移动定位技术支持下的基建施工作业人员管理系统

蒋 维，张 亮，张 源，崔 滢

（1.宁夏超高压电力工程有限公司，宁夏回族自治区 银川 750011；2.国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏回族自治区 银川 750011；3.宁夏中科恒瑞智能科技有限公司，宁夏回族自治区 银川 750011）

基建工程规模较大，具有作业环境复杂、施工任务繁杂、人员流动性大等特点，给工地作业人员管理带来了困难。引入移动定位技术对现场人员进行实时定位，可以掌握人员动态，提高基建施工信息化和智能化管理水平，为人员作业安全提供保障。因此应加快基建施工作业人员管理系统研究，为全面提高工程现场管理水平提供有力技术支撑。

1 基建施工作业人员管理系统开发需求

在基建施工现场，涉及的施工专业、队伍和人员较多，每天将有多达数百乃至上千的人员在现场流动，给人数统计、核实等作业的开展带来了较大难度。在人员分布不明的情况下，难以掌握各区和个作业面的人员投入情况，将给人员动态调配带来困难，出现人力资源利用率不高的问题。而大量人员在现场的各个角落作业，单纯采取视频监控、临边防护等措施无法掌握人员动态，即便人员进入危险区域也难以及时发现隐患，导致现场人员管理面临一定安全威胁。针对这些问题，开发基于移动定位技术的人员管理系统，能够对现场施工作业人员进行定位监测，动态掌控人员位置、身份等信息，为开展考勤管理、安全管理等各项工作提供有力依据。在信息化手段支撑下，利用系统全面掌握人员进出场信息，对人员到位情况进行追溯管理，加强安全生产制度落实情况检查，能够高效开展人员管理工作，提高现场安全管控水平，为实现基建工程效益最大化目标提供保障。

2 基建施工作业人员管理系统开发方案

2.1 系统架构分析

结合系统开发需求，将配备移动定位芯片的智能穿戴设备当成是依托，借助智能终端进行人员位置、身份信息的实时采集。将安全帽当成是载体植入RFID智能感应芯片，通过扫描设备和无线网络获取芯片中的信息后，将信息上传至云端。经过算法分析后可以得到人员定位信息，并借助手持终端设或智能手机获取信息，达到加强现场施工作业人员可视化管理的目标。结合人员管理需求完成系统主要功能模块开发，将系统划分为人员定位、身份识别、考勤管理、安全管理等模块划分。其中，人员定位模块负责对现场读卡器传送来的信息进行处理，确保人员位置信息可以在系统界面自动显示。身份识别模块负责对人员身份信息进行管理，可以通过模块登录系统对人员基本信息进行登记、编辑、查询等操作，可以生成人员身份ID和编码数据，从而对照现场采集到的信息识别人员身份。考勤管理模块可以根据施工现场电子标签信息记录人员出勤情况，可以根据记录生成时间对固定时段施工现场人数进行统计管理。安全管理模块能够同时接收人员定位信息和视频监控系统报警信息，实现预警、应急操作等功能，为现场安全管理人员开展工作提供支持。

2.2 系统硬软件设计

2.2.1 硬件设计

在系统硬件设计上，应确认选择的硬件可以在恶劣施工环境下保持正常工作，同时确保现场设备能够准确识别信息，不会出现信息漏采、漏发等问题。选用RFID系统，采用的无线射频技术接近于雷达技术，能够凭借电磁信号空间耦合特性自动对目标物上的电子标签进行识别，不会受到粉尘等外界因素干扰，能够满足硬件设计的实用性、可靠性等要求。从RFID系统构成上来看，包含电子标签、读卡器、应用系统。其中，电子标签由控制器、存储器、天线、电源等硬件构成，读卡器由射频模块、天线、时钟、电源等硬件构成，应用系统由中间件和数据库系统构成。为提高硬件集成度，降低智能安全帽终端的功耗，选用MT2502芯片对电源、FM接收器、射频收发器、蓝牙、RAM等功能进行集成，可在2.4GHz频段进行无线信号收发。作为系统级芯片，MT2502尺寸仅5.4 mm×6.2 mm，可以轻松移植至安全帽中，解决硬件安装空间过大的问题。在读卡器与应用系统通信方面，利用内置通信模块和移动SIM卡实现4G通信，将数据上传至云端数据库存储，并通过与基站LBS建立连接获取GPS卫星信号，实现人员位置信息定位。此外，对4G高清视频系统进行集成应用，负责采集现场视频和报警信号，通过编码、上传后对照人员定位信息确认人员是否靠近深基坑等高风险作业区域，及时向双向对讲机发送预警信号。

2.2.2 软件设计

在系统软件设计上，采用B/S三层架构，如图1所示，能够直接通过广域网和Web浏览器与云端数据库连接，轻松进行数据访问和下载，可以为系统维护、升级提供便利。具体来讲，将系统划分为应用层、业务逻辑层和数据访问层。其中，应用层负责提供交互界面，确保用户能够通过界面操作实现信息化管理。业务逻辑层用于处理用户应用请求，利用各模块进行业务操作和逻辑运算，并将结果反馈给移动终端。数据访问层能够响应上层数据访问请求，将信息反馈给逻辑层进行处理。从软件操作流程来看，基建施工现场管理人员可以通过浏览器登录系统，在弹出的界面输入用户名和密码，在通过身份验证后跳转至主界面，通过按键操作等方式查看系统采集到的施工作业人员信息。采用C#语言进行界面设计，能够实现可视化编程，在接收现场终端发送的信息后提取坐标信息，生成电子图反馈至客户端。在系统开发环境下，利用GDI托管类进行图像绘制，能够完成透明渐变、拉伸处理等操作。按照步骤首先将创建Graphics对象，完成直线、标号等图形绘制，然后在窗体Paint事件中获取对象，然后通过绘制直线方法确定形状、宽度等参数，最终可以生成可视化界面。

图1 系统软件层次结构图

3 基建施工作业人员管理系统开发实践

3.1 工程概况

某基建项目面积达2.5万㎡，包含16栋建筑单体，高度在26～32层之间不等。由于工程工期紧张，需要在现场不同区域进行平行施工，导致交叉作业较多，现场人员较多，给施工组织管理留下了安全隐患。为保证工程如期完成，且达到较高的安全文明施工和质量管理要求，需应用人员管理系统为现场管理工作开展提供支持。

3.2 系统实现

3.2.1 实现方案

开发施工作业人员管理系统，需提前对工程施工人员信息进行收集、整理，建立信息库和生成对应的电子标签信息。通过将信息植入到智能安全帽的芯片中后，确认通过读卡器能够正常识别方能派发至人员手中，保证人员和指定设备绑定，做到准确采集人员信息。按照系统设定，智能安全帽每5 min将上传一次信息，便于管理人员及时了解人员位置动态。在系统实现过程中，关键在于保证现场终端设备可以与数据库顺利完成数据交换，满足施工现场信息化管理需求。选用MySQL数据库，能够为各种操作系统提供支持，确保快速响应各种终端操作，为用户提供优质服务。该种数据采用开放的源代码，用于对人员身份证、位置和设备等信息进行存储和管理的过程中，为保证数据完整、有效，需确保建立的数据库表和实体类对应。采用E-R关系模型，能够通过实体关系图进行类与类关系的表征，理清各种数据表的关联，为实现数据存储、修改和查询等操作提供支持。为保证系统数据安全，采用非对称加密技术进行数据处理，确保数据能够在云端安全、可靠存储。通过移动终端对数据进行访问时，需要采取层级访问措施，确认核心数据不能修改，然后加强账号权限的把控。遵循实名制原则，赋予用户对应的数据访问权限，能够保证系统数据的完整性、可用性和安全性。

3.2.2 功能实现

在系统功能实现阶段，应用系统首先可以对施工作业人员身份进行识别，方便加强工地封闭管理。工程施工班组多达30个，登记人员超出了1 600人，在用工高峰现场同时作业人数达800人，每天进退场的人员较多。为避免施工人员在进出各施工区的过程中排队登记，在作业区门口、单元楼洞口、塔吊作业区、深基坑作业区等关键位置部署读卡器，在人员佩戴智能安全帽进出的过程中可以自动进行人员身份识别，上传至云端与数据库中数据对比，按照班组、工种等进行人员归类，在系统主界面上显示各区各班组、工种的人数。点击各工种，可以进一步查看具体的人员身份信息。利用系统对现场各工种人员数量占比进行统计，能够掌握人力投入情况，结合各区域生产任务优先级进行人员调配，保证施工作业能够高效开展，如图2所示。

图2 各工种人数统计

其次，应用系统进行人员定位，可以进行跟踪管理。在作业面进行定位终端的网格化部署，可以在人员进入固定区域时记录相关信息，上传至云端后将生成移动轨迹。在工程施工期间，施工队长可以提前通过手机登录系统查看负责区域的人员到位情况，无需到各作业区进行人员盘点，即可了解现场人员数量变动情况，并掌握人员进出场等信息，随时查看到人员位置信息，使中途离队等行为得到有效约束。

再者，应用系统实现考勤管理，能够在“无感”的条件下自动开展工作，保证人员在用人高峰期迅速进入现场作业，有效提高现场施工效率。在具体应用时，为保证考勤数据得到准确记录，需要详细进行各作业区划分，通过分区考勤实现人员精细化管理。系统在记录人员出勤信息时，将对人员在作业区内的出勤时长进行统计。在人员需要在各作业区穿插作业时，系统可以生成活动轨迹，出勤管理人员则可以根据人员调度情况进行确认，保证精准统计出勤情况，避免出现劳务纠纷。按照现场管理规定，人员在进出各区域时应按规定佩戴安全帽，禁止携带他人安全帽，因此能够避免出现代人打卡情况。

最后，在安全管理方面需要使系统与现场的监控设备、电子围栏联动，确保管理人员可以通过汇总现场信息及时发现隐患和采取应对措施。具体来讲，就是将人员身份识别和定位信息当成是基础，按照设定仅特定工种人员可以进入危险施工区作业，而系统一旦发现未授权人员靠近危险区，将立即向管理人员配备的移动终端设备发送信号。管理人员通过登录系统，可以查找对应监控区域的视频，发现存在安全隐患立即通过按键输入预警信息，确保电子围栏可以发出语音提示，要求人员远离该区域。此外，在发现人员超出规定时常未离开指定作业区，也将向管理人员发送通知。登录系统查看滞留人员的移动轨迹，确认人员所在位置后，可以通过监控摄像头查看人员状态，发现异常及时发送SOS求救信息，提醒周围人员立即施救，有效保证人员的生命安全。

3.3 应用成效

从系统应用情况来看，工程自引入移动定位技术对现场作业人员管理以来，283 d内产生的考勤等记录多达10万条，生成的人员轨迹记录多达百万条，生成的预警记录则达到了800条以上。在日常管理中，系统多次发出预警信息，帮助管理人员及时消除了人员违规作业带来的安全隐患，有效预防了安全事故的发生。根据现场管理人员反馈可知，应用系统进行人员定位，能够为日常巡检、人力调配等各项工作的开展提供帮助，有效提高了现场作业效率。

4 结论

在基建施工管理方面，应用移动定位技术开发作业人员管理系统，能够通过配备智能安全帽和建立RFID系统采集人员身份、位置等信息，为实现人员出勤和现场安全管理提供可靠数据。在系统开发过程中，结合实践应用需求合理进行各种功能的设计和实现，体现系统可靠性、创新性等特点的同时，可以推动工地管理向着智慧化的方向发展。