工程场区施工人员靠近风险区实时预警方法.pdf
《工程场区施工人员靠近风险区实时预警方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工程场区施工人员靠近风险区实时预警方法.pdf(7页珍藏版)》请在文库网上搜索。
1、设计施工水利规划与设计 年第 期:/工程场区施工人员靠近风险区实时预警方法姜佩奇 梁斌杰 刘 辉 张社荣 王枭华 王 超(天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室 建筑工程学院 天津 水利部水利水电规划设计总院 北京 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津)摘要:针对水利工程建设中施工人员靠近危险区域的风险问题 文章利用计算机视觉和深度学习 提出了靠近风险区域的危险行为预警方法 首先利用改进的 多目标追踪算法实现施工人员的追踪和轨迹收集 然后利用 算法构建轨迹预测模型 最后 基于 电子围栏 实现靠近危险区域的实时预警 工程实例表明 该方法能够预测和避免施工人员进入风险区 有助于构建早期施工
2、安全预警机制 完善水利安全生产风险管控理论关键词:计算机视觉 深度学习 靠近风险区域 轨迹预测 实时预警机制中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:水利部重大科技项目:长距离引调水工程泵站群运行管控数字孪生关键技术研究()国家重点研发计划项目:南水北调东线工程多水源均衡配置与输水智能调控技术()作者简介:姜佩奇(年)男 工程师:通讯作者:王枭华(年)男 副研究员:引言水利工程由于其施工环境恶劣、施工工期长、交叉作业情况复杂等特点 建设过程中风险因素众多 其中危险区域(如临边、洞口、塔吊周围)作为普遍存在但常易忽略的风险因素 当施工人员处于其中时易发生高处坠落、碰撞等安全事故
3、威胁施工安全 因此 如何有效实现施工人员靠近风险区域的危险行为预警对施工安全管理水平的提升具有重要意义靠近危险区域的判别关键在于如何快速确定施工人员与危险区域的位置关系 若处于其中 施工人员可能会存在危险 随着计算机视觉、建筑信息模型()、射频识别()等技术的快速发展与应用 不少学者也利用其展开了众多研究 闫文杰等集成 与 技术 对水利工程现场的危险区域和作业人员进行实时监控实现了危险区域内工人安装状态的判定和预警 王伟等利用 与机器视觉技术 构建了危险区域施工人员入侵预警模型 降低了危险区域入侵行为的发生 高寒等利用移动目标检测算法对危险区域工人进行检测 实现了危险区域的入侵识别石怀涛等通过
4、改进 网络对吊车危险区域内的施工人员进行识别 并利用相机坐标变换实现了施工人员与危险区域中心点距离的测算并进行行为矫正 减少吊车安全事故的发生 田枫等通过利用改进 检测算法 实现对油田危险区域的入侵检测 等通过利用 模型识别现场施工人员和结构支撑 实现了在深基坑施工中施工人员穿过结构支撑的不安全行为识别 樊启祥等在大型水电工程施工安全管理过程中 提出综合利用 技术、定位轨迹分析技术、/北斗 实时差分等技术 实现了施工现场人员和机械设备的实时定位 并利用电子围栏技术 实现了自动监控和非法进入电子围栏范围等的不安全行为管控在靠近危险区域预测方面 等利用卡尔曼滤波算法来实时定位和预测施工人员和机械的
5、位置 进而判断未来施工人员的轨迹是否处于机械易碰撞区域 从而实现对人机碰撞风险的预测 方伟立和丁烈云构建工人不安全行为智能识别与矫正框架体系 主要由不安全行为智能识别、安全 年第 期水利规划与设计设计施工个性化培训和不安全行为预测 部分组成综上 目前针对靠近风险区域的危险行为管控大多为事中和事后的过程 即在正侵入和侵入后实现对施工人员是否处于危险区域的判断 可能会发生报警不及时而导致在危险区域内发生安全事故造成人员伤亡 而对事前靠近风险区域不安全行为预测研究较少 对施工人员未来的轨迹预测时间和距离较短 预警效果还有待提高 并且施工人员定位通常采用的是 或 定位虽然比计算机视觉定位准确 但需时刻
6、佩戴相应传感器 成本高且在实践中不易实现针对上述问题 本文基于计算机视觉与深度学习技术 提出一种水利施工人员靠近风险区域的危险行为预测方法 首先利用 算法构建施工人员多目标追踪模型 对现场施工人员进行多目标追踪的同时 收集其运动轨迹 然后 筛选场区施工人员行动轨迹 基于 算法构建施工人员轨迹预测模型 实现施工人员轨迹预测对未来不同时刻的运动轨迹进行预测 最后 基于 电子围栏 对危险区域进行标记 判断预测后的轨迹是否处于风险区域当中 从而实现靠近危险区域的危险行为预警 在一定程度上预防不安全行为的发生 靠近风险区实时预警方法关键技术 总体技术架构鉴于现有人员危险行为的管理通常集中在事件发生中或之
7、后 本文提出了一种预先管控的方法该方法可以在施工人员实际进入危险区域之前 预测并预警其潜在的入侵行为 有效避免报警不及时而导致在危险区域内发生安全事故 基于计算机视觉和深度学习的施工人员靠近风险区实时预警模型如图 所示 主要由 个模块组成 包括:基于改进 的多目标追踪模块、基于 的 轨 迹 预 测 模 块、以 及 基 于 的靠近风险区预警模块 本文所提出的实时预警模型能有效预测施工人员轨迹 结合风险区电子围栏进行风险分析与预警 有效保障施工人员作业安全 改进的场区施工人员多目标追踪方法是目前主流的一种多目标追踪算法 基于 多目标追踪思路 在 图 靠近风险区实时预警总体技术架构设计施工水利规划与
8、设计 年第 期算法的基础上增加外观信息度量 并结合运动信息避免目标 切换过多 同时 目标检测模型的精度直接影响 算法对施工人员追踪的准确性 为了实现准确的施工人员目标追踪 良好的施工人员目标检测模型必不可少 本文提出的改进 的多目标追踪算法通过 损失函数替换 损失函数(如公式()、()所示)、增加小目标检测层和引入 注意力机制的方式改进 算法 并以改进的 算法作为 算法的检测器 改进 算法中重新设计了通道和空间注意力子模块 将 模块嵌入每个网络的末端 ()()式中、预测框与真值框 形状成本考虑角度成本后 重新定义的距离成本其次 算法引入级联匹配 通过计算预测目标与检测目标之间的马氏距离()和余
9、弦距离()获取代价矩阵 从而提高了目标匹配的精度()()()()()()()()()()式中 第 个目标框的检测值 第 个跟踪器对目标的预测值 检测值与预测值之间的协方差矩阵 神经网络提取的第 个目标的特征向量()第 个跟踪器历史 帧中追踪结果的特征向量 综合考虑两种度量 求得代价矩阵:()()()()()()式中 调和因子 用于平衡马氏距离与余弦距离 当代价矩阵 满足两种距离阈值要求时匹配成功 场区施工人员轨迹预测方法施工人员轨迹预测问题与行人轨迹预测相似主要针对其二维空间坐标在一定时间内的变化 并通过利用施工人员前一段时间的轨迹来预测未来一段时间的运动轨迹 施工人员的运动轨迹不仅受自身主观
10、影响 还受周围其他人、机械等物体的影响 传统的轨迹预测算法通常采用各种聚合方法而本文采用的 算法则以图模型的方式代替聚合方法实现建模交互 引入周边人员、机械等物体的相互作用关系 准确度和推理速度有了极大提升 模型主要由时空图卷积网络()和时间外推卷积网络()组成 模型结构如图 所示 前者用于提取施工人员轨迹特征 后者用于预测施工人员未来的运动轨迹 具体流程如下:()时空图构建 模型同时从空间域和时间域两方面进行特征获取 在空间域构建方面 为反映场区施工人员之间相互影响 模型中以施工人员为节点 用边来模拟施工人员间的交互关系 以公式()所示核函数计算 时刻施工人员()间的相互影响矩阵元素 进而得
11、到场区施工人员空间图/()其次 采用相同方法构建时间图 时间图矩阵内的边信息为同一施工人员在一段连续时间内的空间厚实距离加权值 如公式()所示 即边信息不再存储不同施工人员间的关系/()()二维时空图卷积处理 为获取时间轴特征 对输入的时间序列邻接矩阵进行堆栈处理则时空图卷积过程可表示为公式()由此可得场区施工人员轨迹的时空特征矩阵()()()()式中 其中 时刻代理的邻接矩阵单位矩阵 时刻 矩阵的对角矩阵()第 卷积层内施工人员节点矩阵()第 卷积层可训练参数矩阵图 模型结构图 年第 期水利规划与设计设计施工 ()时间外推卷积处理 由 处理时序序列数据 按照时序信息进行一维卷积操作 通过因果
12、卷积记录并利用轨迹的时间信息 预测场区施工人员行动轨迹 场区施工人员邻近风险区预警基于场区施工人员的预测轨迹 使用 掩膜来识别和提取危险区域 建立电子围栏由于增加 掩膜会使危险区域外的场景不进行目标检测 降低改进 目标检测算法的精度 因此本文在保留危险区域标注的同时去除遮盖效果 使算法仍可对其他区域进行目标检测同时 基于场区施工人员的预测轨迹 采用 算法 判断预测轨迹坐标是否处于风险区电子栅栏内 一旦预测轨迹处于风险区内执行预警处置 实验和结果本文以我国西南地区某在建大()型碾压混凝土坝工程进行实证分析 该碾压混凝土坝由挡水坝段、表孔坝段、进水口坝段和坝后电站组成 共分 个坝段 实证分析包括施
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 场区 施工人员 靠近 风险 实时 预警 方法