基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

李明勇陳 健毛 鵬胡 斌

(1.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司,江蘇 南京210024;2.南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇 南京210037;3.南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室,江蘇 南京210023)

0 引 言

小型基建是為生產(chǎn)經(jīng)營服務(wù)的生產(chǎn)建筑物、生活福利設(shè)施和設(shè)備設(shè)施,是不直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益的非經(jīng)營性基建項目。在小型基建建設(shè)中,項目施工的進度和安全監(jiān)控一直是施工管理的重點內(nèi)容。長期以來,管理者一直在尋找新的管理方式,以便能更加智能化地進行現(xiàn)場施工管理,降低管理者勞動強度,提高管理工作效率。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)和手段的日益更新,越來越多的建設(shè)工程施工管理新模式應(yīng)運而生,特別是近年來地理信息系統(tǒng)與視頻結(jié)合產(chǎn)生的視頻GIS出現(xiàn),因其獲取了具有空間定位信息的視頻數(shù)據(jù),并能在單幀影像解析基礎(chǔ)上進行空間量測和空間實體三維建模,為不同行業(yè)領(lǐng)域提供了最基礎(chǔ)的信息框架、統(tǒng)一的地理參考和集成的地理環(huán)境信息平臺和分析平臺。將視頻GIS引入小型基建項目中,在傳統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)中加入3D地理環(huán)境數(shù)據(jù),構(gòu)建視頻GIS監(jiān)控系統(tǒng),將虛擬地理環(huán)境等先進技術(shù)與監(jiān)控視頻有機融合,加強與小型基建施工現(xiàn)場環(huán)境的耦合分析,能有效提高視頻分析的廣度和深度,增強對現(xiàn)實場景的感知與監(jiān)控能力,進而可提高施工過程中建設(shè)工程項目管理的效率,改變施工監(jiān)控相對落后的局面。

本文將從建立視頻GIS小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng)的可行性、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能3個方面進行詳細闡述。

1 系統(tǒng)必要性和可行性

1.1 小型基建項目管理需求

目前小型基建項目在管理上存在一些不足,主要表現(xiàn)在以下幾個方面[1-3]。

1.1.1 管理模式不合理

我國建筑工程的管理模式仍然帶有很強的計劃經(jīng)濟色彩,以行政和硬性指令來代替科學(xué)的管理方法。比如工期制定方面,對總體規(guī)劃不夠重視,各種計劃不科學(xué)、主要靠積累的經(jīng)驗定工期;項目管控方面,在企業(yè)內(nèi)部對項目管控缺少完整控制體系,主要憑經(jīng)驗積累和主觀能動性,管控的主要手段是檢查工作,但檢查一般是等待任務(wù)結(jié)束以后才能進行,會造成既成事實;材料采購方面,目前建筑企業(yè)多采用大批量集中采購方式,缺乏靈活性,大宗材料一次購入量大,既占用資金又占用場地,零星材料又得頻繁采購,明顯增加成本。

1.1.2 信息化技術(shù)應(yīng)用不足

建筑工程是一種分工精細以及勞力密集的行業(yè),具有施工人員眾多、工序繁復(fù)、流動性大等特點。每一建筑工程都有數(shù)量龐大的圖紙、施工記錄等資料,快速進行歸檔、分類、查詢、檢索這些資料已成為急需解決的問題;共享設(shè)計信息資源,快速、準(zhǔn)確地協(xié)同設(shè)計與施工,使建筑工程建造工作流程自動化是當(dāng)務(wù)之急。因此,迫切需要采用先進科技、強化科學(xué)管理,加速信息化進程。

1.1.3 法律法規(guī)不健全

我國關(guān)于建筑工程的法律法規(guī)不完善,還不能做到工程管理科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,且大多數(shù)勘察設(shè)計、施工、監(jiān)理企業(yè)都未建立與工程總承包及項目管理單位相對應(yīng)的組織機構(gòu)和項目管理體系,也未建立系統(tǒng)的項目管理條例,缺乏全面的法律法規(guī)。

1.1.4 管理人力資源缺乏

建筑工程管理人力資源在建筑施工過程中占有主導(dǎo)地位,特別在一些大型國有企業(yè)中,小型基建項目多,而管理人員嚴重短缺,這將嚴重影響管理效率,甚至影響小型基建工程質(zhì)量。

1.1.5 工程管理安全意識薄弱

當(dāng)前小型基建工程建設(shè)中,由于部分施工人員安全意識薄弱,常常引發(fā)安全事故。而隨著人們生活水平不斷提高,安全意識開始增強,因此,需要有較好技術(shù)手段保障施工人員安全。

針對以上不足,筆者采取實地考察和問卷調(diào)查方式,對相關(guān)部門管理人員進行調(diào)查。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)有92.31%的被調(diào)查者希望建立小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng),其中69.23%的被調(diào)查者希望創(chuàng)建的智能監(jiān)控管理體系能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場全天候智能化監(jiān)控(分析、預(yù)警、反饋以及應(yīng)急控制),有67.69%的被調(diào)查者希望將視頻GIS與BIM技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)一體化信息管控體系(圖1—2)。

圖1 小型基建智能監(jiān)控的期望度

圖2 智能監(jiān)控管理的期望形式

由此可以明確知道小型基建項目管理人員迫切希望建立基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng),從而論證了建立該系統(tǒng)的必要性。

1.2 視頻GIS技術(shù)可行性

視頻GIS技術(shù)已發(fā)展近20多年,有很多國內(nèi)外單位研發(fā)出了視頻GIS系統(tǒng),如Video Mapper公司的VideoMapper系統(tǒng),IBI組織的RouteMapper系統(tǒng),日本巖根研究所的VideoGIS影像地理信息系統(tǒng),南京師范大學(xué)的可定位影視直播系統(tǒng)。視頻GIS技術(shù)目前在安保、交通等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用,它將動感的影像和地理信息相融合,從人類的常規(guī)視覺角度出發(fā),以主動便捷的數(shù)據(jù)獲取方式為人們了解客觀世界提供了新的途徑,同時,也極大豐富了GIS在數(shù)據(jù)獲取和視頻瀏覽、建模分析方面的能力,其主要特點如下[4-7]。

(1)真實性。視頻GIS記錄的是現(xiàn)實世界本身而不是某種語義抽象,給人以真實感。

(2)動態(tài)性。視頻GIS改變了傳統(tǒng)GIS對世界的靜態(tài)表達,為用戶提供了動態(tài)視頻。

(3)側(cè)面看世界。視頻GIS的數(shù)據(jù)是采用側(cè)面看世界方式采集地物信息的。

(4)數(shù)據(jù)易獲取、易更新。傳統(tǒng)三維建模方式比較復(fù)雜,尤其是三維GIS研究中的通用型三維空間數(shù)據(jù)模型一直未得到很好解決,而視頻數(shù)據(jù)獲取方便,且易更新。

(5)視頻可量測。視頻圖像中蘊含了地物豐富的空間信息,尤其是高度信息,視頻GIS可以在視頻圖像上實現(xiàn)對地物的量測功能。

(6)互動性。視頻GIS具有視頻和電子地圖之間的互動功能,電子地圖能實時反映播放中視頻畫面所處的地理位置,視頻亦能實時對應(yīng)于電子地圖上的任意位置。

(7)實時性。視頻GIS通過無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)實現(xiàn)視頻直播。

因此,利用視頻GIS可量測性、自動檢索和自動報警等特點,針對小型基建項目開發(fā)視頻分析系統(tǒng)軟件進行小型基建施工智能監(jiān)控、推行信息化管理、提高管理水平,在技術(shù)上是成熟可行的。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 設(shè)計思路

基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng)是利用視頻技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)場視頻影像實時傳送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心根據(jù)在地理信息系統(tǒng)軟件上開發(fā)的視頻圖像處理軟件,實現(xiàn)自動識別、可量測、自動預(yù)警等功能,對工程建設(shè)過程中的安全、進度、質(zhì)量等內(nèi)容進行實時監(jiān)控管理的技術(shù)。其最大特點是把電子地圖功能和視頻監(jiān)控功能相結(jié)合,解決這兩個功能獨立運行的缺陷(圖3)。

圖3 基于視頻GIS的小型基建監(jiān)控系統(tǒng)拓撲關(guān)系圖

基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng)具有以下特點:①電子地圖上顯示每個視頻監(jiān)控點的準(zhǔn)確位置和覆蓋域;② 點擊電子地圖上的監(jiān)控點,實現(xiàn)視頻圖像到相應(yīng)監(jiān)控圖像的實時切換;③ 雙擊實時視頻圖像電子地圖,立刻切換到目標(biāo)位置,并高亮顯示地圖上的監(jiān)控點;④ 通過點擊“顯示監(jiān)控點詳細信息”按鈕,顯示監(jiān)控點具體位置、周圍建筑和道路情況、監(jiān)控點ID、監(jiān)控點所屬監(jiān)控室、目前值班人員姓名電話等信息;⑤ 在視頻增強虛擬場景中融合顯示實時和歷史視頻;⑥ 視頻“防火墻”設(shè)置、監(jiān)控與預(yù)警;⑦ 多視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)與優(yōu)化;⑧ 多視頻傳感器協(xié)同監(jiān)控與預(yù)警;⑨ 支持電子地圖基本功能,視頻圖像顯示基本功能,用戶數(shù)據(jù)處理基本功能等常規(guī)功能,通過本系統(tǒng),監(jiān)控人員可以準(zhǔn)確、全面、迅速、實時地了解監(jiān)控攝像頭的位置、覆蓋范圍、發(fā)生的突發(fā)情況以及周邊環(huán)境的詳細地理布局等有用信息,并在三維環(huán)境中增強展示;⑩ 在接到警情以后,系統(tǒng)可利用電子地圖系統(tǒng)快速確定位置,得到周圍道路、建筑物等信息,并根據(jù)多傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)情況進行協(xié)同監(jiān)控,供指揮處理人員參考,與此同時還可以通過信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)檢索該位置的詳細資料,以便根據(jù)實際情況確定相應(yīng)措施,方案確定以后,指揮人員根據(jù)實際情況下達命令,處理突發(fā)事件。

2.2 總體設(shè)計

根據(jù)視頻GIS的功能特點和小型基建施工全過程的內(nèi)容,基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控管理平臺總體設(shè)計方案如下所示(圖4)。

圖4 基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控管理平臺總體方案

基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控管理平臺架構(gòu)如下所示(圖5)。

圖5 視頻GIS監(jiān)控管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)構(gòu)建視頻GIS技術(shù)支撐融合平臺,綜合基于視頻GIS的監(jiān)控視頻目標(biāo)識別、跟蹤和預(yù)警方法、多視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同監(jiān)控方法和施工現(xiàn)場虛擬3D場景與監(jiān)控視頻融合表達方法,對小型基建進行分模塊智能監(jiān)控,實現(xiàn)小型基建項目實施過程中最優(yōu)的目標(biāo)管理和非目標(biāo)管理。

3 系統(tǒng)功能

小型基建項目建設(shè)過程中主要有進度管理、安全管理、質(zhì)量管理等內(nèi)容,因此小型基建智能監(jiān)控管理平臺設(shè)計的功能模塊如下所示(圖6)。

圖6 基于視頻GIS的小型基建智能監(jiān)控系統(tǒng)功能示意圖

系統(tǒng)功能具體說明如下。

(1)基礎(chǔ)功能模塊

主要有視頻播放、視頻幾何量測、電子地圖瀏覽、實時數(shù)據(jù)保存、用戶抓拍上傳、數(shù)據(jù)分類與檢索、視頻增強場景、視頻巡邏(圖7)等常規(guī)視頻GIS功能。

圖7 基于視頻覆蓋域制定巡邏方案

(2)專業(yè)模塊

專業(yè)模塊主要有安全管理、質(zhì)量管理、進度管理、環(huán)境管理、施工信息管理等。例如安全管理模塊中,當(dāng)不在施工名單的人員或車輛進入施工區(qū)域時,相關(guān)人員會收到侵入警報,并提示警報原因以及被入侵場地,同時自動保存相關(guān)視頻信息作為證據(jù)。進度管理模塊中會將建筑物的設(shè)計三維模型與視頻三維模型疊加,自動控制施工進度(圖8)。

圖8 施工現(xiàn)場安全管理示意圖

4 結(jié) 語

(1)小型基建是電力部門后勤管理的重要內(nèi)容之一,但由于管理部門人員不足,急需采用先進管理辦法提高管理效率。

(2)將當(dāng)今比較流行的視頻GIS技術(shù)應(yīng)用到小型基建管理中,論證開展此項應(yīng)用的必要性和可行性,構(gòu)建此應(yīng)用模式的基本框架,分析系統(tǒng)可以實現(xiàn)的主要功能。該智能監(jiān)控系統(tǒng)的實施將大大提高管理效率,節(jié)約人力成本,同時促進小型基建行業(yè)提升管理現(xiàn)代化、信息化的程度。

[1]寧建武,付曉春,羅麗玲,等.電力系統(tǒng)小型基建的項目管理[J].經(jīng)貿(mào)實踐,2017(16):235.

[2]任永鋒.分析電力系統(tǒng)小型基建的項目管理現(xiàn)狀及優(yōu)化措施[J].科學(xué)與財富,2017(19):44

[3]鄧建.電力企業(yè)小型基建工程管理存在問題與對策[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報,2017(25):55

[4]劉學(xué)軍,胡加佩,王美珍,等.視頻GIS數(shù)據(jù)采集與處理[J].現(xiàn)代測繪,2017(1):1-5,10.

[5]牛娟,閆睿.基于GIS技術(shù)的森林防火視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].數(shù)字化用戶,2017(11):7-8.

[6]董林,劉玉霞.基于GIS的視頻監(jiān)控集成管理系統(tǒng)的研究[J].信息與電腦:理論版,2014(11):144-145.

[7]寧云智.油田視頻GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].油氣田地面工程,2013(7):48-49.