移動(dòng)定位技術(shù)支持下的基建施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)

蔣 維，張 亮，張 源，崔 瀅

（1.寧夏超高壓電力工程有限公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750011；2.國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750011；3.寧夏中科恒瑞智能科技有限公司，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750011）

基建工程規(guī)模較大，具有作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、施工任務(wù)繁雜、人員流動(dòng)性大等特點(diǎn)，給工地作業(yè)人員管理帶來了困難。引入移動(dòng)定位技術(shù)對(duì)現(xiàn)場人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，可以掌握人員動(dòng)態(tài)，提高基建施工信息化和智能化管理水平，為人員作業(yè)安全提供保障。因此應(yīng)加快基建施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)研究，為全面提高工程現(xiàn)場管理水平提供有力技術(shù)支撐。

1 基建施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)開發(fā)需求

在基建施工現(xiàn)場，涉及的施工專業(yè)、隊(duì)伍和人員較多，每天將有多達(dá)數(shù)百乃至上千的人員在現(xiàn)場流動(dòng)，給人數(shù)統(tǒng)計(jì)、核實(shí)等作業(yè)的開展帶來了較大難度。在人員分布不明的情況下，難以掌握各區(qū)和個(gè)作業(yè)面的人員投入情況，將給人員動(dòng)態(tài)調(diào)配帶來困難，出現(xiàn)人力資源利用率不高的問題。而大量人員在現(xiàn)場的各個(gè)角落作業(yè)，單純采取視頻監(jiān)控、臨邊防護(hù)等措施無法掌握人員動(dòng)態(tài)，即便人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域也難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，導(dǎo)致現(xiàn)場人員管理面臨一定安全威脅。針對(duì)這些問題，開發(fā)基于移動(dòng)定位技術(shù)的人員管理系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場施工作業(yè)人員進(jìn)行定位監(jiān)測，動(dòng)態(tài)掌控人員位置、身份等信息，為開展考勤管理、安全管理等各項(xiàng)工作提供有力依據(jù)。在信息化手段支撐下，利用系統(tǒng)全面掌握人員進(jìn)出場信息，對(duì)人員到位情況進(jìn)行追溯管理，加強(qiáng)安全生產(chǎn)制度落實(shí)情況檢查，能夠高效開展人員管理工作，提高現(xiàn)場安全管控水平，為實(shí)現(xiàn)基建工程效益最大化目標(biāo)提供保障。

2 基建施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)開發(fā)方案

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)分析

結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)需求，將配備移動(dòng)定位芯片的智能穿戴設(shè)備當(dāng)成是依托，借助智能終端進(jìn)行人員位置、身份信息的實(shí)時(shí)采集。將安全帽當(dāng)成是載體植入RFID智能感應(yīng)芯片，通過掃描設(shè)備和無線網(wǎng)絡(luò)獲取芯片中的信息后，將信息上傳至云端。經(jīng)過算法分析后可以得到人員定位信息，并借助手持終端設(shè)或智能手機(jī)獲取信息，達(dá)到加強(qiáng)現(xiàn)場施工作業(yè)人員可視化管理的目標(biāo)。結(jié)合人員管理需求完成系統(tǒng)主要功能模塊開發(fā)，將系統(tǒng)劃分為人員定位、身份識(shí)別、考勤管理、安全管理等模塊劃分。其中，人員定位模塊負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場讀卡器傳送來的信息進(jìn)行處理，確保人員位置信息可以在系統(tǒng)界面自動(dòng)顯示。身份識(shí)別模塊負(fù)責(zé)對(duì)人員身份信息進(jìn)行管理，可以通過模塊登錄系統(tǒng)對(duì)人員基本信息進(jìn)行登記、編輯、查詢等操作，可以生成人員身份ID和編碼數(shù)據(jù)，從而對(duì)照現(xiàn)場采集到的信息識(shí)別人員身份?？记诠芾砟K可以根據(jù)施工現(xiàn)場電子標(biāo)簽信息記錄人員出勤情況，可以根據(jù)記錄生成時(shí)間對(duì)固定時(shí)段施工現(xiàn)場人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。安全管理模塊能夠同時(shí)接收人員定位信息和視頻監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)預(yù)警、應(yīng)急操作等功能，為現(xiàn)場安全管理人員開展工作提供支持。

2.2 系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 硬件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)上，應(yīng)確認(rèn)選擇的硬件可以在惡劣施工環(huán)境下保持正常工作，同時(shí)確?，F(xiàn)場設(shè)備能夠準(zhǔn)確識(shí)別信息，不會(huì)出現(xiàn)信息漏采、漏發(fā)等問題。選用RFID系統(tǒng)，采用的無線射頻技術(shù)接近于雷達(dá)技術(shù)，能夠憑借電磁信號(hào)空間耦合特性自動(dòng)對(duì)目標(biāo)物上的電子標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，不會(huì)受到粉塵等外界因素干擾，能夠滿足硬件設(shè)計(jì)的實(shí)用性、可靠性等要求。從RFID系統(tǒng)構(gòu)成上來看，包含電子標(biāo)簽、讀卡器、應(yīng)用系統(tǒng)。其中，電子標(biāo)簽由控制器、存儲(chǔ)器、天線、電源等硬件構(gòu)成，讀卡器由射頻模塊、天線、時(shí)鐘、電源等硬件構(gòu)成，應(yīng)用系統(tǒng)由中間件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構(gòu)成。為提高硬件集成度，降低智能安全帽終端的功耗，選用MT2502芯片對(duì)電源、FM接收器、射頻收發(fā)器、藍(lán)牙、RAM等功能進(jìn)行集成，可在2.4GHz頻段進(jìn)行無線信號(hào)收發(fā)。作為系統(tǒng)級(jí)芯片，MT2502尺寸僅5.4 mm×6.2 mm，可以輕松移植至安全帽中，解決硬件安裝空間過大的問題。在讀卡器與應(yīng)用系統(tǒng)通信方面，利用內(nèi)置通信模塊和移動(dòng)SIM卡實(shí)現(xiàn)4G通信，將數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)，并通過與基站LBS建立連接獲取GPS衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)人員位置信息定位。此外，對(duì)4G高清視頻系統(tǒng)進(jìn)行集成應(yīng)用，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場視頻和報(bào)警信號(hào)，通過編碼、上傳后對(duì)照人員定位信息確認(rèn)人員是否靠近深基坑等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域，及時(shí)向雙向?qū)χv機(jī)發(fā)送預(yù)警信號(hào)。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上，采用B/S三層架構(gòu)，如圖1所示，能夠直接通過廣域網(wǎng)和Web瀏覽器與云端數(shù)據(jù)庫連接，輕松進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和下載，可以為系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)提供便利。具體來講，將系統(tǒng)劃分為應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。其中，應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供交互界面，確保用戶能夠通過界面操作實(shí)現(xiàn)信息化管理。業(yè)務(wù)邏輯層用于處理用戶應(yīng)用請(qǐng)求，利用各模塊進(jìn)行業(yè)務(wù)操作和邏輯運(yùn)算，并將結(jié)果反饋給移動(dòng)終端。數(shù)據(jù)訪問層能夠響應(yīng)上層數(shù)據(jù)訪問請(qǐng)求，將信息反饋給邏輯層進(jìn)行處理。從軟件操作流程來看，基建施工現(xiàn)場管理人員可以通過瀏覽器登錄系統(tǒng)，在彈出的界面輸入用戶名和密碼，在通過身份驗(yàn)證后跳轉(zhuǎn)至主界面，通過按鍵操作等方式查看系統(tǒng)采集到的施工作業(yè)人員信息。采用C#語言進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化編程，在接收現(xiàn)場終端發(fā)送的信息后提取坐標(biāo)信息，生成電子圖反饋至客戶端。在系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境下，利用GDI托管類進(jìn)行圖像繪制，能夠完成透明漸變、拉伸處理等操作。按照步驟首先將創(chuàng)建Graphics對(duì)象，完成直線、標(biāo)號(hào)等圖形繪制，然后在窗體Paint事件中獲取對(duì)象，然后通過繪制直線方法確定形狀、寬度等參數(shù)，最終可以生成可視化界面。

圖1 系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)圖

3 基建施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)開發(fā)實(shí)踐

3.1 工程概況

某基建項(xiàng)目面積達(dá)2.5萬㎡，包含16棟建筑單體，高度在26～32層之間不等。由于工程工期緊張，需要在現(xiàn)場不同區(qū)域進(jìn)行平行施工，導(dǎo)致交叉作業(yè)較多，現(xiàn)場人員較多，給施工組織管理留下了安全隱患。為保證工程如期完成，且達(dá)到較高的安全文明施工和質(zhì)量管理要求，需應(yīng)用人員管理系統(tǒng)為現(xiàn)場管理工作開展提供支持。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.2.1 實(shí)現(xiàn)方案

開發(fā)施工作業(yè)人員管理系統(tǒng)，需提前對(duì)工程施工人員信息進(jìn)行收集、整理，建立信息庫和生成對(duì)應(yīng)的電子標(biāo)簽信息。通過將信息植入到智能安全帽的芯片中后，確認(rèn)通過讀卡器能夠正常識(shí)別方能派發(fā)至人員手中，保證人員和指定設(shè)備綁定，做到準(zhǔn)確采集人員信息。按照系統(tǒng)設(shè)定，智能安全帽每5 min將上傳一次信息，便于管理人員及時(shí)了解人員位置動(dòng)態(tài)。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，關(guān)鍵在于保證現(xiàn)場終端設(shè)備可以與數(shù)據(jù)庫順利完成數(shù)據(jù)交換，滿足施工現(xiàn)場信息化管理需求。選用MySQL數(shù)據(jù)庫，能夠?yàn)楦鞣N操作系統(tǒng)提供支持，確?？焖夙憫?yīng)各種終端操作，為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。該種數(shù)據(jù)采用開放的源代碼，用于對(duì)人員身份證、位置和設(shè)備等信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理的過程中，為保證數(shù)據(jù)完整、有效，需確保建立的數(shù)據(jù)庫表和實(shí)體類對(duì)應(yīng)。采用E-R關(guān)系模型，能夠通過實(shí)體關(guān)系圖進(jìn)行類與類關(guān)系的表征，理清各種數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、修改和查詢等操作提供支持。為保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，采用非對(duì)稱加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確保數(shù)據(jù)能夠在云端安全、可靠存儲(chǔ)。通過移動(dòng)終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問時(shí)，需要采取層級(jí)訪問措施，確認(rèn)核心數(shù)據(jù)不能修改，然后加強(qiáng)賬號(hào)權(quán)限的把控。遵循實(shí)名制原則，賦予用戶對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，能夠保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性、可用性和安全性。

3.2.2 功能實(shí)現(xiàn)

在系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)階段，應(yīng)用系統(tǒng)首先可以對(duì)施工作業(yè)人員身份進(jìn)行識(shí)別，方便加強(qiáng)工地封閉管理。工程施工班組多達(dá)30個(gè)，登記人員超出了1 600人，在用工高峰現(xiàn)場同時(shí)作業(yè)人數(shù)達(dá)800人，每天進(jìn)退場的人員較多。為避免施工人員在進(jìn)出各施工區(qū)的過程中排隊(duì)登記，在作業(yè)區(qū)門口、單元樓洞口、塔吊作業(yè)區(qū)、深基坑作業(yè)區(qū)等關(guān)鍵位置部署讀卡器，在人員佩戴智能安全帽進(jìn)出的過程中可以自動(dòng)進(jìn)行人員身份識(shí)別，上傳至云端與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)對(duì)比，按照班組、工種等進(jìn)行人員歸類，在系統(tǒng)主界面上顯示各區(qū)各班組、工種的人數(shù)。點(diǎn)擊各工種，可以進(jìn)一步查看具體的人員身份信息。利用系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場各工種人員數(shù)量占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，能夠掌握人力投入情況，結(jié)合各區(qū)域生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行人員調(diào)配，保證施工作業(yè)能夠高效開展，如圖2所示。

圖2 各工種人數(shù)統(tǒng)計(jì)

其次，應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人員定位，可以進(jìn)行跟蹤管理。在作業(yè)面進(jìn)行定位終端的網(wǎng)格化部署，可以在人員進(jìn)入固定區(qū)域時(shí)記錄相關(guān)信息，上傳至云端后將生成移動(dòng)軌跡。在工程施工期間，施工隊(duì)長可以提前通過手機(jī)登錄系統(tǒng)查看負(fù)責(zé)區(qū)域的人員到位情況，無需到各作業(yè)區(qū)進(jìn)行人員盤點(diǎn)，即可了解現(xiàn)場人員數(shù)量變動(dòng)情況，并掌握人員進(jìn)出場等信息，隨時(shí)查看到人員位置信息，使中途離隊(duì)等行為得到有效約束。

再者，應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)考勤管理，能夠在“無感”的條件下自動(dòng)開展工作，保證人員在用人高峰期迅速進(jìn)入現(xiàn)場作業(yè)，有效提高現(xiàn)場施工效率。在具體應(yīng)用時(shí)，為保證考勤數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)確記錄，需要詳細(xì)進(jìn)行各作業(yè)區(qū)劃分，通過分區(qū)考勤實(shí)現(xiàn)人員精細(xì)化管理。系統(tǒng)在記錄人員出勤信息時(shí)，將對(duì)人員在作業(yè)區(qū)內(nèi)的出勤時(shí)長進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在人員需要在各作業(yè)區(qū)穿插作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)可以生成活動(dòng)軌跡，出勤管理人員則可以根據(jù)人員調(diào)度情況進(jìn)行確認(rèn)，保證精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)出勤情況，避免出現(xiàn)勞務(wù)糾紛。按照現(xiàn)場管理規(guī)定，人員在進(jìn)出各區(qū)域時(shí)應(yīng)按規(guī)定佩戴安全帽，禁止攜帶他人安全帽，因此能夠避免出現(xiàn)代人打卡情況。

最后，在安全管理方面需要使系統(tǒng)與現(xiàn)場的監(jiān)控設(shè)備、電子圍欄聯(lián)動(dòng)，確保管理人員可以通過匯總現(xiàn)場信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患和采取應(yīng)對(duì)措施。具體來講，就是將人員身份識(shí)別和定位信息當(dāng)成是基礎(chǔ)，按照設(shè)定僅特定工種人員可以進(jìn)入危險(xiǎn)施工區(qū)作業(yè)，而系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)未授權(quán)人員靠近危險(xiǎn)區(qū)，將立即向管理人員配備的移動(dòng)終端設(shè)備發(fā)送信號(hào)。管理人員通過登錄系統(tǒng)，可以查找對(duì)應(yīng)監(jiān)控區(qū)域的視頻，發(fā)現(xiàn)存在安全隱患立即通過按鍵輸入預(yù)警信息，確保電子圍欄可以發(fā)出語音提示，要求人員遠(yuǎn)離該區(qū)域。此外，在發(fā)現(xiàn)人員超出規(guī)定時(shí)常未離開指定作業(yè)區(qū)，也將向管理人員發(fā)送通知。登錄系統(tǒng)查看滯留人員的移動(dòng)軌跡，確認(rèn)人員所在位置后，可以通過監(jiān)控?cái)z像頭查看人員狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)發(fā)送SOS求救信息，提醒周圍人員立即施救，有效保證人員的生命安全。

3.3 應(yīng)用成效

從系統(tǒng)應(yīng)用情況來看，工程自引入移動(dòng)定位技術(shù)對(duì)現(xiàn)場作業(yè)人員管理以來，283 d內(nèi)產(chǎn)生的考勤等記錄多達(dá)10萬條，生成的人員軌跡記錄多達(dá)百萬條，生成的預(yù)警記錄則達(dá)到了800條以上。在日常管理中，系統(tǒng)多次發(fā)出預(yù)警信息，幫助管理人員及時(shí)消除了人員違規(guī)作業(yè)帶來的安全隱患，有效預(yù)防了安全事故的發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場管理人員反饋可知，應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人員定位，能夠?yàn)槿粘Ｑ矙z、人力調(diào)配等各項(xiàng)工作的開展提供幫助，有效提高了現(xiàn)場作業(yè)效率。

4 結(jié)論

在基建施工管理方面，應(yīng)用移動(dòng)定位技術(shù)開發(fā)作業(yè)人員管理系統(tǒng)，能夠通過配備智能安全帽和建立RFID系統(tǒng)采集人員身份、位置等信息，為實(shí)現(xiàn)人員出勤和現(xiàn)場安全管理提供可靠數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用需求合理進(jìn)行各種功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)系統(tǒng)可靠性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)的同時(shí)，可以推動(dòng)工地管理向著智慧化的方向發(fā)展。