融合視頻人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析的新型單軌建設(shè)管理技術(shù)研究

鄭春霞 范小九 張瑞芳 韓立陽(yáng) 田 沃

(1.中鐵旸谷(北京)智慧科技產(chǎn)業(yè)有限公司,北京 100055;2.中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

目前,國(guó)內(nèi)開通單軌的城市有重慶、銀川,在建城市有柳州、蕪湖,規(guī)劃建設(shè)城市有沈陽(yáng)、吉林、安陽(yáng)、貴陽(yáng)等。單軌屬于中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng),相較于地鐵、輕軌等城市軌道交通項(xiàng)目,單軌造價(jià)較低(單價(jià)約為地鐵的1/3)。另外,單軌軌道一般采用高架結(jié)構(gòu),立柱和軌道梁采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)吊裝的施工方法,現(xiàn)場(chǎng)占道施工時(shí)間可控制在6～8 個(gè)月[1],建設(shè)周期較短。因此,單軌在國(guó)內(nèi)中型城市具有廣闊的應(yīng)用前景。

國(guó)內(nèi)學(xué)者已在城市在軌道交通工程建設(shè)管理方面開展探索,張睿等在研究重慶軌道交通施工安全事件的基礎(chǔ)上,提出隧道坍塌、高空墜物等典型安全風(fēng)險(xiǎn)的防范措施,并提出建立完善安全管理體系[2-3];李冰等以北京城市軌道交通為例,提出控制建設(shè)成本應(yīng)從建立健全獎(jiǎng)懲機(jī)制、重視前期研究、加強(qiáng)過程控制等方面加以改進(jìn)[4];梅榮娟等在研究城市軌道交通建設(shè)質(zhì)量影響因素后,認(rèn)為應(yīng)借助信息管理手段加強(qiáng)質(zhì)量管理[5];楊東勝等通過研究云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段,提出智慧軌道交通云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化管理方法[6];張川等基于上海地鐵工程建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)信息化管理是控制風(fēng)險(xiǎn)、保證質(zhì)量的重要措施[7]。

綜上所述,利用信息化、系統(tǒng)化的管理工具,可提高建設(shè)管理過程中的安全質(zhì)量管理水平,控制項(xiàng)目成本。目前,人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)開始在軌道交通行業(yè)中應(yīng)用,并且在安全管控水平、提高質(zhì)量和節(jié)約成本等方面產(chǎn)生了應(yīng)用價(jià)值,以下對(duì)其進(jìn)行深入分析,并提出新型單軌建設(shè)管理平臺(tái)的建設(shè)模型和架構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 構(gòu)建單軌建設(shè)管理平臺(tái)

在傳統(tǒng)建設(shè)管理平臺(tái)基礎(chǔ)上,引入視頻人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析技術(shù),構(gòu)建單軌建設(shè)管理平臺(tái),其系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 單軌建設(shè)管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

建設(shè)管理平臺(tái)為建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等提供“模擬+分析”的科學(xué)協(xié)作平臺(tái),管理人員可通過建設(shè)管理平臺(tái)全程監(jiān)控工程建設(shè)的各個(gè)階段,做到實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能查詢,可在設(shè)計(jì)、施工階段能有效提高溝通效率、節(jié)省管理成本,促進(jìn)安全、質(zhì)量問題的快速處理,實(shí)現(xiàn)參建各方數(shù)據(jù)共享與協(xié)同合作,提升安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本的智能化管理水平。

2 智能安全管理

先收錄各施工單位人員個(gè)人信息(包括姓名、性別、證件號(hào)、電話、單位、工種、級(jí)別、崗位、工作性質(zhì)以及分組等)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中;接入視頻人臉識(shí)別設(shè)備后,建設(shè)管理平臺(tái)的安全管理系統(tǒng)增加采集人臉信息的功能,將人臉模型一并存入數(shù)據(jù)庫(kù)中,并與人員個(gè)人信息相對(duì)應(yīng)。

2.1 快速考勤管理

在設(shè)定的出退勤區(qū)域,當(dāng)人員頭像出現(xiàn)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別人員信息,完成考勤記錄。當(dāng)施工人員出勤后,安全管理系統(tǒng)可在施工地圖上對(duì)工人進(jìn)行實(shí)時(shí)定位追蹤。如施工人員在作業(yè)過程中遇到緊急情況,工人可通過隨身攜帶的定位裝置向控制中心發(fā)送報(bào)警信息,安全管理系統(tǒng)能自動(dòng)定位,并在第一時(shí)間對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行處理。在退勤時(shí),安全管理系統(tǒng)可自動(dòng)比對(duì)出勤人員信息,如發(fā)現(xiàn)未在規(guī)定時(shí)間退勤,系統(tǒng)將進(jìn)行記錄并顯示人員信息和位置,以便于安全管理者及時(shí)處理。當(dāng)施工人員較多時(shí),或者不同參建單位協(xié)同施工時(shí),應(yīng)用人臉識(shí)別技術(shù),可實(shí)現(xiàn)快速出退勤管理。

人臉識(shí)別出退勤過程示意見圖2。

人臉識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備主要包括網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(視頻采集設(shè)備)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(數(shù)據(jù)壓縮、傳輸)、視頻分析服務(wù)器(人臉特征提取)和人臉識(shí)別服務(wù)器等。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集到的人臉信息,由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行初步處理后傳輸?shù)揭曨l分析服務(wù)器。視頻分析服務(wù)器從圖像中捕獲人臉信息,提取面部特征,生成人臉數(shù)據(jù)模型。人臉數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)置人臉識(shí)別服務(wù)器(人臉模型對(duì)比)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、顯示終端等設(shè)備,識(shí)別服務(wù)器將捕獲的人臉數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉模型進(jìn)行比對(duì),從而完成施工人員身份識(shí)別和考勤記錄。

2.2 大型專用設(shè)備智能解鎖

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的特殊監(jiān)管設(shè)備,如大噸位起重機(jī)、升降作業(yè)平臺(tái)和壓力容器等,只有具備相應(yīng)操作資質(zhì)才能解鎖操作。安裝人臉識(shí)別解鎖裝置,可有效保證作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員安全和設(shè)備安全。

2.3 施工人員健康監(jiān)測(cè)和安全生產(chǎn)管理

利用紅外測(cè)溫技術(shù),可在識(shí)別人臉時(shí)同步進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度超過37.3 ℃時(shí),系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行健康預(yù)警并將人員信息上報(bào),便于系統(tǒng)管理員進(jìn)行處理。

在施工區(qū)域,借助于電子圍欄技術(shù),不間斷對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè),如果有陌生人出現(xiàn)在該區(qū)域或有人翻越限界,現(xiàn)場(chǎng)將進(jìn)行語(yǔ)音提示和報(bào)警,安全管理系統(tǒng)也將信息上報(bào)至建設(shè)管理平臺(tái),并推送生產(chǎn)管理員。安全管理系統(tǒng)能幫助企業(yè)管理機(jī)構(gòu)及時(shí)地了解人員健康狀況和生產(chǎn)狀況,加強(qiáng)安全生產(chǎn)管理監(jiān)督。電子圍欄還可以進(jìn)行煙火檢測(cè),進(jìn)一步增強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)能力。

應(yīng)用人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析技術(shù),可有效節(jié)約人力管理成本,提高管理效率和規(guī)范化水平。網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備可在單軌運(yùn)營(yíng)后作為人臉識(shí)別閘機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)備,提高設(shè)備利用率。人臉識(shí)別技術(shù)也可應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)特種設(shè)備的安全管理。

下面以重慶軌道交通建設(shè)發(fā)生的14 起安全事件為例進(jìn)行分析(見表1)。

表1 重慶軌道交通安全事件統(tǒng)計(jì)

由表1 可知,在14 起安全事故中,坍塌事故占35.7%,近年來,全國(guó)軌道交通建設(shè)安全事故中,坍塌事故約占48%。不難看出,坍塌事故在各類安全事故中占比較大。下面以導(dǎo)致坍塌的因素為研究對(duì)象,分析建設(shè)管理平臺(tái)的安全預(yù)警、預(yù)防功能,具體內(nèi)容見表2。

由表2 可知,導(dǎo)致坍塌的因素有22 項(xiàng),除主觀因素外,可通過技術(shù)手段預(yù)警95.5%,可預(yù)防54.5%,可防止36.4%。因此,通過平臺(tái)對(duì)應(yīng)預(yù)防、預(yù)警功能可有效減少坍塌事故的發(fā)生。其中,應(yīng)用視頻人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析的技術(shù)的模塊有安全教育、自動(dòng)測(cè)距、位移、震動(dòng)、濕度、壓力預(yù)警等。

表2 坍塌事件成因和平臺(tái)對(duì)應(yīng)預(yù)防、預(yù)警功能對(duì)照

3 智能質(zhì)量管理

單軌建設(shè)平臺(tái)質(zhì)量管理系統(tǒng)主要針對(duì)建設(shè)施工階段的質(zhì)量管理環(huán)節(jié)開發(fā),包括資質(zhì)審查、施工質(zhì)量管理和聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)管理等。視頻人臉識(shí)別和數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)引入后,綜合應(yīng)用“云、大、物、移、智”等技術(shù),可對(duì)建設(shè)過程中涉及的“人、機(jī)、料、環(huán)、法”等關(guān)鍵要素進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)采集,即將現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備集成到建設(shè)管理平臺(tái),由平臺(tái)完成數(shù)據(jù)匯聚和整理,實(shí)現(xiàn)各個(gè)應(yīng)用模塊之間的數(shù)據(jù)共享和聯(lián)動(dòng),以及工程建設(shè)全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

建設(shè)后期需進(jìn)行各專業(yè)間的聯(lián)調(diào)聯(lián)試。聯(lián)調(diào)聯(lián)試的作用是對(duì)各系統(tǒng)主要設(shè)備性能進(jìn)行檢測(cè),將調(diào)試和檢測(cè)數(shù)據(jù)與相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行對(duì)照驗(yàn)證,對(duì)未達(dá)標(biāo)的項(xiàng)點(diǎn)進(jìn)行修改、完善和優(yōu)化。各專業(yè)間的聯(lián)調(diào)聯(lián)試將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),包括測(cè)試數(shù)據(jù)、圖片、音頻、視頻文件等。目前,大部分軌道交通公司的聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)多為各專業(yè)各自存儲(chǔ),管理不規(guī)范,不利于數(shù)據(jù)的后期運(yùn)用。采用建設(shè)管理平臺(tái)對(duì)單軌建設(shè)后期各專業(yè)聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和跨專業(yè)融合分析、管理、評(píng)價(jià)以及綜合展示等。

聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)接入過程見圖3。單軌聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)管理總體架構(gòu)見圖4。

圖4 單軌聯(lián)調(diào)聯(lián)試大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)總體架

單軌聯(lián)調(diào)聯(lián)試大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下。

(1)數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)

對(duì)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)服務(wù)端的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)通過增量同步更新,將新增數(shù)據(jù)匯集存儲(chǔ);對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)服務(wù)端的對(duì)象存儲(chǔ)功能模塊根據(jù)文件生成時(shí)間,將新增數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ),可用于分析、在線瀏覽和共享使用。

(2)數(shù)據(jù)管理

大數(shù)據(jù)服務(wù)端根據(jù)聯(lián)調(diào)聯(lián)試各類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量大小、使用頻率等因素,調(diào)配資源,將逐步積累的大量結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)遷移到數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ),將積累的非結(jié)構(gòu)化歷史文件遷移到分布式文件系統(tǒng),供數(shù)據(jù)分析使用。

(3)數(shù)據(jù)檢索

數(shù)據(jù)目錄將大數(shù)據(jù)服務(wù)端的數(shù)據(jù)按照規(guī)則進(jìn)行分類展現(xiàn),用戶通過目錄找到包含若干屬性的數(shù)據(jù)表,獲知數(shù)據(jù)具體信息。用戶還可以在數(shù)據(jù)列表中輸入關(guān)鍵字進(jìn)行篩選、排序,并根據(jù)字段內(nèi)容進(jìn)行檢索。

(4)數(shù)據(jù)分析

面向研發(fā)人員、工程技術(shù)人員和聯(lián)調(diào)聯(lián)試人員提供腳本開發(fā)及自助分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)試聯(lián)試數(shù)據(jù)的專業(yè)內(nèi)部分析、跨專業(yè)關(guān)聯(lián)研究(如輪軌、弓網(wǎng)、通信、供電、工務(wù)等數(shù)據(jù)之間的聯(lián)合分析等)。

(5)數(shù)據(jù)預(yù)警

項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)之后,建設(shè)管理平臺(tái)可開發(fā)為智能運(yùn)維管理平臺(tái)。隨著各專業(yè)測(cè)試數(shù)據(jù)的不斷積累,建設(shè)管理平臺(tái)還可預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì),在發(fā)生故障之前提出預(yù)警。聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)還可作為各專業(yè)系統(tǒng)的初始數(shù)據(jù),供運(yùn)營(yíng)后各專業(yè)參考使用。

利用建設(shè)管理平臺(tái)的質(zhì)量管理系統(tǒng),還可以完成施工資質(zhì)的智能審查。在建設(shè)管理平臺(tái)中錄入施工單位信息,建設(shè)管理平臺(tái)可通過大數(shù)據(jù)搜索,自動(dòng)對(duì)標(biāo)合同文件信息,如發(fā)現(xiàn)施工單位與合同中描述不符,則給出提示并封鎖該合同后續(xù)程序操作。待資質(zhì)審核通過后才能進(jìn)行后續(xù)的作業(yè),以保證工程施工質(zhì)量。當(dāng)施工單位較多或需要不同單位協(xié)同作業(yè)時(shí),業(yè)主可應(yīng)用建設(shè)管理平臺(tái)的資質(zhì)智能審查功能,從源頭控制施工技術(shù)力量,進(jìn)一步保證施工質(zhì)量和工程進(jìn)度。

4 智能成本管控和進(jìn)度管理

4.1 成本控制

工程項(xiàng)目施工階段的成本控制是在指根據(jù)施工項(xiàng)目的成本計(jì)劃設(shè)定目標(biāo)成本,對(duì)項(xiàng)目施工過程中的資源消耗、費(fèi)用支出和施工的管理過程等采取一系列的措施進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督,及時(shí)糾正偏差,適時(shí)修訂方案,達(dá)到防止資源浪費(fèi)、降低絕對(duì)成本支出、控制相對(duì)成本的目的,最終保證項(xiàng)目成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[8-11]。引入智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)后,單軌建設(shè)項(xiàng)目施工階段成本控制工作過程見圖5。

圖5 單軌建設(shè)管理平臺(tái)成本控制過程

濟(jì)南軌道交通R2 線在設(shè)計(jì)施工階段使用的建設(shè)管理平臺(tái),將BIM、GIS、和大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用在智慧地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)、物資BIM 定位、模擬建造方面,成功模擬建設(shè)可視化場(chǎng)景,設(shè)計(jì)之初成功避開敏感區(qū)域,避免了施工風(fēng)險(xiǎn),初步實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目智慧化管理。結(jié)合BIM技術(shù),對(duì)進(jìn)場(chǎng)所有物資實(shí)施二維碼管理,可追溯物資去向并進(jìn)行信息記錄,還可根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)展計(jì)算管理成本。應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目預(yù)算和項(xiàng)目支出的動(dòng)態(tài)管控,降低人力管理成本,有效提高成本管理的效率[12-17]。

建設(shè)管理平臺(tái)合同管理系統(tǒng)可進(jìn)行最優(yōu)成本方案預(yù)測(cè),智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用可提高預(yù)算抗風(fēng)險(xiǎn)能力。隨著數(shù)據(jù)的積累,建設(shè)管理平臺(tái)掌握的產(chǎn)品信息不斷增加,該類信息包含產(chǎn)品名稱、型號(hào)、價(jià)格、故障率、更換周期等信息,在生成成本計(jì)劃時(shí),單軌建設(shè)管理平臺(tái)根據(jù)平臺(tái)大數(shù)據(jù)給出最優(yōu)成本方案建議供管理人員參考,成本管理人員可結(jié)合項(xiàng)目生產(chǎn)實(shí)際選擇最佳方案,從根本上提高預(yù)算的準(zhǔn)確性,降低企業(yè)資金儲(chǔ)備。智能分析技術(shù)可對(duì)建設(shè)過程中的各項(xiàng)費(fèi)用支出數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析,生成企業(yè)各業(yè)務(wù)板塊管理成本數(shù)據(jù),可作為改進(jìn)組織結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)流程的參考數(shù)據(jù),協(xié)助修訂施工計(jì)劃與成本管理計(jì)劃,發(fā)揮成本管理的作用。通過單軌建設(shè)管理平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目、不同時(shí)期各階段數(shù)據(jù)的共享,促進(jìn)各項(xiàng)目之間相互經(jīng)驗(yàn)交流,共同提高技術(shù)水平和管理水平;而信息共享可進(jìn)一步改善項(xiàng)目之間的溝通協(xié)作方式,有利于企業(yè)創(chuàng)建良好的協(xié)同工作氛圍。

4.2 進(jìn)度優(yōu)化

建設(shè)管理平臺(tái)施工管理系統(tǒng)可結(jié)合BIM 技術(shù),在建設(shè)施工之前對(duì)重要施工過程進(jìn)行預(yù)演,可提前預(yù)判施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn),為施工管理人員調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃提供參考,有效避免重大施工事件的出現(xiàn),提升施工質(zhì)量。施工進(jìn)度的優(yōu)化進(jìn)一步縮短施工工期,保證項(xiàng)目進(jìn)度,降低工程管理成本。隨著未來信息化技術(shù)的發(fā)展和深化應(yīng)用,建設(shè)管理平臺(tái)將能夠提供更加強(qiáng)大的預(yù)測(cè)、追溯和決策功能。

5 結(jié)語(yǔ)

引入視頻人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)后,建設(shè)管理平臺(tái)可進(jìn)行人員智能識(shí)別、消除可控風(fēng)險(xiǎn),對(duì)于非人為因素的安全風(fēng)險(xiǎn)做到及時(shí)預(yù)警和有效監(jiān)控,安全管理水平大幅提高;實(shí)現(xiàn)施工資質(zhì)智能審查,從源頭控制作業(yè)質(zhì)量,施工質(zhì)量的提升又促進(jìn)施工進(jìn)度加快和成本降低;建設(shè)管理平臺(tái)融合各方面資源,使各專業(yè)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)板塊有效減少溝通障礙,提高工作效率。

視頻人臉識(shí)別和智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)進(jìn)度科學(xué)推進(jìn)、風(fēng)險(xiǎn)可防可控、成本科學(xué)管理的建設(shè)管理目標(biāo),全面提高單軌建設(shè)管理的規(guī)范化、集約化和智能化水平。隨著AI、BIM 和GIS 等技術(shù)的不斷發(fā)展和多領(lǐng)域融合應(yīng)用,單軌建設(shè)也將迎來快速發(fā)展機(jī)遇,將會(huì)更加有效的縮短設(shè)計(jì)、建設(shè)工期,降低成本。