聯網技術、無線技術、攝像頭視頻技術、軟件技術等充分結合和利用，建設一個基于物聯網的視頻管控平臺，主要由視頻攝像頭管理系統和視頻聯動系統組成[1-2]。

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

2）視頻聯動系統主要是將攝像頭和其他設備或傳感器聯網應用（圖1），當重點設備或機械開始動作時，通過傳感器信號和無線網絡通知管理平臺，平臺遠程對攝像頭進行啟停及轉動控制，實時跟蹤拍攝設備工作情況，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個系統通過視頻管理平臺融合在一起，真正實現了視頻的聯動和管理，實現智慧工地管理。

圖1 智慧施工視頻聯動管理系統架構

1.2 系統后臺管理

視頻前端設備管理系統主要是利用軟件技術開發，對現場安裝的攝像頭進行全面智能管理，在現有的視頻攝像頭軟件管理的基礎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 視頻管理系統架構

1）項目及分區管理：采用內嵌GIS地圖方式，根據項目信息，在地圖的相應位置添加一個項目，可方便錄入及查詢項目的基本信息；為便于設備狀態查詢以及視頻查看，根據項目分區情況及視頻分布狀況，可將項目視頻分布分成任意區塊，上傳分區塊圖紙；每個區塊內可根據布點位置添加攝像頭，且攝像頭掃描區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）前端設備遠程控制：可通過遠程網絡維護視頻終端設備，可遠程添加設備、了解監測設備運行狀態、對前端攝像頭進行移動控制和焦距控制、修改設備各項參數。

3）視頻儲存及回放：平臺通過配設專門的磁盤陣列服務器，確保能夠完整記錄儲存項目的施工工況、監測數據以及相關現場照片、視頻等內容；平臺設置了數據管理模塊，通過遠程監控平臺登錄，可遠程查看及下載項目以往詳細的記錄數據；可按照指定設備、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 系統數據查閱

通過遠程監控平臺上GIS地圖功能，通過地圖的查詢、模糊搜索等功能實現工程項目的快捷查詢，方便管理人員能夠同時進行多工程、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、前端設備，并可針對前端設備進行焦距、焦點、光距的調整，方便管理人員簡單操作。

1.4 視頻動態預警功能

服務器端定時自動向前端設備發送監測設備運行狀態的命令，系統能夠對各設備的工作狀況進行實時巡檢、掌握及上報，且可接收設備報警源發送的報警信息，報警發生時可通過系統預設的方式自動彈出報警設備視頻或聲音警示。

2 視頻聯動控制管理系統設計

通過利用遠程智能視頻監控系統，結合傳感器技術、無線傳輸技術以及遠程視頻管理平臺對施工現場重型設備的運行進行動態運作監測，對其行動進行視頻聯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 重型設備動態運作的狀態識別

通過在重型設備上安裝傳感器，實時監測可移動危險源移動的狀態，包括移動速度、移動方向、移動時間等事件，通過數據的變化進行重型設備狀態運作的狀態識別。

2.2 數據采集與管理

重型設備上安裝的傳感器數據通過遠程無線傳輸模式或近距離無線傳輸模式采集到遠程視頻管理平臺，并利用平臺進行各類運行數據的實時管理。

2.3 視頻動態跟蹤

視頻攝像頭將根據視頻管理平臺反饋的重型設備的運行狀態，自動響應開啟或是停止攝像頭的工作模式，同時智能攝像頭將根據設備的移動位置和方向實時跟蹤拍攝和錄像，實現聯動監控功能。

2.4 基于動態視頻的重型設備安全管理

遠程管理平臺將根據現場實時傳感器信息判斷設備的狀態，并進行相應事件的觸發和管理，例如實時控制攝像頭的啟停和轉動、將設備運行事件進行專項事件管理和報警通知，并對事件所有參數和錄像進行專項管理，便于快速進行事件查詢，以及通過報警模塊功能通知相關責任人設備信息以及發生的動作，預防安全事故發生。

2.5 設計案例

以某施工現場大型塔吊的視頻動態觀測為例：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，當塔吊開始移動時，角速度傳感器實時進行感應，并將塔吊旋轉變化角度值通過ZIGBEE無線數據傳輸模塊傳輸到遠程管理平臺數據庫系統，管理平臺根據其移動方向和速度，通過網絡控制技術，控制現場監控塔吊的遠程智能視頻攝像頭開啟攝像和記錄模式，并實時根據塔吊的移動、轉動位置進行跟蹤拍攝，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和視頻進行記錄保存，并作出相應的報警或是預警提示，將整個事件的各個過程都精確地進行記錄。

圖3 塔吊視頻監控聯動系統

3 基于物聯網的視頻聯動和管理系統軟件平臺實現

基于物聯網的智慧施工視頻聯動管理系統，集合視頻管理系統、自主開發的遠程監控系統，建立2個系統數據的互動和關聯。

平臺主要由4層結構組成，分別為系統基礎平臺、系統軟件平臺、應用基礎平臺、應用層。平臺采用基于WEB的網絡架構，基礎軟硬件包括服務器系統、存儲系統、操作系統、數據庫、WEB中間件等。應用層主要實現安全權限管理、數據采集管理、視頻服務、攝像頭視頻各類應用管理等。各類應用部署于云端服務器，手機終端、WEB終端等設備通過公網進行訪問和控制（圖4）。

圖4 視頻監控系統結構

當遠程監控平臺中的安全信息數據發生異常時，該監測項目所關聯的攝像前端，自動關聯到現場的異常部位，并實現自動抓圖、報警等功能。這樣通過監測數據、視頻畫面等多元內容共同進行工程安全信息的發布，讓管理人員更加方便、簡單地了解重型設備動態以及工程安全狀況，及時采取針對性措施。

4 結語

該套系統和技術在研發成熟后，其對施工現場管理和安全帶來重大的改變，主要表現在：

1）技術人員可以異地遠程通過網絡，即時對施工現場進行全方位監控，及時發現施工隱患和不安全行為。

2）實現了重型設備危險源的監控，設備運作或發生異常后監控前端設備自動跟蹤拍攝，可便于技術人員方便、準確地查找和查閱危險源信息。

3）對現場設備的運行情況進行精準攝像和記錄，大大節約了錄像機的硬盤空間，提高了工程師的查找效率。

4）系統具有可擴展性，完全可以根據現場的需求進行定制化擴展和功能增加，實現人性化管理模式。