智能工地可视化在管道施工管理上的应用探讨

张孟凯 程方超

中核工程咨询有限公司 北京 100071

1 智能视觉发展的必要性

对长距离油气管线施工现场面积大跨度的特点和工程数量、低效率的信息数据传输，困难的材料分配和管理，使管道建设和管理风险大的施工安全控制成为最重要的。加强施工过程中的监督检查，增强参与方的安全意识，完善施工制度，是提高施工安全效率，正常推进施工进度，保障人身安全的必要措施。在油气管道施工中，施工场地面积大，操作要点多。虽然多通道视频同时录制，但施工过程和施工质量可以通过视频录制进行追溯和验证，但没有智能可视化，导致大量的人工实时判断工作。随着人工智能和物联网技术的发展，视频监控可以从多维的角度进行。提供技术支持，业务经理在数据分析中，远程合作，安全预警，等现场工作的管理和控制整个过程实现施工过程可以追溯到，施工质量可以验证，可以将项目风险预警管理目标、制度建设过程管理的实现[1]。

2 应用可视化智能网站

2.1 人的多维特性和行为识别系统

实验表明，人类视觉监测有效时间只有20分钟很难监控人类大规模的监控录像，所以它变成了一个热门研究课题，分析由计算机智能视频中对象的行为。近年来，基于深度学习的人体骨骼关键点检测取得了重大突破。通过人体骨骼关键点对人体姿态的描述和对人体行为的预测，可以对施工现场的许多安全问题进行预警。人体骨骼关键点的检测主要是对人体的一些关键点进行检测，如关节、面部特征等。通过关键点对人体骨骼信息的描述，可以预测人体的行为状态。基于身体识别的应用分为几个大类：

（1）视频结构化分析。主要对与人相关的信息进行结构化视频处理、提取和结构化存储，用于后视、检索和挖掘分析。

（2）人的统计识别分析。主要实现了数量统计、人口密度、人类活动等统计分析。

（3）人类异常行为分析。主要实现了入侵检测、异常运行、非法跟踪、在职等异常行为分析。

（4）人体姿态标准化分析。主要对一些指定行为规范或着装要求进行检测，不符合行为规范的提取和报警。目前，油气管道施工中的行为识别主要是统计识别分析、异常行为分析和姿态标准化分析。具体识别：识别工人人数，是否戴帽，根据帽来识别工作类型，入侵检测，异常运行，非法尾随等[2]。

2.2 分析智能工地可视化行为结构

由于智能施工现场可视化开发时间较短，受需求和现状的制约，目前大部分现场可视化系统应用比较零散和孤立。例如，基于人工智能的行为分析系统不与人员访问控制系统交互，这意味着行为系统检测到没有正面面孔的人，没有特殊的统一身份识别将无法识别个人。同样，在目前的行为识别系统中，摄像头之间也没有直接的通信和连接，由于施工现场的障碍物以及监控摄像头的摄像头位置的变化，使得对人的跟踪无法连续计算。这些困难导致了施工现场人员行为分析的片面性，甚至导致误判，降低了行为分析的有效应用和推广。构建较为理想的智能施工现场可视化平台有以下几个条件：

（1）具备三维、二维数字施工现场图纸的基本支持，目前基本可以实现。

（2）可在一些重点或试点项目中实现的关键位置或过程的全站范围的气候传感器、环境传感器的实时支持。

（3）所有场址关键要素的实时地理位置数据采集，由于缺乏对其重要性的认识，这种情况目前可能没有得到充分的发展。

（4）关键位置和关键过程的视频实时采集，这一条件在许多试点项目和重点施工现场得到了推广。3d绘图和2D绘图允许可视化平台的显示具有数字双胞胎的基本支持。场地的建设过程变得三维和确定性，通过2D图纸和3D图纸的虚拟呈现，易于可视化和注释。通过放置在现场的智能环境传感器实时收集来自视频的实时地理信息系统数据。

2.3 智能工地可视化建设场景应用

建筑工地固定摄像机在不同地点（室外和室内），通过人工智能拼接或鹰眼改变正确的角度实时现场所有工人和机器的位置反映在视觉实时监控平台，网站可以一眼就看到。除了固定摄像机记录外，还可以实时跟踪人员运动轨迹的Gis数据，实现动态跟踪和记录。通过保安经理的帽子上的摄像头，从保安经理进入现场的大门，到处都形成了动态的跟踪和记录。现场人员的实时地理位置分析为判断人员的操作是否合规提供了充分的条件。借助视频，可以实时反映施工现场的现场情况，并进行实时预警和分析。如不明身份的人闯入、未经授权进入禁区、非法作业等，都可以对其进行记录、监控、追踪。例如，管道焊接过程监控是管道施工的核心质量控制点。视觉行为分析系统可以识别每个人的具体身份和工作场景。例如，质量主管是否存在，员工的位置，确认身份和资格的焊接工人，天气条件的焊接工人操作时，工作位置，焊机是否按照工序操作，焊接机是否符合要求，电流和电压条件下，是否速度是正常的，通过传感器实时记录和分析焊缝的物理状态，有效地指导和预警管道焊接质量。

3 智能施工现场可视化的发展

第一阶段是现场放置摄像头，在施工办公室设置安全监控室，并指派专人进行视频监控和安全管理。第二阶段是人工智能的发展，将一些简单的人脸识别技术、行为识别技术和自动报警技术应用于智能站点可视化。随着网络技术的发展，我们也可以采用多种监控手段，视频接入监控单元进行远程监控。在第三阶段，将使用无线甚至卫星网络来监测整个场址。人工智能技术将现场的人类行为、机器操作的各种数据、环境参数等实时传输到上级中心或总部。各部门都可以实时关注甚至介入管理，实现真正的“运筹千里之遥”[3]。

4 结语

智能施工现场的实施难以说明质量控制的必要性。相信在不久的将来，卫星通信、5G技术和更加成熟的施工现场智能设备将为施工现场智能化可视化提供技术支持，成为石油工程施工过程中合规、安全、质量、效率的管理措施之一。