一种基于图像处理的建筑施工用安全监控系统及方法

本发明涉及建筑工程领域，具体而言，涉及一种基于图像处理的建筑施工用安全监控系统及方法。

背景技术：

1、随着中国建筑工程持续朝大型化的方向发展，bim技术在中国的建筑施工中的应用已经非常广泛，bim技术为工程项目管理提供了新的方法，并且在某些项目工程管理中起到了较好的管理效果。但是bim技术在我国还处于起步阶段，尤其是bim技术在建筑工程安全管理领域的应用，具有非常重要的实现意义。

2、现有的基于bim的项目安全管理系统适用范围窄、兼容性差，通常是针对某些特殊场景建立的安全管理系统，而且对不同工程项目之间的安全管理信息的共享功能也非常欠缺，无法满足现代化建筑工程安全管理的需要。

3、如公告号为cn106372854b的发明专利公开了一种基于bim的项目安全管理系统，包括定向语音交底管理模块、质量信息收集以及质量验收模块、安全预警及施工记录模块、人员健康状态检测模块、现场人员动向监控模块和现场机械设备监控模块，其主要依托安全帽来实现对工程项目人员的实时监控，但是其无法对施工现场违规未佩戴安全帽或非法进入施工现场人员等进行管理，适用范围窄、兼容性差。

4、再如公告号为cn111507595b的发明专利公开了一种基于bim的工程项目智能动态安全监管系统，包括模型构建模块，用于根据工程项目的基本信息建立工程项目bim模型；项目管控模块，用于将工程项目的施工进度关联工程项目bim模型，形成工程项目4dbim模型；安全分析模块，用于根据工程项目4dbim模型分析其中的危大工程，并在工程项目4dbim模型中标记对应的危大工程信息；安全监管模块，用于对危大工程的现场施工过程进行监控，获取现场安全管理信息，并根据现场安全管理信息进行安全风险评估和安全风险管理。其虽然建立了4dbim模型并对危大工程信息进行了标记，但是其并没有记载如何对工程项目中出现的人员和设备带来的风险进行评估和预警相关内容。

5、此外，建筑工程安全管理的施工现场人脸识别也存在准确性差、而且施工人员在长时间施工过程中容易出现人脸变化而不易识别的问题，使得人脸识别在施工现场无法普及，相反普遍采取借助其他辅助识别工具进行人员身份识别的做法，如在人员衣服上粘附电子标签或在安全帽内置附有人员身份信息的电子标签；而人脸识别在施工现场的安全管理中最为直接，通过技术创新来实现其在施工现场的安全管理的应用十分必要。

技术实现思路

1、为克服现有技术中建筑工程安全管理存在的对建筑工程的安全管理系统适用范围窄、兼容性差、共享功能欠缺，以及人脸识别在施工现场过程中准确性差、施工人员在长时间施工过程中容易出现人脸变化而不易识别等的问题，本发明提供了一种基于图像处理的建筑施工用安全监控系统，包括控制中心、信息采集模块、安全风险警示模块、用户终端和存储模块，

2、其中控制中心，用于对信息采集模块收集的工程项目信息进行处理，形成安全监管措施方案，并实时评估安全风险；

3、安全风险警示模块，用于在施工过程中，出现安全风险时进行安全风险警示；

4、用户终端，通过有线或无线方式与控制中心连接，用于发送信息给控制中心或接收来自控制中心的信息；

5、存储模块，用于存储采集到工程项目的数据信息以及经数据处理后的数据信息；

6、信息采集模块，包括工程项目基本信息采集模块和施工现场信息采集模块；

7、所述工程项目基本信息采集模块，用于收集工程项目的基本信息，并将信息发送给控制中心；

8、所述施工现场信息采集模块，用于收集工程项目的施工现场信息，并将信息发送给控制中心；

9、所述工程项目基本信息采集模块采集的基本信息包括工程项目相关人员信息，其中所述工程项目相关人员信息包括姓名、性别、岗位、区域进出权限、设备操作权限和人脸图像信息；所述施工现场信息采集模块包括施工现场人员信息采集模块，所述施工现场人员信息采集模块包括现场常驻人员信息采集模块和临时人员信息采集模块，所述施工现场人员信息采集模块用于收集包括管理人员和施工人员在内的现场常驻人员信息，包括姓名、人脸图像、所在区域、执行任务类别；所述临时人员信息采集模块用于收集临时进出人员的信息；

10、所述控制中心内设置有人员人脸图像数据库和人员人脸图像识别模块；

11、所述人员人脸图像数据库内存储有工程项目涉及的所有相关人员的人脸图像集，且每个人的人脸图像集包括至少1张基本人脸图像和若干张辅助人脸图像，在进行人脸识别时，辅助人脸图像用于辅助基本人脸图像来进行人脸识别；

12、人员人脸图像识别模块，用于将施工现场人员信息采集模块采集的人脸图像与人员人脸图像数据库内的人脸图像集进行比对，识别采集的人脸图像对应的身份信息；并当匹配到人员身份后，将采集的人脸图像存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像；

13、设置人脸图像集，其中包括至少1张基本人脸图像和若干张辅助人脸图像，基本人脸图像主要用于对人脸核心部位的识别，即不容易随时间或外界影响改变的特征的识别，而辅助人脸图像则用于辅助基本人脸图像，以提高人脸识别的准确性。

14、值得注意的是，辅助人脸图像可以随时间动态更新，即对于匹配人员身份后，将采集的人脸图像存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像，这样可以避免施工现场人员人脸随时间变化而影响人脸识别的准确性的问题。

15、优选地，所述人员人脸图像识别模块，用于将施工现场人员信息采集模块采集的进入建筑施工区域时的人脸图像与人员人脸图像数据库内的人脸图像集进行比对，识别采集的人脸图像对应的身份信息；并当匹配到人员身份后，将采集的人脸图像存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像。

16、优选地，所述信息采集模块还包括工程项目施工进度采集模块，所述工程项目施工进度采集模块，用于收集工程项目的施工进度信息，并将信息发送给控制中心；

17、所述控制中心包括模型构建模块、项目管控模块、安全分析模块、安全监管模块；

18、所述模型构建模块，用于根据从信息采集模块获取的工程项目基本信息建立建筑工程bim模型；

19、所述项目管控模块，用于将从信息采集模块获取的建筑工程的施工进度关联对应的建筑工程bim模型，形成对应建筑工程4dbim模型；

20、所述安全分析模块，用于根据从项目管控模块获取的建筑工程4dbim模型，分析并识别其中的危险区域，进一步评估形成对危险区域的分级分类别信息数据；

21、所述安全监管模块，用于根据从安全分析模块获取的危险区域的分级分类别信息数据制定对应安全监管措施方案，并根据获取的工程项目施工现场信息实时评估安全风险；

22、在施工过程中，所述安全监管模块根据人员人脸图像识别模块发送的身份识别信息以及人脸识别设备所处区域，判断人员是否违规进入对应区域。

23、优选地，所述工程项目基本信息采集模块包括工程项目相关人员信息、工程项目相关设备信息和工程项目区域信息，所述工程项目相关人员信息包括姓名、性别、岗位、年龄、区域进出权限、设备操作权限、人脸图像、身高体重信息，所述工程项目相关设备信息包括设备种类、区域进出权限、危险等级、数量、操作人员信息；工程项目区域信息包括区域三维坐标、区域安全等级、区域面积、区域用途、区域存在时间段信息；

24、所述控制中心还包括人员设备区域权限分析模块，所述人员设备区域权限分析模块用于根据工程项目基本信息采集模块收集的工程项目相关人员信息、工程项目相关设备信息和工程项目区域信息，以及从项目管控模块获取的建筑工程4dbim模型对与施工进度关联的工程项目相关人员信息、工程项目相关设备信息与工程项目区域之间的进出及操作权限关系进行匹配；

25、所述安全监管模块，用于根据从施工现场信息采集模块获取的工程项目施工现场信息，结合工程项目施工进度，与所述人员设备区域权限分析模块形成的人员设备区域匹配关系进行比对，实时评估安全风险。

26、设置人员设备区域权限分析模块，对工程项目相关人员信息、工程项目相关设备信息与工程项目区域之间的进出及操作权限关系进行匹配，实现了对人员、设备和区域的全面管理，有效避免了安全管理死角的出现，对于提高工程项目的现场安全管理的科学性、区域工程项目现场安全管理的整体性均具有重要意义。

27、优选地，所述施工现场信息采集模块包括施工现场区域信息采集模块、施工现场人员信息采集模块和施工现场设备信息采集模块；

28、施工现场区域信息采集模块，用于收集施工现场不同区域的数据信息，包括区域三维坐标、区域安全等级、区域面积、区域用途信息、区域施工状态，区域内数据采集设备位置、数量和种类信息，区域内安全风险示警装置位置、数量和种类信息；

29、施工现场人员信息采集模块，所述施工现场人员信息采集模块包括现场常驻人员信息采集模块和临时人员信息采集模块，所述施工现场人员信息采集模块用于收集包括管理人员和施工人员在内的现场常驻人员信息，包括姓名、人脸图像、所在区域、执行任务类别；所述临时人员信息采集模块用于收集临时进出人员的信息；

30、施工现场设备信息采集模块，用于收集施工现场设备的数据信息、包括设备的三维坐标、运行状态、占用区域、设备种类和危险等级信息。

31、通过摄像头和/或电子标签读写器等信息采集设备对施工现场人员、区域和设备信息进行采集，有利于系统实时了解施工现场的施工状态。

32、这里，为了规避信息采集设备存在的数据采集漏洞，还可以与管理人员的日常信息采集相结合，即设置现场人员主动采集数据模块，通过现场人员在施工现场的日常巡查，形成施工现场的日常施工状态信息，输入并上传至控制中心，作为信息采集设备采集数据的补充，同时，这对于安全监管模块对安全监管措施方案中信息采集设备的设置优化起到了良好的促进作用。

33、优选地，所述安全风险警示模块包括现场安全风险警示模块和远程安全风险警示模块；

34、现场安全风险警示模块包括无条件触发警示标识和有条件触发警示设备，所述无条件触发警示标识用于提醒施工现场人员对应区域存在的安全风险或对应区域禁止进入的相关信息；有条件触发警示设备用于通过声音对进入对应区域的人员进行安全风险警示，驱离违规进入对应区域的人员；

35、远程安全风险警示模块用于接收到对应区域的安全风险警示信息后，将安全风险警示信息发送给对应区域管理人员和对应施工人员的用户终端；

36、采用现场安全风险警示与远程安全风险警示相结合，利用现场安全风险警示的及时性，直接通过显眼的安全风险警示标识起到警示效果，同时对于违规进入对应区域的人员，采用具有警告性质的设备提醒对应人员或设备离开，如通过声音驱离；同时配合远程安全风险信息的智能性和便捷性优势，对对应区域管理人员进行告知，从而避免危险事件的发生。

37、所述现场安全风险警示模块还包括向用于反馈施工现场安全风险的主动报警按钮；所述主动报警按钮设置在对应区域内，当对应区域内发生安全风险事件时，由现场人员主动触发。

38、设置主动报警按钮，作为现场安全风险警示与远程安全风险警示的补充，对于现场安全风险警示与远程安全风险警示设置的相关警示措施都未起作用，或者信息采集设备未采集到现场有人员违规进入对应区域或未采集到现场出现危险事件时，现场人员通过主动报警按钮及时发送报警信号至控制中心，然后控制中心通过远程安全风险警示模块将安全风险警示信息发送给对应区域管理人员，使违规信息或危险事件能及时得到处理。

39、优选地，所述安全监控系统对应管理若干个工程项目，且所述信息采集模块包括危险事件采集模块；所述危险事件采集模块，用于收集所管辖的所有工程项目发生的危险事件，以及所管辖外的类似工程项目发生的危险事件，并将信息发送给控制中心。

40、将多个工程项目统一进行安全管理，在危险事件采集信息方面实现数据共享，对于完善安全风险信息的采集、危险区域的划定及分级分类别管理、安全监管措施方案的制定、安全风险警示的优化等方面均具有重要意义。

41、同时，危险事件采集信息的引入，也给系统的升级和完善提供了方向和思路，起到了良好的反馈效果，对于弥补系统在安全管理中的漏洞，有效提高了系统在项目工程安全管理中的作用。

42、所述危险事件采集模块至少包括危险事件图像采集子模块，所述危险事件图像采集子模块用于采集危险事件附近图像采集设备采集到的图像数据。

43、对于同时管理多个工程项目的安全管理系统，考虑到多个工程项目的施工情况不同，所在地区可能也不同，而且一旦系统出现故障，其将直接影响多个项目的安全管理。将安全管理系统中的部分管理功能下放至对应工程项目是一种比较可行的做法，这里可以针对每个工程项目设置单独的安全管理系统，其具有分安全监管模块和分安全风险警示模块，分安全监管模块用于对对应工程项目的安全监管措施方案进行完善，并根据获取的工程项目施工现场信息实时评估安全风险，而分安全风险警示模块用于对施工过程中出现的所有安全风险进行安全警示；而总安全监管模块和总安全风险警示模块均只对重大安全风险进行响应，如总安全监管模块只评估重大安全风险，而总安全风险警示模块只对重大安全风险进行安全警示；这样不仅降低了安全管理系统的负担，而且也提高了其安全管理的及时性。

44、基于以上考虑，所述安全监管模块包括总安全监管模块和分安全监管模块；

45、所述总安全监管模块，用于根据从安全分析模块获取的危险区域的分级分类别信息数据制定对应安全监管措施方案；并根据获取的工程项目施工现场信息实时评估重大安全风险，并将安全风险信息发送给分安全监管模块；

46、所述安全监管模块包括危险事件比对分析模块、危险事件图像因素提取模块、危险事件防范图像数据库和危险事件确认分析图像数据库；

47、所述危险事件图像因素提取模块根据从所述危险事件图像采集子模块获取的图像数据，分析危险事件发生前及发生过程中的图像数据，并从中提取出危险事件发生前容易造成危险事件的图像因素，以及危险事件发生过程中能反映危险事件发生的图像因素，并将这些图像因素存储到危险事件防范图像数据库和危险事件确认分析图像数据库；

48、所述危险事件比对分析模块内建立有危险事件防范分析模型和危险事件确认分析模型，危险事件比对分析模块根据从所述危险事件图像采集子模块获取的图像数据，利用危险事件防范分析模型与危险事件防范图像数据库中图像数据进行比对，判断是否存在危险事件发生风险；利用危险事件确认分析模型与危险事件确认分析图像数据库进行比对，判断是否已经发生危险事件；

49、当比对结果显示有危险事件发生风险时，或当比对结果显示确认有危险事件发生时，发送相应安全风险信息给到安全风险警示模块；

50、这里的危险事件比对分析模块和危险事件图像因素提取模块可以单独设置，也可以设置在总安全监管模块和分安全监管模块内。

51、所述分安全监管模块设置在对应工程项目附近，用于对安全监管模块制定的对应工程项目的安全监管措施方案进行完善，并根据获取的工程项目施工现场信息实时评估安全风险；

52、所述安全风险警示模块包括总安全风险警示模块和分安全风险警示模块，所述分安全风险警示模块设置在对应工程项目附近；所述总安全风险警示模块用于对施工过程中的重大安全风险进行安全警示，并将安全警示信息发送给分安全风险警示模块；所述分安全风险警示模块用于对施工过程中出现的所有安全风险进行安全警示。

53、优选地，所述区域内数据采集设备至少包括用于识别施工现场人员和设备信息的动态识别设备；这里的动态识别设备为摄像头或摄像头与电子标签读写器结合。当动态识别设备识别到人员或设备靠近时，读取人员或设备上的电子标签或人脸图像信息，并将信息反馈给控制中心。

54、这里，可设置分控制中心，其中包括分安全监管模块，用于对对应工程项目进行安全监管。分控制中心设置分中心存储模块，用于对控制中心发送过来的信息、数据处理形成的信息以及管理人员上传的数据信息进行存储。

55、本发明还提供了一种上述的基于图像处理的建筑施工用安全监控系统的方法，包括：

56、对信息采集模块收集的工程项目信息进行处理，形成安全监管措施方案，并实时评估安全风险；

57、当出现安全风险时进行安全警示，并将安全风险信息发送给对应用户终端，实现实时监管；

58、获取信息采集模块收集的施工现场人脸图像时，当匹配到人员身份后，分析人员是否违规进入该区域，并评估安全风险；或匹配到人员身份后将采集的人脸图像存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像。

59、优选地，施工现场人员信息采集模块采集的人脸图像信息包括进入施工区域时的人脸图像信息和在施工区域内的人脸图像信息，其中将进入施工区域时的人脸图像信息确认身份后存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像；

60、收集在施工区域内的人脸图像信息，用于匹配人员人员身份后，分析人员是否违规进入该区域，并评估安全风险。

61、优选地，获取工程项目基本信息并建立建筑工程bim模型，根据获取的建筑工程的施工进度关联对应的建筑工程bim模型，形成对应建筑工程4dbim模型；

62、根据对应建筑工程4dbim模型，分析并识别其中的危险区域，评估以形成对危险区域的分级分类别信息数据，制定对应安全监管措施方案，并发送给对应用户终端执行；

63、获取的工程项目施工现场信息，结合工程项目施工进度以实时评估安全风险；

64、当出现安全风险时进行安全警示，并将安全风险信息发送给对应用户终端，实现实时监管。

65、优选地，在工程项目施工过程中，根据危险事件采集模块采集的危险事件信息，实时调整安全监管措施方案；

66、获取从所述危险事件图像采集子模块收集的图像数据后，利用危险事件防范分析模型与危险事件防范图像数据库中图像数据进行比对，判断是否存在危险事件发生风险；利用危险事件确认分析模型与危险事件确认分析图像数据库进行比对，判断是否已经发生危险事件；

67、当比对结果显示有危险事件发生风险时，或当比对结果显示确认有危险事件发生时，发送相应安全风险信息给到安全风险警示模块；

68、当确认危险事件信息评估准确时，危险事件图像采集子模块采集对应危险事件发生前的图像数据和危险事件发生过程中的图像数据，并由危险事件图像因素提取模块从中提取出危险事件发生前造成危险事件的图像因素，以及危险事件发生过程中能反映危险事件发生的图像因素，并将这些图像因素存储到危险事件防范图像数据库和危险事件确认分析图像数据库；当确认危险事件信息评估不准确时，对评估过程中使用的图像因素及危险事件比对分析模块进行修正。

69、有益效果：

70、采用本发明技术方案产生的有益效果如下：

71、(1)设置人脸图像集，其中包括至少1张基本人脸图像和若干张辅助人脸图像，基本人脸图像主要用于对人脸核心部位的识别，即不容易随时间或外界影响改变的特征的识别，而辅助人脸图像则用于辅助基本人脸图像，以提高人脸识别的准确性。

72、其中辅助人脸图像可以随时间动态更新，即对于匹配人员身份后，将采集的人脸图像存入对应人员的人脸图像集作为辅助人脸图像，这样可以避免施工现场人员人脸随时间变化而影响人脸识别的准确性的问题。

73、(2)将多个工程项目统一进行安全管理，在危险事件采集信息方面实现数据共享，对于完善安全风险信息的采集、危险区域的划定及分级分类别管理、安全监管措施方案的制定、安全风险警示的优化等方面均具有重要意义。

74、(3)设置人员设备区域权限分析模块，对工程项目相关人员信息、工程项目相关设备信息与工程项目区域之间的进出及操作权限关系进行匹配，实现了对人员、设备和区域的全面管理，有效避免了安全管理死角的出现，对于提高工程项目的现场安全管理的科学性、区域工程项目现场安全管理的整体性均具有重要意义。

75、(4)对于同时管理多个工程项目的安全管理系统，考虑到多个工程项目的施工情况不同，所在地区可能也不同，而且一旦系统出现故障，其将直接影响多个项目的安全管理。将安全管理系统中的部分管理功能下放至对应工程项目是一种比较可行的做法，这里可以针对每个工程项目设置单独的安全管理系统，其具有分安全监管模块和分安全风险警示模块，分安全监管模块用于对对应工程项目的安全监管措施方案进行完善，并根据获取的工程项目施工现场信息实时评估安全风险，而分安全风险警示模块用于对施工过程中出现的所有安全风险进行安全警示；而总安全监管模块和总安全风险警示模块均只对重大安全风险进行响应，如总安全监管模块只评估重大安全风险，而总安全风险警示模块只对重大安全风险进行安全警示；这样不仅降低了安全管理系统的负担，而且也提高了其安全管理的及时性。