基于5G施工现场智能可视化监控技术应用

岳军政，李泽政，侯庆敏，杲永亮

(中国建筑第八工程局有限公司，山东 济南 250000)

随着我国市场经济的高速发展和信息化水平的不断提高，建筑业也随之开始进行数字化转型升级。由于现场施工环境复杂、露天作业多、人员流动性大，施工现场管理难等建筑业自身特点，安全事故仍频繁发生。具有关键作用的5G技术凭借其超高速率、大带宽、低时延、高可靠等特性应用于建筑业各施工现场业务场景，能推动建筑施工现场管理的可视化、智能化和精细化，同时也会大幅度降低施工现场安全事故的发生。

建筑行业对现场管理的可视化、智能化有着尤为迫切需求，而5G技术的普及为其智能化、可视化提供了坚实的基础。通过5G技术的应用对施工现场搭建信息传感系统设备，对施工现场的各种信息可以快速传输到项目管理中心，进而实现对施工现场的可视化管理。施工现场管理的动态性、时效性以及精准性较差，传统的建筑现场管理依旧是以静态的管理为主，依赖人工监管，缺乏智能化的管理手段来对施工现场的信息实时采集与传输以及实时的现场安全监控。

为了解决相关研究中表现出的上述问题，该研究设计了一种可以助力于现场管理的基于5G网络的员工识别、定位视频监控系统。

1 5G技术在施工现场智能监控可视化系统的应用

根据施工现场管理需求，大部分施工工地部署了基于可见光及近红外线摄像头的安防监控系统和工地主要出入口和重点施工地点出入口的射频刷卡系统。利用这些系统基于5G网络的大带宽低延时物联网数据，可以实现更多扩展功能，具体施工现场5G智能监控示意如图1所示。

图1 施工现场5G智能监控系统示意图Fig.1 Schematic diagram of 5G intelligent monitoring system in construction site

由图1可以看出，所有摄像头和射频系统均通过5G网络连接到相应的数据管理主机，数据管理主机向人脸识别系统、人员定位系统、考勤管理系统、体温监测系统提供数据支持。体温监测系统早期用于户外超高温或超低温环境下的施工人员生命安全保障管理，在新冠疫情期间，该数据作为施工现场工作人员的防疫辅助系统提供服务。在没有5G网络支持的情况下，一般有2种技术路径：一是安防监控摄像头数据仅可用于安防巡视，无法向其他系统提供必要数据；二是设备采用有线网络(以太网或光纤网)传输数据并服务上述系统，这就导致施工现场接续过程中相关设备被频繁拆装，影响接续工期。

施工现场临时有线局域网的单线带宽约为双向100 Mbps，高速光纤临时局域网的单线带宽约为双向1 000 Mbps，临时WIFI全覆盖的通信带宽并不稳定，一般在50～200 Mbps；但5G网络的理论单线带宽约为10 Gbps。且5G网络无需施工现场管理人员反复重新部署网络硬件设施，使用5G网络会大幅度减少现场管理工作量且减少了因为反复部署管理网络带来的网络不稳定性和网络安全问题。

2 该监控系统的主要功能及仿真验证

施工现场管理的核心任务是工艺接续。工艺接续管理的核心任务是确保指定人员在指定地点安全且保质保量完成工作任务，该监控系统以基于5G视频信号的人脸实时识别技术为核心技术，实时分析建筑施工现场每个作业点的工作人员身份，识别非工作人员和体温异常工作人员，及时作出预警。如果与倾斜摄影(Smart 3D)技术相结合，还可以形成施工现场的实时进度三维模型，导入到建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)系统中，进一步实现施工现场数据的全面可视化。

一般模式下，不考虑BIM三维建模需求，仅从前文图1数据可视化目标分析，相同数据可视化挖掘架构下，以工地WIFI通信系统为参照组，比较二者的数据运行参数，具体如表1所示。

表1 工地5G网络与WIFI网络运行参数比较表Tab.1 Comparison of operating parameters between 5G network and WIFI network in construction site

由表1可知，敏感度数据指机器人识别算法运行结果中真阳性数据在所有阳性数据的占比，用于评价识别准确率。背板带宽指汇聚层交换机的实际运行带宽，总吞吐能力指通过核心交换机所有端口的总数据带宽。丢包率指考察时间窗口内被要求重发的数据包在总数据包中的占比，用于反映网络的稳定性。表1数据比较方法使用SPSS下的双变量校验，当<10000、<0.01时，认为数据具有显著的统计学差异。比较发现，虽然WIFI网络条件下相关识别任务的敏感度均达到了95%以上，超出业内公认的机器学习识别敏感度下限值，但5G网络条件下相关探头可以提供更大的数据量用于机器学习分析，所以其各项识别的敏感度均显著高于WIFI网络组(<10000，<0.01)。另外，5G网路的网络吞吐能力显著高于WIFI网路，且5G网络的基础通信基站由运营商提供，现场管理单位无需进行基础通信基站的布局，大幅度削减了管理成本和设备部署时间成本。

自2020年10月开始将工地中全覆盖WIFI管理网络升级成5G网络，至今超过九成职工经历过2种网络架构的应用环境。对125名使用过2种管理网络施工管理从业人员进行调查，要求其对网络的应用效果做出主观评价，满分10分，最低0分；计算平均得分，统计结果如表2所示。

表2 现场施工管理人员对5G网络可视化管理系统的评价结果表Tab.2 Evaluation results of site construction management personnel on 5G network visual management system

由表2可知，针对系统易用性、稳定性、网络安全性、管理效率等方面的评价，以及上述所有评价的总体均值形成的综合评价，工作人员给出的主观评价结果，5G网络均显著优于WIFI网络。因为使用5G网络在施工接续中无需重新部署基站设备，减少了大量现场管理的工作量，使得现场管理工作量减少，现场管理环节得到优化，且5G网络可以提供更大的数据量，造成可视化系统的实际算法效能有所增加(详见前文表1)，以上原因综合造成了现场施工管理人员对5G网络可视化管理系统的评价较高。

3 结语

该研究并未改变建筑施工现场管理信息系统的整体逻辑，将以往使用其他终端接入通信系统的监控终端设备的并网方式改为5G网络，大幅度提升了数据带宽，增加了监控数据量，使得监控可视化系统的整体可用数据量增加，监控可视化系统的敏感度增加。个案中之前通信系统为施工现场全覆盖WIFI通信系统，改为5G通信系统后，在网络稳定性、安全性、数据可视化敏感度和现场管理人员主观评价方面均获得了显著的统计学提升。后续研究将针对5G通信提供的数据环境进行针对可视化功能的深入开发，形成全新的智能监控可视化体系，如引入施工现场三维摄影施工进度建模等功能。