基于物联网技术的临边洞口报警系统研究

陈建飞 孙健 王华永

由于建筑行业具有规模大、周期长、高处及露天作业多、手工及繁重体力劳动多、现场临边洞口之类危险源多等特点，导致施工现场经常发生各类生产安全事故，造成的经济损失和人员伤亡远远超过了项目的承受能力。因此在传统安全管理基础上引入物联网技术来预防事故的管理思路就显得极其重要，而通过基于物联网技术的临边洞口自动感应语音报警系统，能够通过红外感应，即时语音提醒进入危险区域的人员，有效避免事故的发生。

一、研究背景

随着建筑业的快速发展，各类异形建筑以及超高层、新型建筑业逐渐增多，无形中给现场的安全管理增加了难度。

建筑工程主体施工过程中，出现的各种临边、洞口，都存在高处坠落的风险隐患，这就需要作业人员时刻保持高度的警惕，远离临边洞口。目前施工现场现有的措施都是搭设防护，并且经常对作业人员进行有针对性的教育、交底，提醒工人注意临边洞口。但是由于施工现场工人流动性大，入场教育及班前安全教育、交底未引起重视，或因工序安排不合理，现场存在工人随意拆除、破坏临边洞口防护的现象，加上个别施工人员安全生产意识淡薄，导致高处坠落事故频发，不但给死者家庭造成无法弥补的伤害，同时给企业造成一定程度的损失，甚至出现有悖离真相的负面信息通过媒体、网络传播的现象，影响企业的声誉，造成不良的社会影响。

：鉴于以上背景，除加强安全教育和现场安全管理外，有必要开展基于物联网技术的施工安全管理系统研究，通过现场勘测、建立模型、风险识别与报警等技术手段，建立一套临边洞口自动感应语音报警系统，通过引入物联网技术，提高施工现场安全监督管理水平。

二、物联网的概念

物联网是指以智能感知为前提，借助红外感应、超高频RFID技术、传感器等信息传输感应的设备实现对需要监控、连接、互动的物体或过程之类的信息进行收集，采集其声、光、热、电、位置等各种需要的信息，以通信或者网络等其他形式的接入，从而在物和人之间、人和人之间、物和物之间形成一个泛在的链接，实现对物体的智能化感知、人/物的定位、活动轨迹的跟踪、动态监控以及管理。物联网技术涵盖的范围非常广泛，包括具备智能识别的移动终端、楼控系统、城市监控系统等，结合贴着预先录入指定信息的RFID标签、条形码的运输车辆、食品、货物等，在有互联网等网络传输媒介的前提下，可以提供安全可控并且个性化的实时监控、运动轨迹定位、远程控制、调度指挥等服务功能，实现对各类物体的高效管控。

三、总体设计

1.总体架构

本系统总体架构如图1所示，主要由预警雷达、led灯带、语音报警器、主机控制终端、手机APP等5个部分组成。其中，预警雷达主要是利用红外感应原理，侦测采集进入危险区域的人员，将预警信息传送至主机控制终端。主机控制终端对危险等级识别，led灯带选用4色且每米最少72枚灯珠IP67材料。语音报警器支持自定义语音，模块化设计，支持并联并发，用于发出预警信号。手机APP主要接收预警信息，即时提醒现场安全管理人员。：：：：：

图1 工作原理图

2.预警雷达

预警雷达采用感应器级联技术，可360°全覆盖，具有距离盲区小、无速度盲点、高距离分辨力、良好的抗干扰性等特点，可以有效解决施工现场洞口大小、临边长度不统一的情况。针对位置信息，通过对预警雷达进行编号，管理人员可以快速判定危险信号发出的具体位置，系统自带防护自检装置，当防护失效时，同样向主机控制终端发出预警信号。当人员离开危险区域，预警雷达在指定时间内（10-60秒可调）没有侦测采集到人员红外数据，系统自动关闭，报警解除。

图2 参数图

3.预警信息输出

预警信息通过采用感应检测输出，分为灯光提示和语音提示。主机控制终端接收到预警雷达发出的信号后，根据预设的危险等级划分，向Led灯带和语音报警器、手机终端发出信号，Led灯带开始闪烁、语音报警器发出“您已进入危险区域，请注意安全”的语音提醒。管理人员根据手机接收到的预警信息，判定危险区域有无临边防护，采取相应的措施。

图3 自动感应报警系统安装效果图

四、临边洞口自动感应报警系统实践

建筑施工现场比较容易引发生产安全事故的原因除了施工工艺、设备设施故障以及现场安全管理上的漏洞以外，还与人不安全行为有很大关系，通过引入基于物联网技术的临边洞口自动感应报警系统，可即时对进入危险区域的人员发出预警，实现对进入危险区域的人员进行实时提醒，弥补管理的不足，安全管理人员通过手机APP收到预警信息后，第一时间对现场情况进行初步判断，迅速对危险源进行定位，根据预警等级，必要时报告项目经理，启动应急救援预案，调动现场应急救援小组人员，根据职责分工快速开展救援工作，从而有效降低发生二次伤害的可能性，减少事故造成的损失。例如当手机收到某处洞口报警信息时，管理人员可以及时对感知层传达的信息进行准确的判断，对发出警报的位置进行定位，并根据警报等级判断出危险等级，以便采取最有效的应急措施，提高应急工作效率。

五、结语

基于物联网技术的洞口临边洞口自动感应报警系统，实现了360度无死角感应，声、光、电一体报警，即时对进入危险区域的作业人员发出预警，告知其已处于危险区域，及时纠正不安全行为；同时该装置针对建筑工地特点设计研发，模块化设置，支持异形洞口防护，方便施工布设，工业级配件，绿色环保，可多次周转使用。此外，该系统后续可增加网络系统，通过中继段将预警信息发送到电脑终端，与BIM模型相结合，具备信息采集、人员活动轨迹跟踪等实用功能，其采集到的安全数据可为大数据分析提供基础数据支撑，实现本质安全，有效提升现场安全监管水平，为全面建设智慧工地推广打下了良好的基础。