張孟凱 程方超

中核工程咨詢有限公司 北京 100071

1 智能視覺發(fā)展的必要性

對(duì)長(zhǎng)距離油氣管線施工現(xiàn)場(chǎng)面積大跨度的特點(diǎn)和工程數(shù)量、低效率的信息數(shù)據(jù)傳輸，困難的材料分配和管理，使管道建設(shè)和管理風(fēng)險(xiǎn)大的施工安全控制成為最重要的。加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)督檢查，增強(qiáng)參與方的安全意識(shí)，完善施工制度，是提高施工安全效率，正常推進(jìn)施工進(jìn)度，保障人身安全的必要措施。在油氣管道施工中，施工場(chǎng)地面積大，操作要點(diǎn)多。雖然多通道視頻同時(shí)錄制，但施工過程和施工質(zhì)量可以通過視頻錄制進(jìn)行追溯和驗(yàn)證，但沒有智能可視化，導(dǎo)致大量的人工實(shí)時(shí)判斷工作。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，視頻監(jiān)控可以從多維的角度進(jìn)行。提供技術(shù)支持，業(yè)務(wù)經(jīng)理在數(shù)據(jù)分析中，遠(yuǎn)程合作，安全預(yù)警，等現(xiàn)場(chǎng)工作的管理和控制整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)施工過程可以追溯到，施工質(zhì)量可以驗(yàn)證，可以將項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理目標(biāo)、制度建設(shè)過程管理的實(shí)現(xiàn)[1]。

2 應(yīng)用可視化智能網(wǎng)站

2.1 人的多維特性和行為識(shí)別系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)表明，人類視覺監(jiān)測(cè)有效時(shí)間只有20分鐘很難監(jiān)控人類大規(guī)模的監(jiān)控錄像，所以它變成了一個(gè)熱門研究課題，分析由計(jì)算機(jī)智能視頻中對(duì)象的行為。近年來，基于深度學(xué)習(xí)的人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)取得了重大突破。通過人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)人體姿態(tài)的描述和對(duì)人體行為的預(yù)測(cè)，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的許多安全問題進(jìn)行預(yù)警。人體骨骼關(guān)鍵點(diǎn)的檢測(cè)主要是對(duì)人體的一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，如關(guān)節(jié)、面部特征等。通過關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)人體骨骼信息的描述，可以預(yù)測(cè)人體的行為狀態(tài)?；谏眢w識(shí)別的應(yīng)用分為幾個(gè)大類：

（1）視頻結(jié)構(gòu)化分析。主要對(duì)與人相關(guān)的信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化視頻處理、提取和結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，用于后視、檢索和挖掘分析。

（2）人的統(tǒng)計(jì)識(shí)別分析。主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)量統(tǒng)計(jì)、人口密度、人類活動(dòng)等統(tǒng)計(jì)分析。

（3）人類異常行為分析。主要實(shí)現(xiàn)了入侵檢測(cè)、異常運(yùn)行、非法跟蹤、在職等異常行為分析。

（4）人體姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化分析。主要對(duì)一些指定行為規(guī)范或著裝要求進(jìn)行檢測(cè)，不符合行為規(guī)范的提取和報(bào)警。目前，油氣管道施工中的行為識(shí)別主要是統(tǒng)計(jì)識(shí)別分析、異常行為分析和姿態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化分析。具體識(shí)別：識(shí)別工人人數(shù)，是否戴帽，根據(jù)帽來識(shí)別工作類型，入侵檢測(cè)，異常運(yùn)行，非法尾隨等[2]。

2.2 分析智能工地可視化行為結(jié)構(gòu)

由于智能施工現(xiàn)場(chǎng)可視化開發(fā)時(shí)間較短，受需求和現(xiàn)狀的制約，目前大部分現(xiàn)場(chǎng)可視化系統(tǒng)應(yīng)用比較零散和孤立。例如，基于人工智能的行為分析系統(tǒng)不與人員訪問控制系統(tǒng)交互，這意味著行為系統(tǒng)檢測(cè)到?jīng)]有正面面孔的人，沒有特殊的統(tǒng)一身份識(shí)別將無法識(shí)別個(gè)人。同樣，在目前的行為識(shí)別系統(tǒng)中，攝像頭之間也沒有直接的通信和連接，由于施工現(xiàn)場(chǎng)的障礙物以及監(jiān)控?cái)z像頭的攝像頭位置的變化，使得對(duì)人的跟蹤無法連續(xù)計(jì)算。這些困難導(dǎo)致了施工現(xiàn)場(chǎng)人員行為分析的片面性，甚至導(dǎo)致誤判，降低了行為分析的有效應(yīng)用和推廣。構(gòu)建較為理想的智能施工現(xiàn)場(chǎng)可視化平臺(tái)有以下幾個(gè)條件：

（1）具備三維、二維數(shù)字施工現(xiàn)場(chǎng)圖紙的基本支持，目前基本可以實(shí)現(xiàn)。

（2）可在一些重點(diǎn)或試點(diǎn)項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵位置或過程的全站范圍的氣候傳感器、環(huán)境傳感器的實(shí)時(shí)支持。

（3）所有場(chǎng)址關(guān)鍵要素的實(shí)時(shí)地理位置數(shù)據(jù)采集，由于缺乏對(duì)其重要性的認(rèn)識(shí)，這種情況目前可能沒有得到充分的發(fā)展。

（4）關(guān)鍵位置和關(guān)鍵過程的視頻實(shí)時(shí)采集，這一條件在許多試點(diǎn)項(xiàng)目和重點(diǎn)施工現(xiàn)場(chǎng)得到了推廣。3d繪圖和2D繪圖允許可視化平臺(tái)的顯示具有數(shù)字雙胞胎的基本支持。場(chǎng)地的建設(shè)過程變得三維和確定性，通過2D圖紙和3D圖紙的虛擬呈現(xiàn)，易于可視化和注釋。通過放置在現(xiàn)場(chǎng)的智能環(huán)境傳感器實(shí)時(shí)收集來自視頻的實(shí)時(shí)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2.3 智能工地可視化建設(shè)場(chǎng)景應(yīng)用

建筑工地固定攝像機(jī)在不同地點(diǎn)（室外和室內(nèi)），通過人工智能拼接或鷹眼改變正確的角度實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)所有工人和機(jī)器的位置反映在視覺實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)，網(wǎng)站可以一眼就看到。除了固定攝像機(jī)記錄外，還可以實(shí)時(shí)跟蹤人員運(yùn)動(dòng)軌跡的Gis數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤和記錄。通過保安經(jīng)理的帽子上的攝像頭，從保安經(jīng)理進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的大門，到處都形成了動(dòng)態(tài)的跟蹤和記錄?，F(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)地理位置分析為判斷人員的操作是否合規(guī)提供了充分的條件。借助視頻，可以實(shí)時(shí)反映施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警和分析。如不明身份的人闖入、未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入禁區(qū)、非法作業(yè)等，都可以對(duì)其進(jìn)行記錄、監(jiān)控、追蹤。例如，管道焊接過程監(jiān)控是管道施工的核心質(zhì)量控制點(diǎn)。視覺行為分析系統(tǒng)可以識(shí)別每個(gè)人的具體身份和工作場(chǎng)景。例如，質(zhì)量主管是否存在，員工的位置，確認(rèn)身份和資格的焊接工人，天氣條件的焊接工人操作時(shí)，工作位置，焊機(jī)是否按照工序操作，焊接機(jī)是否符合要求，電流和電壓條件下，是否速度是正常的，通過傳感器實(shí)時(shí)記錄和分析焊縫的物理狀態(tài)，有效地指導(dǎo)和預(yù)警管道焊接質(zhì)量。

3 智能施工現(xiàn)場(chǎng)可視化的發(fā)展

第一階段是現(xiàn)場(chǎng)放置攝像頭，在施工辦公室設(shè)置安全監(jiān)控室，并指派專人進(jìn)行視頻監(jiān)控和安全管理。第二階段是人工智能的發(fā)展，將一些簡(jiǎn)單的人臉識(shí)別技術(shù)、行為識(shí)別技術(shù)和自動(dòng)報(bào)警技術(shù)應(yīng)用于智能站點(diǎn)可視化。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，我們也可以采用多種監(jiān)控手段，視頻接入監(jiān)控單元進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在第三階段，將使用無線甚至衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測(cè)整個(gè)場(chǎng)址。人工智能技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)的人類行為、機(jī)器操作的各種數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)等實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴霞?jí)中心或總部。各部門都可以實(shí)時(shí)關(guān)注甚至介入管理，實(shí)現(xiàn)真正的“運(yùn)籌千里之遙”[3]。

4 結(jié)語

智能施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)施難以說明質(zhì)量控制的必要性。相信在不久的將來，衛(wèi)星通信、5G技術(shù)和更加成熟的施工現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備將為施工現(xiàn)場(chǎng)智能化可視化提供技術(shù)支持，成為石油工程施工過程中合規(guī)、安全、質(zhì)量、效率的管理措施之一。