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(duì)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(duì)市政工程安全管控工作的開(kāi)展發(fā)揮重要價(jià)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(duì)于GPS 定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，它的原理主要是把GPS 的接收機(jī)所接收的信號(hào)通過(guò)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(duì)所接收信息實(shí)施一定計(jì)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(dòng)終端傳遞，它能夠?qū)τ脩?hù)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)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(duì)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(huì)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(duì)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(shì)必會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成顯著影響，如工程開(kāi)挖期間，會(huì)對(duì)地下水位的土層應(yīng)力場(chǎng)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(huì)改變地基周邊的土基土體和力的平衡性，為了避免此類(lèi)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(kāi)展。同時(shí)，市政工程建設(shè)還會(huì)對(duì)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(huì)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(duì)此類(lèi)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(shí)性和永久性支護(hù)設(shè)施的安裝，且還要對(duì)基坑實(shí)施全面監(jiān)測(cè)，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(duì)吊車(chē)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(duì)吊車(chē)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(hù)借助運(yùn)管系統(tǒng)以電子地圖為基礎(chǔ)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所監(jiān)控的移動(dòng)設(shè)備具體位置的分布情況了解，使用數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)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(chē)吊臂出現(xiàn)接近或者觸電的情況時(shí)，則監(jiān)控的平臺(tái)就會(huì)及時(shí)把設(shè)備報(bào)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(duì)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(bào)警的方式進(jìn)行報(bào)警，提醒吊車(chē)進(jìn)行處理。此系統(tǒng)內(nèi)包括三個(gè)子系統(tǒng)，主要有防觸電的終端系統(tǒng)、監(jiān)控平臺(tái)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(zhuān)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(chē)上安裝，對(duì)其設(shè)備實(shí)現(xiàn)定位，對(duì)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(tái)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(shí)，此防觸電的裝置就能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警，其設(shè)備會(huì)及時(shí)操作且借助GPRS 對(duì)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行報(bào)警信號(hào)的發(fā)出。對(duì)防觸電的裝置設(shè)計(jì)中，能夠?qū)咏|電實(shí)現(xiàn)防止，在觸電時(shí)，吊車(chē)可以自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)城的脫離[4]。

在監(jiān)控平臺(tái)中，主要對(duì)防觸電的裝置間實(shí)現(xiàn)有效通訊，并定期對(duì)此類(lèi)裝置的狀態(tài)實(shí)施巡檢，對(duì)防觸電的裝置所發(fā)報(bào)警信息以及定位信息接收，對(duì)報(bào)警的裝置實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。此監(jiān)控平臺(tái)主要包括計(jì)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(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控管理的軟件安裝，對(duì)GPRS 的連接設(shè)備按照用戶(hù)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(gè)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(jì)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(hù)對(duì)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(kù)為基礎(chǔ)的軟件管理平臺(tái)。運(yùn)管系統(tǒng)主要與平臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)通訊，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)被監(jiān)控的對(duì)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(duì)工程人員實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控

借助GPS 技術(shù)對(duì)工程人員進(jìn)行安全監(jiān)控中，主要是針對(duì)施工人員建立人員定位的系統(tǒng)來(lái)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(gè)基站具有同步的時(shí)間，各定位的基站對(duì)定位標(biāo)簽中UWB 的信號(hào)發(fā)射設(shè)備所發(fā)出UWB 的信號(hào)進(jìn)行收集，以TDOA的方式把所接收的時(shí)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(duì)定位的標(biāo)簽ID 進(jìn)行感知，且對(duì)自身實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)出電子圍欄和設(shè)備的統(tǒng)計(jì)等相關(guān)功能，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的人員和設(shè)備管理也具有顯著價(jià)值[6]。

在此系統(tǒng)中，具備諸多的功能實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)軌跡的查詢(xún)、預(yù)警與報(bào)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(chǎng)存在大量的人員，且他們的工種類(lèi)型也較為復(fù)雜，在對(duì)人員實(shí)施管理中，要對(duì)全部人員做好信息的統(tǒng)計(jì)，向系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行人員信息的添加，如工種、進(jìn)場(chǎng)的時(shí)間和身份證號(hào)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(chǎng)往往是較為危險(xiǎn)或者特殊性的區(qū)域，要做好對(duì)進(jìn)出施工現(xiàn)場(chǎng)人數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)出的人數(shù)統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的有效管理。可以在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)時(shí)，則觸發(fā)器對(duì)卡片標(biāo)簽觸發(fā)，通過(guò)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(chǎng)進(jìn)出人員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)與查看。

在人員區(qū)域的定位方面，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(duì)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(shí)，他的個(gè)人信息就會(huì)向軟件平臺(tái)實(shí)時(shí)傳送；管理人員借助軟件平臺(tái)就能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的人員資料實(shí)時(shí)掌握，且還能夠?qū)δ硞€(gè)工人或者某類(lèi)工人實(shí)時(shí)的位置以及狀態(tài)信息查找[7]。

在人員位置以及活動(dòng)軌跡的查詢(xún)方面，相關(guān)管理人員能夠借助軟件平臺(tái)按照需求對(duì)任何工種和任何人員活動(dòng)的歷史軌跡、某個(gè)位置活動(dòng)的時(shí)間、進(jìn)入過(guò)哪些區(qū)域等迅速查找，且軟件平臺(tái)能夠以表格的形式或者圖像軌跡的形式對(duì)所查詢(xún)的人員活動(dòng)詳細(xì)信息呈現(xiàn)；然后管理人員就能夠借助活動(dòng)軌跡對(duì)施工人員工作的狀態(tài)和活動(dòng)的狀態(tài)等判斷與掌握，對(duì)人員安全管理提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。同時(shí)，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(gè)位置某人存在長(zhǎng)時(shí)間的不移動(dòng)或者不動(dòng)作，就能夠及時(shí)對(duì)其狀況掌握，且能夠借助人員管理的系統(tǒng)對(duì)發(fā)生危險(xiǎn)的人員實(shí)現(xiàn)快速查找，還能夠知道此危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量，對(duì)他們及時(shí)疏散，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員的安全管控[8]。

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

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，GPS 定位技術(shù)具有著顯著的技術(shù)特點(diǎn)，其對(duì)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(kāi)展，需要相關(guān)單位根據(jù)工程需求做好對(duì)GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用拓展和積極創(chuàng)新，這對(duì)市政工程的安全建設(shè)和城市發(fā)展具有重要的意義。