GPS定位技術(shù)在市政工程安全管控工作中的應(yīng)用

史文彬 王春森

（中交一公局第三工程有限公司 山西省太原市 030000）

市政工程在建設(shè)中存在顯著的特點(diǎn)，往往其施工的環(huán)境條件比較復(fù)雜，存在的安全隱患也比較多，對施工技術(shù)和施工管理工作提出更加嚴(yán)格的要求，因此這就需要加強(qiáng)市政工程的安全管控。GPS定位技術(shù)為市政工程安全管控工作提供了技術(shù)支持，作為一項(xiàng)先進(jìn)的現(xiàn)代化技術(shù)，對市政工程安全管控工作的開展發(fā)揮重要價值，而GPS 定位技術(shù)如何在市政工程安全管控工作中得到應(yīng)用，就是文章主要研究的內(nèi)容。

1 GPS定位技術(shù)概述

對于GPS 定位技術(shù)來說，它的原理主要是把GPS 的接收機(jī)所接收的信號通過誤差的處理和解算，獲取位置相關(guān)的信息，再把位置信息向所連接設(shè)備傳輸，而連接的設(shè)備對所接收信息實(shí)施一定計算與變換處理，如坐標(biāo)系統(tǒng)和地圖投影的變換等，最后想移動終端傳遞，它能夠?qū)τ脩魧?shí)現(xiàn)隨時隨地位置信息的服務(wù)準(zhǔn)確提供[1]。此技術(shù)實(shí)際上是使用已經(jīng)知道位置的四顆衛(wèi)星對GPS 的接收器位置確定，其定位的數(shù)學(xué)模型如圖1。

2 市政工程安全管控工作的必要性

在市政工程的建設(shè)中，往往涉及到復(fù)雜的施工環(huán)節(jié)，且在工程建設(shè)中往往還會受到環(huán)境性、限制性的條件影響，導(dǎo)致其工程建設(shè)中存在大量安全隱患，對市政工程質(zhì)量、功能保障和人員安全造成了不利影響。在市政工程的建設(shè)中，勢必會對周邊的環(huán)境造成顯著影響，如工程開挖期間，會對地下水位的土層應(yīng)力場具有顯著影響，使基坑出現(xiàn)一定程度形變情況，且受到外力的作用會改變地基周邊的土基土體和力的平衡性，為了避免此類情況導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，需要加強(qiáng)安全管控工作的開展。同時，市政工程建設(shè)還會對周邊市政設(shè)施、建筑物和地下的管線等造成影響，嚴(yán)重的話會引發(fā)一系列的安全事故，加強(qiáng)安全管控工作的落實(shí)，就能夠有效實(shí)現(xiàn)對此類事故的規(guī)避，確保工程能夠有序和安全進(jìn)行[2]。另外，市政工程施工期間因?yàn)槭艿绞┕きh(huán)境條件的影響，存在更大的安全隱患，為了確保其施工有序和安全進(jìn)行，在安全管控工作中，需要進(jìn)行很多臨時性和永久性支護(hù)設(shè)施的安裝，且還要對基坑實(shí)施全面監(jiān)測，根據(jù)可能出現(xiàn)的安全隱患進(jìn)行應(yīng)急防護(hù)措施的制定，從而確保深基坑在施工中具有良好安全性。

3 GPS定位技術(shù)在市政工程安全管控工作中的應(yīng)用

3.1 借助GPS技術(shù)對吊車的防觸電實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控

圖1：GPS 定位數(shù)學(xué)模型圖

圖2：人員定位系統(tǒng)的架構(gòu)圖

借助GPS 技術(shù)對吊車的防觸電安全監(jiān)控中，主要是以GPS 技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)的建立實(shí)現(xiàn)的。用戶借助運(yùn)管系統(tǒng)以電子地圖為基礎(chǔ)對整個系統(tǒng)內(nèi)所監(jiān)控的移動設(shè)備具體位置的分布情況了解，使用數(shù)據(jù)庫對全部監(jiān)控的設(shè)備屬性信息掌握，如周邊的環(huán)境、地理的位置和設(shè)備的狀態(tài)等[3]。在吊車吊臂出現(xiàn)接近或者觸電的情況時，則監(jiān)控的平臺就會及時把設(shè)備報警的信息向運(yùn)管系統(tǒng)傳輸，讓運(yùn)管系統(tǒng)按照預(yù)先所設(shè)判別的策略對情況實(shí)施判別，在判定出現(xiàn)某種突發(fā)的事故后，此系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)報警的方式進(jìn)行報警，提醒吊車進(jìn)行處理。此系統(tǒng)內(nèi)包括三個子系統(tǒng)，主要有防觸電的終端系統(tǒng)、監(jiān)控平臺和運(yùn)管系統(tǒng)。

在防觸電的終端系統(tǒng)中，主要組成有防觸電硬件設(shè)備、嵌人式的軟件，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)有GPS 的模塊、內(nèi)置式單片機(jī)、專用的傳感器、外圍電路和GPRS 的通訊模塊等。防觸電的監(jiān)控裝置在所要監(jiān)控的相應(yīng)吊車上安裝，對其設(shè)備實(shí)現(xiàn)定位，對其防觸電實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，并與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)信息的通訊。在日常運(yùn)行中，能夠借助監(jiān)控平臺和防觸電的裝置進(jìn)行通訊和定期巡檢，若出現(xiàn)接近或者觸電等事件時，此防觸電的裝置就能夠及時發(fā)出報警，其設(shè)備會及時操作且借助GPRS 對監(jiān)控平臺進(jìn)行報警信號的發(fā)出。對防觸電的裝置設(shè)計中，能夠?qū)咏|電實(shí)現(xiàn)防止，在觸電時，吊車可以自動控制實(shí)現(xiàn)危險區(qū)城的脫離[4]。

在監(jiān)控平臺中，主要對防觸電的裝置間實(shí)現(xiàn)有效通訊，并定期對此類裝置的狀態(tài)實(shí)施巡檢，對防觸電的裝置所發(fā)報警信息以及定位信息接收，對報警的裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。此監(jiān)控平臺主要包括計算機(jī)設(shè)備、和GPRS 連接的設(shè)備、相關(guān)的軟件等組成，其中計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控管理的軟件安裝，對GPRS 的連接設(shè)備按照用戶的系統(tǒng)規(guī)模以及投資進(jìn)行合理選擇。

在監(jiān)控運(yùn)管系統(tǒng)中，它是整個監(jiān)控系統(tǒng)最上層的部分，它主要構(gòu)成有運(yùn)行管理的計算機(jī)、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備等，主要的功能是按照用戶對所監(jiān)控的設(shè)備要求，為其提供以GIS 的系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的軟件管理平臺。運(yùn)管系統(tǒng)主要與平臺的監(jiān)控系統(tǒng)通訊，對監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)被監(jiān)控的對象位置、狀態(tài)和其他信息進(jìn)行獲取[5]。

3.2 借助GPS技術(shù)對工程人員實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控

借助GPS 技術(shù)對工程人員進(jìn)行安全監(jiān)控中，主要是針對施工人員建立人員定位的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。在此定位系統(tǒng)的建立中，主要構(gòu)成有定位基站和信息傳輸?shù)脑O(shè)備等，其中定位的基站間進(jìn)行同步信息的發(fā)送實(shí)現(xiàn)各個基站具有同步的時間，各定位的基站對定位標(biāo)簽中UWB 的信號發(fā)射設(shè)備所發(fā)出UWB 的信號進(jìn)行收集，以TDOA的方式把所接收的時間戳進(jìn)行打包，借助信息傳輸?shù)脑O(shè)備將其向信息處理的系統(tǒng)發(fā)送。在定位基站中，主要有前端設(shè)備、傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)等，其中前端設(shè)備對定位的標(biāo)簽ID 進(jìn)行感知，且對自身實(shí)現(xiàn)實(shí)時性的定位；而傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)把所感知數(shù)據(jù)的ID 信息和位置向主干網(wǎng)傳輸。此定位系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2，基于此系統(tǒng)的定位功能所開發(fā)出電子圍欄和設(shè)備的統(tǒng)計等相關(guān)功能，對施工現(xiàn)場的人員和設(shè)備管理也具有顯著價值[6]。

在此系統(tǒng)中，具備諸多的功能實(shí)現(xiàn)對工程人員的安全管控，主要包括人員信息的錄入、施工進(jìn)出人員的管理、人員區(qū)域的定位、人員位置與活動軌跡的查詢、預(yù)警與報警通知的處理等功能。

在人員信息的錄入方面，往往市政工程的施工現(xiàn)場存在大量的人員，且他們的工種類型也較為復(fù)雜，在對人員實(shí)施管理中，要對全部人員做好信息的統(tǒng)計，向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)進(jìn)行人員信息的添加，如工種、進(jìn)場的時間和身份證號等。

在施工進(jìn)出人員的管理方面，在市政工程施工期間，施工現(xiàn)場往往是較為危險或者特殊性的區(qū)域，要做好對進(jìn)出施工現(xiàn)場人數(shù)的實(shí)時監(jiān)測，通過對現(xiàn)場進(jìn)出的人數(shù)統(tǒng)計實(shí)現(xiàn)對人員的有效管理。可以在現(xiàn)場進(jìn)出口進(jìn)行RFID 的觸發(fā)器與讀卡器分別安裝，在人們攜帶著標(biāo)簽進(jìn)入到施工現(xiàn)場時，則觸發(fā)器對卡片標(biāo)簽觸發(fā)，通過標(biāo)簽就能夠把人員信息以讀卡器向云端的服務(wù)器傳輸，管理人員處于WEB 端就能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)出人員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計與查看。

在人員區(qū)域的定位方面，對施工現(xiàn)場各區(qū)域的出入口或者區(qū)域的固定位置進(jìn)行觸發(fā)器、讀卡器的安裝，因?yàn)槭┕と藛T對雙頻卡的標(biāo)簽隨身攜帶，若施工人員在讀卡器、觸發(fā)器所覆蓋區(qū)域出現(xiàn)時，他的個人信息就會向軟件平臺實(shí)時傳送；管理人員借助軟件平臺就能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的人員資料實(shí)時掌握，且還能夠?qū)δ硞€工人或者某類工人實(shí)時的位置以及狀態(tài)信息查找[7]。

在人員位置以及活動軌跡的查詢方面，相關(guān)管理人員能夠借助軟件平臺按照需求對任何工種和任何人員活動的歷史軌跡、某個位置活動的時間、進(jìn)入過哪些區(qū)域等迅速查找，且軟件平臺能夠以表格的形式或者圖像軌跡的形式對所查詢的人員活動詳細(xì)信息呈現(xiàn)；然后管理人員就能夠借助活動軌跡對施工人員工作的狀態(tài)和活動的狀態(tài)等判斷與掌握，對人員安全管理提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時，借助人員定位的功能，能夠間接發(fā)現(xiàn)是否有人存在事故的發(fā)生，如在某個位置某人存在長時間的不移動或者不動作，就能夠及時對其狀況掌握，且能夠借助人員管理的系統(tǒng)對發(fā)生危險的人員實(shí)現(xiàn)快速查找，還能夠知道此危險區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量，對他們及時疏散，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場人員的安全管控[8]。

在預(yù)警與報警通知的處理方面，人員的定位管理系統(tǒng)能夠針對特殊工種和特殊的施工區(qū)域等可能存在的危險情況，設(shè)置報警的條件或者報警的觸發(fā)條件，實(shí)現(xiàn)對危險情況的報警通知，便于對應(yīng)急事件實(shí)現(xiàn)及時處理。如當(dāng)施工現(xiàn)場存在危險情況、違規(guī)操作等，系統(tǒng)能夠?qū)崟r進(jìn)行報警，向相關(guān)人員及時通知，避免安全事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，GPS 定位技術(shù)具有著顯著的技術(shù)特點(diǎn)，其對市政工程安全管控工作提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，為了實(shí)現(xiàn)市政工程安全管控工作的有效開展，需要相關(guān)單位根據(jù)工程需求做好對GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用拓展和積極創(chuàng)新，這對市政工程的安全建設(shè)和城市發(fā)展具有重要的意義。