基于视频GIS的小型基建智能监控系统构建

2018-03-06李明勇陈健毛鹏胡

现代测绘 2018年1期

李明勇陈健毛鹏胡斌

(1.国网江苏省电力有限公司,江苏南京210024;2.南京林业大学土木工程学院,江苏南京210037;3.南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,江苏南京210023)

0 引言

小型基建是为生产经营服务的生产建筑物、生活福利设施和设备设施,是不直接产生经济效益的非经营性基建项目。在小型基建建设中,项目施工的进度和安全监控一直是施工管理的重点内容。长期以来,管理者一直在寻找新的管理方式,以便能更加智能化地进行现场施工管理,降低管理者劳动强度,提高管理工作效率。随着现代化信息技术和手段的日益更新,越来越多的建设工程施工管理新模式应运而生,特别是近年来地理信息系统与视频结合产生的视频GIS出现,因其获取了具有空间定位信息的视频数据,并能在单帧影像解析基础上进行空间量测和空间实体三维建模,为不同行业领域提供了最基础的信息框架、统一的地理参考和集成的地理环境信息平台和分析平台。将视频GIS引入小型基建项目中,在传统视频数据中加入3D地理环境数据,构建视频GIS监控系统,将虚拟地理环境等先进技术与监控视频有机融合,加强与小型基建施工现场环境的耦合分析,能有效提高视频分析的广度和深度,增强对现实场景的感知与监控能力,进而可提高施工过程中建设工程项目管理的效率,改变施工监控相对落后的局面。

本文将从建立视频GIS小型基建智能监控系统的可行性、系统架构、系统功能3个方面进行详细阐述。

1 系统必要性和可行性

1.1 小型基建项目管理需求

目前小型基建项目在管理上存在一些不足,主要表现在以下几个方面[1-3]。

1.1.1 管理模式不合理

我国建筑工程的管理模式仍然带有很强的计划经济色彩,以行政和硬性指令来代替科学的管理方法。比如工期制定方面,对总体规划不够重视,各种计划不科学、主要靠积累的经验定工期;项目管控方面,在企业内部对项目管控缺少完整控制体系,主要凭经验积累和主观能动性,管控的主要手段是检查工作,但检查一般是等待任务结束以后才能进行,会造成既成事实;材料采购方面,目前建筑企业多采用大批量集中采购方式,缺乏灵活性,大宗材料一次购入量大,既占用资金又占用场地,零星材料又得频繁采购,明显增加成本。

1.1.2 信息化技术应用不足

建筑工程是一种分工精细以及劳力密集的行业,具有施工人员众多、工序繁复、流动性大等特点。每一建筑工程都有数量庞大的图纸、施工记录等资料,快速进行归档、分类、查询、检索这些资料已成为急需解决的问题;共享设计信息资源,快速、准确地协同设计与施工,使建筑工程建造工作流程自动化是当务之急。因此,迫切需要采用先进科技、强化科学管理,加速信息化进程。

1.1.3 法律法规不健全

我国关于建筑工程的法律法规不完善,还不能做到工程管理科学化、规范化、标准化,且大多数勘察设计、施工、监理企业都未建立与工程总承包及项目管理单位相对应的组织机构和项目管理体系,也未建立系统的项目管理条例,缺乏全面的法律法规。

1.1.4 管理人力资源缺乏

建筑工程管理人力资源在建筑施工过程中占有主导地位,特别在一些大型国有企业中,小型基建项目多,而管理人员严重短缺,这将严重影响管理效率,甚至影响小型基建工程质量。

1.1.5 工程管理安全意识薄弱

当前小型基建工程建设中,由于部分施工人员安全意识薄弱,常常引发安全事故。而随着人们生活水平不断提高,安全意识开始增强,因此,需要有较好技术手段保障施工人员安全。

针对以上不足,笔者采取实地考察和问卷调查方式,对相关部门管理人员进行调查。通过调查发现有92.31%的被调查者希望建立小型基建智能监控系统,其中69.23%的被调查者希望创建的智能监控管理体系能够实现施工现场全天候智能化监控(分析、预警、反馈以及应急控制),有67.69%的被调查者希望将视频GIS与BIM技术相结合,实现一体化信息管控体系(图1—2)。

图1 小型基建智能监控的期望度

图2 智能监控管理的期望形式

由此可以明确知道小型基建项目管理人员迫切希望建立基于视频GIS的小型基建智能监控系统,从而论证了建立该系统的必要性。

1.2 视频GIS技术可行性

视频GIS技术已发展近20多年,有很多国内外单位研发出了视频GIS系统,如Video Mapper公司的VideoMapper系统,IBI组织的RouteMapper系统,日本岩根研究所的VideoGIS影像地理信息系统,南京师范大学的可定位影视直播系统。视频GIS技术目前在安保、交通等领域已有广泛应用,它将动感的影像和地理信息相融合,从人类的常规视觉角度出发,以主动便捷的数据获取方式为人们了解客观世界提供了新的途径,同时,也极大丰富了GIS在数据获取和视频浏览、建模分析方面的能力,其主要特点如下[4-7]。

(1)真实性。视频GIS记录的是现实世界本身而不是某种语义抽象,给人以真实感。

(2)动态性。视频GIS改变了传统GIS对世界的静态表达,为用户提供了动态视频。

(3)侧面看世界。视频GIS的数据是采用侧面看世界方式采集地物信息的。

(4)数据易获取、易更新。传统三维建模方式比较复杂,尤其是三维GIS研究中的通用型三维空间数据模型一直未得到很好解决,而视频数据获取方便,且易更新。

(5)视频可量测。视频图像中蕴含了地物丰富的空间信息,尤其是高度信息,视频GIS可以在视频图像上实现对地物的量测功能。

(6)互动性。视频GIS具有视频和电子地图之间的互动功能,电子地图能实时反映播放中视频画面所处的地理位置,视频亦能实时对应于电子地图上的任意位置。

(7)实时性。视频GIS通过无线网络通讯技术实现视频直播。

因此,利用视频GIS可量测性、自动检索和自动报警等特点,针对小型基建项目开发视频分析系统软件进行小型基建施工智能监控、推行信息化管理、提高管理水平,在技术上是成熟可行的。

2 系统架构

2.1 设计思路

基于视频GIS的小型基建智能监控系统是利用视频技术和网络技术将现场视频影像实时传送到监控中心,监控中心根据在地理信息系统软件上开发的视频图像处理软件,实现自动识别、可量测、自动预警等功能,对工程建设过程中的安全、进度、质量等内容进行实时监控管理的技术。其最大特点是把电子地图功能和视频监控功能相结合,解决这两个功能独立运行的缺陷(图3)。

图3 基于视频GIS的小型基建监控系统拓扑关系图

基于视频GIS的小型基建智能监控系统具有以下特点:①电子地图上显示每个视频监控点的准确位置和覆盖域;② 点击电子地图上的监控点,实现视频图像到相应监控图像的实时切换;③ 双击实时视频图像电子地图,立刻切换到目标位置,并高亮显示地图上的监控点;④ 通过点击“显示监控点详细信息”按钮,显示监控点具体位置、周围建筑和道路情况、监控点ID、监控点所属监控室、目前值班人员姓名电话等信息;⑤ 在视频增强虚拟场景中融合显示实时和历史视频;⑥ 视频“防火墙”设置、监控与预警;⑦ 多视频传感器网络布设与优化;⑧ 多视频传感器协同监控与预警;⑨ 支持电子地图基本功能,视频图像显示基本功能,用户数据处理基本功能等常规功能,通过本系统,监控人员可以准确、全面、迅速、实时地了解监控摄像头的位置、覆盖范围、发生的突发情况以及周边环境的详细地理布局等有用信息,并在三维环境中增强展示;⑩ 在接到警情以后,系统可利用电子地图系统快速确定位置,得到周围道路、建筑物等信息,并根据多传感器网络布设情况进行协同监控,供指挥处理人员参考,与此同时还可以通过信息数据库系统检索该位置的详细资料,以便根据实际情况确定相应措施,方案确定以后,指挥人员根据实际情况下达命令,处理突发事件。

2.2 总体设计

根据视频GIS的功能特点和小型基建施工全过程的内容,基于视频GIS的小型基建智能监控管理平台总体设计方案如下所示(图4)。

图4 基于视频GIS的小型基建智能监控管理平台总体方案

基于视频GIS的小型基建智能监控管理平台架构如下所示(图5)。

图5 视频GIS监控管理平台系统架构图

系统构建视频GIS技术支撑融合平台,综合基于视频GIS的监控视频目标识别、跟踪和预警方法、多视频传感器网络协同监控方法和施工现场虚拟3D场景与监控视频融合表达方法,对小型基建进行分模块智能监控,实现小型基建项目实施过程中最优的目标管理和非目标管理。

3 系统功能

小型基建项目建设过程中主要有进度管理、安全管理、质量管理等内容,因此小型基建智能监控管理平台设计的功能模块如下所示(图6)。

图6 基于视频GIS的小型基建智能监控系统功能示意图

系统功能具体说明如下。

(1)基础功能模块

主要有视频播放、视频几何量测、电子地图浏览、实时数据保存、用户抓拍上传、数据分类与检索、视频增强场景、视频巡逻(图7)等常规视频GIS功能。

图7 基于视频覆盖域制定巡逻方案

(2)专业模块

专业模块主要有安全管理、质量管理、进度管理、环境管理、施工信息管理等。例如安全管理模块中,当不在施工名单的人员或车辆进入施工区域时,相关人员会收到侵入警报,并提示警报原因以及被入侵场地,同时自动保存相关视频信息作为证据。进度管理模块中会将建筑物的设计三维模型与视频三维模型叠加,自动控制施工进度(图8)。