智能工地可視化在管道施工管理上的應用探討

張孟凱 程方超

中核工程咨詢有限公司 北京 100071

1 智能視覺發展的必要性

對長距離油氣管線施工現場面積大跨度的特點和工程數量、低效率的信息數據傳輸，困難的材料分配和管理，使管道建設和管理風險大的施工安全控制成為最重要的。加強施工過程中的監督檢查，增強參與方的安全意識，完善施工制度，是提高施工安全效率，正常推進施工進度，保障人身安全的必要措施。在油氣管道施工中，施工場地面積大，操作要點多。雖然多通道視頻同時錄制，但施工過程和施工質量可以通過視頻錄制進行追溯和驗證，但沒有智能可視化，導致大量的人工實時判斷工作。隨著人工智能和物聯網技術的發展，視頻監控可以從多維的角度進行。提供技術支持，業務經理在數據分析中，遠程合作，安全預警，等現場工作的管理和控制整個過程實現施工過程可以追溯到，施工質量可以驗證，可以將項目風險預警管理目標、制度建設過程管理的實現[1]。

2 應用可視化智能網站

2.1 人的多維特性和行為識別系統

實驗表明，人類視覺監測有效時間只有20分鐘很難監控人類大規模的監控錄像，所以它變成了一個熱門研究課題，分析由計算機智能視頻中對象的行為。近年來，基于深度學習的人體骨骼關鍵點檢測取得了重大突破。通過人體骨骼關鍵點對人體姿態的描述和對人體行為的預測，可以對施工現場的許多安全問題進行預警。人體骨骼關鍵點的檢測主要是對人體的一些關鍵點進行檢測，如關節、面部特征等。通過關鍵點對人體骨骼信息的描述，可以預測人體的行為狀態。基于身體識別的應用分為幾個大類：

（1）視頻結構化分析。主要對與人相關的信息進行結構化視頻處理、提取和結構化存儲，用于后視、檢索和挖掘分析。

（2）人的統計識別分析。主要實現了數量統計、人口密度、人類活動等統計分析。

（3）人類異常行為分析。主要實現了入侵檢測、異常運行、非法跟蹤、在職等異常行為分析。

（4）人體姿態標準化分析。主要對一些指定行為規范或著裝要求進行檢測，不符合行為規范的提取和報警。目前，油氣管道施工中的行為識別主要是統計識別分析、異常行為分析和姿態標準化分析。具體識別：識別工人人數，是否戴帽，根據帽來識別工作類型，入侵檢測，異常運行，非法尾隨等[2]。

2.2 分析智能工地可視化行為結構

由于智能施工現場可視化開發時間較短，受需求和現狀的制約，目前大部分現場可視化系統應用比較零散和孤立。例如，基于人工智能的行為分析系統不與人員訪問控制系統交互，這意味著行為系統檢測到沒有正面面孔的人，沒有特殊的統一身份識別將無法識別個人。同樣，在目前的行為識別系統中，攝像頭之間也沒有直接的通信和連接，由于施工現場的障礙物以及監控攝像頭的攝像頭位置的變化，使得對人的跟蹤無法連續計算。這些困難導致了施工現場人員行為分析的片面性，甚至導致誤判，降低了行為分析的有效應用和推廣。構建較為理想的智能施工現場可視化平臺有以下幾個條件：

（1）具備三維、二維數字施工現場圖紙的基本支持，目前基本可以實現。

（2）可在一些重點或試點項目中實現的關鍵位置或過程的全站范圍的氣候傳感器、環境傳感器的實時支持。

（3）所有場址關鍵要素的實時地理位置數據采集，由于缺乏對其重要性的認識，這種情況目前可能沒有得到充分的發展。

（4）關鍵位置和關鍵過程的視頻實時采集，這一條件在許多試點項目和重點施工現場得到了推廣。3d繪圖和2D繪圖允許可視化平臺的顯示具有數字雙胞胎的基本支持。場地的建設過程變得三維和確定性，通過2D圖紙和3D圖紙的虛擬呈現，易于可視化和注釋。通過放置在現場的智能環境傳感器實時收集來自視頻的實時地理信息系統數據。

2.3 智能工地可視化建設場景應用

建筑工地固定攝像機在不同地點（室外和室內），通過人工智能拼接或鷹眼改變正確的角度實時現場所有工人和機器的位置反映在視覺實時監控平臺，網站可以一眼就看到。除了固定攝像機記錄外，還可以實時跟蹤人員運動軌跡的Gis數據，實現動態跟蹤和記錄。通過保安經理的帽子上的攝像頭，從保安經理進入現場的大門，到處都形成了動態的跟蹤和記錄。現場人員的實時地理位置分析為判斷人員的操作是否合規提供了充分的條件。借助視頻，可以實時反映施工現場的現場情況，并進行實時預警和分析。如不明身份的人闖入、未經授權進入禁區、非法作業等，都可以對其進行記錄、監控、追蹤。例如，管道焊接過程監控是管道施工的核心質量控制點。視覺行為分析系統可以識別每個人的具體身份和工作場景。例如，質量主管是否存在，員工的位置，確認身份和資格的焊接工人，天氣條件的焊接工人操作時，工作位置，焊機是否按照工序操作，焊接機是否符合要求，電流和電壓條件下，是否速度是正常的，通過傳感器實時記錄和分析焊縫的物理狀態，有效地指導和預警管道焊接質量。

3 智能施工現場可視化的發展

第一階段是現場放置攝像頭，在施工辦公室設置安全監控室，并指派專人進行視頻監控和安全管理。第二階段是人工智能的發展，將一些簡單的人臉識別技術、行為識別技術和自動報警技術應用于智能站點可視化。隨著網絡技術的發展，我們也可以采用多種監控手段，視頻接入監控單元進行遠程監控。在第三階段，將使用無線甚至衛星網絡來監測整個場址。人工智能技術將現場的人類行為、機器操作的各種數據、環境參數等實時傳輸到上級中心或總部。各部門都可以實時關注甚至介入管理，實現真正的“運籌千里之遙”[3]。

4 結語

智能施工現場的實施難以說明質量控制的必要性。相信在不久的將來，衛星通信、5G技術和更加成熟的施工現場智能設備將為施工現場智能化可視化提供技術支持，成為石油工程施工過程中合規、安全、質量、效率的管理措施之一。