智慧交通建设现场质量安全巡检系统设计

◎谭龙梦何远义朱毅袁江

由于交通建设行业及一系列复杂大型工程施工安全管理的需求增加，导致安全管理和成本控制中的不确定因素增加，致使施工管理问题凸显，安全风险放大，施工管理成本和效益都处在不可控的风险中。拟开发一款基于IOT 智能穿戴设备的交通建设现场质量安全主动巡检系统平台，保障交通工程质量安全，建立交通工程质量安全监督管理信息系统，通过信息化的手段来控制交通工程的风险。

一、安全巡检系统概述

智慧交通建设现场质量安全巡检系统主要分三个部分组成分别为：巡检主平台、智能穿戴设备、智能移动终端（APP）。通过将系统管理平台与智能穿戴设备结合，实现将人员管理由粗放向精细转变，风险预警由被动向主动转变，作业监管由现场向远程转变，现场作业由单一向交互转变，安全生产由传统向现代转变。通过改变管理模式，使管控更高效；通过强化防控措施，使风险更可控；通过穿戴智能设备，使作业更安全；通过统一业务平台，使决策更精准。

二、智慧交通建设现场质量安全巡检系统设计思路

1.理论分析与实现机理。

对智慧交通建设现场质量安全巡检系统核心技术方法和实现机理做进一步的研究，通过智慧交通建设现场质量安全巡检系统将工程参与人员纳入施工管理做可行性研究。选择具体案例对设计的系统平台的相关功能进行模拟，在模拟后对整个智慧交通建设现场质量安全巡检系统做进一步研究。

2.功能需求与实现。

通过对现有或相近的智慧交通建设现场质量安全巡检系统进行功能需求分析和调研，确定所研究的智慧交通建设现场质量安全巡检系统的功能要求及实现方法，搭配前端智能硬件如智能安全帽等拓展系统平台功能。对于功能需求主要从现场数据信息实时采集、地理信息导航、人员精细化管理、人员身份标识、远程协作调度、危险预警、应急救援、隐蔽工程验收、问题处置决策等方面研究确定。其中，现场数据信息实时采集：通过前端传感设备实时采集、存储、上传数据，并支持图像文件的无线传输，可通过WiFi、4G/5G、微波、LORA 网络实现移动终端的远程监控与通信。地理信息导航：利用GIS 图层技术实现项目及人员轨迹可视呈现。人员精细化管理：通过GPS+北斗定位技术，完成人员定位和调配；远程协作调度：通过前端硬件智能安全帽内置高灵敏度麦克风及大音量喇叭，支持耳机，实现语音双向通讯、组呼/群呼等功能，便于前后端人员的协作；可通过WiFi、4G/5G、微波、蓝牙等实现与后台的网络通信。危险预警：通过传感器技术，实现危险源监测项目的数据采集与上传，实现预警功能。应急救援：通过一键报警功能向后台及周围人员发出求救信息；通过语音实时与后台沟通，并通过大数据分析技术，实现风险识别及应急救援方案的选择与确定。

3.系统设计原则。

根据用户实际需求，以智能穿戴核心业务系统安全、连续、稳定运行为核心；以安全、畅通、高效的网络传输为保障；注重实际，具体高效。

（1）经济性原则。用户可以根据实际的安全服务需求，选择安全巡检服务的全部或某一项服务，以定制化的形式满足不同的安全服务需求，从而确保客户安全需求得到满足，投资得到保护的前提下，降低用户的成本。

（2）安全性、可靠性原则。对用户实施安全巡检服务时，采取整套安全风险规避措施，如扫描策略规则级选择、核心系统巡检前备份等，来规避风险，以提高安全性和可靠性。

（3）机动性、灵活性原则。安全巡检服务可以根据用户的特定时间要求，进行灵活安排，为减轻安全巡检服务工作对客户网络、核心业务系统的影响，安全巡检的扫描测试尽量安排在业务量不大的时间段（晚上、节假日等）。确保客户业务正常开展的前提下，开展安全巡检服务。

（4）高效性原则。根据用户特定的需求，快速扩展，从而高效的、快捷的对用户业务系统、安全设备等实施安全巡检，尽早发现存在问题，提出安全建议，降低客户风险。建议根据项目设计原则及实际情况，结合人工智能、信息化等手段，进一步提高智能穿戴的安全管理水平。

4.质量安全巡检工程安全管理特点分析。

质量安全巡检工程安全管理就有以下几个特点。

（1）流动性。公路工程项目流动性特点：首先是施工队伍的流动。工程项目具有固定性，这决定了公路工程项目的施工是随项目的不同而不断地流动的，施工队伍需要不断地从一个地方换到另一个地方进行施工，施工流动性大，生产周期长，作业环境复杂，可变因素多。其次是人员的流动，由于施工企业超过80%的工人是农民工，人员流动性也较大。再次是施工过程的流动，因分部、分项工程、工序的不同，施工方法的不同，现场作业环境、状况和不安全因素都在变化中，作业人员经常更换工作环境。特别是需要采取临时性的措施，其规则性往往较差，工程项目的流动性特点使危险存在不确定性，要求项目的组织管理对安全生产具有高度的适应性和灵活性。

（2）复杂性。我国幅员辽阔，地区差异大，地区间发展不平衡，施工企业数量众多，其规模、资金实力、技术水平参差不齐，情况的复杂使得施工安全生产管理也变得异常复杂。另外，建设工程项目的参与主体涉及到业主、勘察、设计、工程监理以及施工等多个单位。它们之间存在着较为复杂的关系，需要协作。管理层次多，管理关系复杂。工程建设项目具有工艺复杂，工序多，在建设过程中流动作业、露天作业，作业位置多变，遇到的不确定因素多等特点，这些特点决定了安全管理的复杂性。

（3）法规性。一般的企业管理可以在有关法律框架内自行管理，管理方法和手段也是不尽一样、灵活多变。但是公路工程安全生产管理则不一样，它所面对的是整个工程建设市场。众多的施工企业，它必须保持一定的稳定性，必须通过一套完善的法律体系来规范。

（4）渐进性。工程建设市场是在不断发展变化的，宏观管理部门需要针对出现的新情况、新问题做出反应，包括各种政策和措施，以及法律法规的出台等。这一过程相对企业管理来说是较为漫长的，不可能一步到位，只能走渐进式的发展过程。渐进性的特点也要求我们在对待施工安全管理的问题上不能急于求成，而是要脚踏实地地做好每一个工作，扎扎实实地走好每一步。

三、质量安全巡检系统研发

1.系统功能。

质量安全巡检系统的核心管理功能包括：巡查和检查。“巡”主要实现的是通过智能安全帽结合里程桩号对现场进行移动指挥、影像抓拍和记录。“检”主要实现结合智慧监理管理需求，通过移动端+平台端实现指令、现场处理单、抽检及旁站流程管理并生成成果。系统平台有以下主要功能：

（1）项目地图：通过电子图实现人员在线、项目信息、指令管理，一览项目全过程概况；

（2）远程指挥：实现平台到终端、移动端到终端的视频连线和远程指挥，包含视频和语音；

（3）智慧监理：实现指令、抽检、旁站等检查内容的全过程追溯和成果管理；

（4）履约督察：实现对人的轨迹、工时统计管理；

（5）工程影像：实现对现场工程影像资料的抓拍和留痕，从而实现远程巡查，保存巡查成果；

（6）应急管理：实现对现场应急呼叫记录管理；

（7）资源管理：里程桩号、设备、工种等资源统一配置及管理。

1）巡检APP-用户角色。本系统主要用户对象包括贵州省交通建设工程质量监督局、项目监理单位、项目施工单位等角色，系统角色设置及分配的权限如下：

①质监局权限。通过地图查看多项目的项目分布，查看多项目的数据统计汇总对比、查看具体项目信息、报监信息、巡检信息、人员轨迹信息、人员履约信息、通过地图调用现场智能安全帽设备进行实时远程巡查、现场呼叫、视频会诊。

②项目监理单位权限。总监或驻地高监：可以通过GIS地图查看管辖范围的监理人员的轨迹信息、人员巡检记录、指令记录、能够调取现场任意一个监理人员安全帽视频、并可进行对讲，也可以通过后台查看详细工作记录信息和历史记录。

③项目施工单位权限。可以通过手机APP 接收监理指令并进行整改后报送监理确认，通过手机APP 发起报监或旁站申请。

2）项目地图。项目地图实现对项目总体情况一览无余的可视化管理，通过地图基本实现了各项功能一步操作，给用户带来即时高效的体验感。

3）远程会诊。项目地图实现对项目总体情况一览无余的可视化管理，通过地图基本实现了各项功能一步操作，给用户带来即时高效的体验感。

4）智慧监理。智慧监理功能是本次开发任务的重点，按照监理办提供的需求，目前已完成主要功能包括监理指令、现场处理单、监理抽检、监理旁站等四大功能，平台端主要实现对数据的管理和WORD 成果导出。

5）履约督察。通过履约督察实现两个功能：一是实时追溯用户所在位置信息，并绘制活动轨迹；二是实现对用户每天工作在线工作时长分钟数的统计分析。

6）工程影像。实现对现场工程影像资料的存储和浏览管理，可同时查看视频和图片资料。

7）SOS 信息管理。实现SOS 呼救信息管理，可通过该功能查看历史呼救信息及呼救人详情。

8）资源管理与初始化。资源管理与初始化功能包括标准规范初始化、WBS 工程结构部位管理、物联网设备初始化、工程管理、岗位管理、工种管理、巡检类型定义、风险等级定义、实时预警报警阈值定义等。

9）系统设置。系统设置包括组织结构管理、角色管理、用户管理、菜单管理、登录、修改密码。

2.核心功能。

APP 系统以在线远程会诊以及质量安全巡检报监为业务主线，主要功能包含以下内容：

（1）工程报监：施工单位利用APP 完成旁站和报监申请和执行；

（2）现场巡视：包含监理现场巡视和监理指令下达及处置相关流程操作；

（3）监督管理：包含智能安全帽视频调取、通过安全帽进行实时对讲、远程会诊通过地图查看轨迹以及用户历史巡检路线查询。

（4）报警功能：通过SOS 一键报警功能进行报警，指挥中心通过地图可以看到报警位置、报警人员，并可以调取报警人的智能安全帽实时视频信息并进行通话。

1）巡检APP-远程会诊。进入APP 远程会诊界面，发起远程会诊可以选择指定用户，等待对方同意后可视频互动。

2）巡检APP-语音广播。进入APP 语音广播界面，可以选择广播类型、广播对象、输入并及时查看广播内容。

3）巡检APP-报监。进入巡检APP 报监界面，施工单位可以新增报监项目，监理单位可以查看已报监项目列表并进行报监确认，同时可以进行报监批注等。

4）巡检APP-指令。进入巡检APP 指令界面，可以整改（简历指令），施工单位可以在进行整改/延期指令操作，监理单位可以进行验收指令操作。

5）巡检APP-现场。进入巡检APP 现场界面，可以上传现场视频或者照片新增现场。同时也可以选择不同的现场进入，进入后可以当前现场内容情况。

3.安全巡检系统智能穿戴设备--安全帽功能设计。

（1）智能通讯。安全帽通过平台实现施工人员与管理部门的通讯，施工人员内部进行通话，管理人员下发广播通知，寻找附近的人。

（2）脱帽预警。内置光敏/压力传感器自动检测脱帽并预警。

（3）紧急呼救。遇到紧急情况时，长按紧急求救按钮，即进入SOS 紧急呼救模式，安全帽将自动拨打紧急联系人，直至有人接听，并播放求助语音。紧急联系人可通过后台或手机终端查看安全帽的实时位置。

（4）视频图像采集。通过高清摄像头获取图片和视频，使用计算机模仿人类视觉系统，让计算机拥有类似人类提出、处理、理解和分析图像序列的能力。可用于获取现场施工进度情况。

（5）定位系统。GPS 定位与 RFID、UWB 定位结合，实现工人的智能考勤、智能巡查、危险智能预警以及智能救援。

（6）辅助设备。辅助设备包括辅助面罩用于防尘，降噪耳机用于提高通话质量，陀螺仪用于拍摄防抖动，激光瞄准辅助拍摄定位。

四、安全巡检系统研发效益及价值

交通建设过程十分复杂，传统的施工过程管理单凭管理员的现场管控并不能满足实际施工管理需求，随着物联网和智慧施工相关理论应用的发展，本文以施工理现场必不可少的安全帽为切入点，利用GIS 技术、无线通信和数据处理等技术的的有机结合，构建了智能安全帽系统，实现对施工现场作业人员、设备和物料进行实时的数据化管控，及时识别交通建设项目中的安全风险，实时监测 - -的管理变化并实现危险的白动预警功能。

1.分析智能安全帽系统在中国交通建设领域应用的可行性，并基于GIS 技术、数据处理等技术构建了符合施工现场应用的智能安全帽系统理论体系和框架。

2.依托具体的交通建设项目进行智能安全帽系统的开发和应用。通过具体案例建立三维模型，进行智能安全帽系统管理平台、现场作业人员和系统管理的模拟，完成对上述创建的智能安全帽系统的实例验证。

3.为信息化交通建设管理提供了一种新的模式。这样的管理方式能够通过对施工现场可视化的实时监督，对人员流动、交通建设设备和物料迹的及时把握和对安全风险的自动预警等方式，实现了在同样的人力成本条件下，施工现场管理的安全风险降低。另外，避免了传统施工过程庞大数据信息的人工理，通过软件和程序语言，实现数据的白动集成和汇总，方便数据的存储和查询，同时又更加直观的反应施工各项指标的状态。

结束语

智慧交通建设现场质量安全巡检系统利用先进的物联网技术和VoIP 技术的Push to talk 业务，通过终端硬件与基于GIS 地图感知的系统平台的结合实现质量安全“五位一体”管理。通过WIFI 无线和5G&4G 进行数据传输，施工人员及现场管理者人手配备智能穿戴设备，智能穿戴设备支持语音接收、语音发送、视频发送、图片发送、人员定位等功能，“智能安全帽”采用“降噪扬声”技术，实现施工现场或现场与项目部、指挥部、管理中心任意工作人员的及时通讯，提高沟通效率。通过平台对人员作业位置可随时调度并进行现场影像收集、语音指令传递等管理，提高调度灵活性和及时性，为管理者提供有效的管理方式。