基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统及其监控方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统及其监控方法。


背景技术：

2.安全管理是施工项目管理的重要组成部分。高处坠落事故时有发生，现今各项目对施工吊篮的安全管理却存在以下问题：
3.(1)吊篮数量大，难以有效管理。一般施工项目往往会存在数十个施工吊篮同时作业，而负责全项目的安全管理人员通常不到5人。吊篮多，管理人员少，吊篮安全管理难以面面俱到。
4.(2)重视外部管理，内部管理缺乏方法手段。现今对吊篮的安全管理主要集中于外部，如设备安全检查、配重检查、供电检查等，管理着力点为预防物的不安全状态，但是对吊篮外框架内的安全管理，即预防的人不安全行为，缺乏有效的手段，因为无论是安全管理人员现场巡视，还是通过各类摄像头监测，都很难看清吊篮内施工人员的行为。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统及其监控方法，以解决施工现场的施工吊篮数量多，安全管理人员少且难以兼顾施工吊篮的内部情况的问题。
7.为实现上述目的，提供一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统，包括：
8.多个监视设备，所述监视设备包括用于采集施工吊篮的实时图像的采集装置、报警装置和第一控制模块，所述采集装置和所述报警装置分别连接于所述第一控制模块，所述采集装置架设于所述施工吊篮的上方，所述报警装置安装于所述施工吊篮；
9.服务端，包括信号连接于所述第一控制模块的第二控制模块、用于识别所述实时图像中的施工吊篮范围内的工作区域的第一识别模块、用于识别所述工作区域内的人员图像并获得实时人数的第二识别模块、用于基于预设人数值判定所述实时人数是否大于所述预设人数、并在所述实时人数大于预设人数时生成预警信号的第一判定模块和用于基于所述人员图像在所述工作区域中的位置以判定所述人员图像的底部的中心处是否超出所述工作区域、并在所述人员图像的底部的中心处超出工作区域时生成报警信号的第二判定模块，所述第一识别模块连接于所述第二控制模块，所述第二识别模块连接于所述第一识别模块，所述第一判定模块和所述第二判定模块分别连接于所述第二识别模块，所述第二控制模块在接收所述预警信号和/或所述报警信号后对外发送以令所述第一控制模块开启所述报警装置。
10.进一步的，所述施工吊篮的上框口呈矩形，所述采集装置设置于所述上框口的一
端，所述采集装置朝向所述上框口的另一端设置。
11.进一步的，所述采集装置为摄像头或相机。
12.进一步的，所述报警装置包括控制器和扬声器，所述控制器连接于所述第一控制模块，所述扬声器连接于所述控制器。
13.进一步的，所述报警装置还包括报警灯，所述报警灯连接于所述控制器。
14.进一步的，所述监视设备还包括电池组，所述电池组连接于所述采集装置和所述报警装置。
15.本发明提供一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统的监控方法，包括以下步骤：
16.多个监视设备的采集装置分别采集多个施工吊篮的实时图像；
17.所述监视设备的第一控制模块获取所述实时图像并对外发送；
18.服务端的第二控制模块接收多个所述监视设备的实时图像；
19.所述服务端的第一识别模块识别所述实时图像中的施工吊篮范围内的工作区域；
20.所述服务端的第二识别模块识别所述工作区域内的人员图像并获得实时人数；
21.所述服务端的第一判定模块基于预设人数值判定实时人数是否大于预设人数，并在实时人数大于预设人数时生成预警信号；
22.所述服务端的第二判定模块基于人员图像的位置在工作区域中的位置判定人员图像的底部的中心处是否超出工作区域，并在人员图像的底部的中心处超出工作区域时生成报警信号；
23.所述第二控制模块获取预警信号和/或报警信号并对外发送；
24.所述第一控制模块接收预警信号和/或报警信号并开启报警装置。
25.进一步的，所述施工吊篮的上框口呈矩形，所述采集装置设置于所述上框口的一端，所述服务端的第一识别模块识别所述实时图像中的施工吊篮范围内的工作区域的步骤包括：
26.以所述实时图像的左上角为原点建立右手笛卡尔坐标系，所述右手笛卡尔坐标系的x轴向下延伸，所述右手笛卡尔坐标系的y轴向右延伸；
27.于所述右手笛卡尔坐标系中确定所述工作区域的三条边界直线以及所述边界直线的解析方程；
28.计算获得三条所述边界直线交叉将所述实时图像划分为多个区域的形心的坐标并以x轴坐标轴最大的所述形心所在的区域确定为所述工作区域。
29.本发明的有益效果在于，本发明的基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统及其监控方法，通过服务端同时通过多个监视设备进行多个施工吊篮的篮内的施工人员或操作人员的人数及行为进行监视，在施工吊篮内的人员发生超员或翻越吊篮的外框时，生成预警、报警信号以警示施工人员，可以帮助项目管理人员更好地对高处作业的施工吊篮，进行更全面地安全管理，预防因不规范的施工吊篮作业而引发的安全事故。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本发明实施例的基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统的模块示意图。
32.图2为本发明实施例的采集装置的安装位置示意图。
33.图3为本发明实施例的识别的工作区域的示意图。
34.图4为本发明实施例的边界直线的示意图。
35.图5和图6为本发明实施例的手动确认边界直线的示意图。
36.图7为本发明实施例的确定点集的示意图。
37.图8为本发明实施例的计算的多个区域的形心的位置布设图。
38.图9为本发明实施例的识别并判定人员图像不安全行为的示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
41.参照图1至图9所示，本发明提供了一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统，包括：多个监视设备1和服务端2。
42.其中，每一个监视设备1包括采集装置12、报警装置13和第一控制模块11。采集装置12和报警装置13分别连接于第一控制模块11。采集装置12架设于施工吊篮3的上方。报警装置13安装于施工吊篮3。
43.采集装置12用于采集施工吊篮3的实时图像。报警装置13用于在第一控制模块的控制下开启声光报警或预警。
44.在本实施例中，施工的吊篮呈长方体形。吊篮的上框口呈矩形。吊篮的上框口具有在其长度方向上的第一短边和第二短边，还具有在其宽度方向上的第一长边和第二长边。
45.较佳的，采集装置12为摄像头或相机。具体的，在本实施例中，参阅图2，采集装置12设置于上框口的一端(即第一短边)。采集装置12朝向上框口的另一端(即第二短边)设置。
46.具体的，在本实施例中，采集装置为摄像头。摄像头通过支架固定安装于施工吊篮的上框口的第一短边。在工作时，摄像头的视野能盖大部分施工吊篮上框口围合的范围，即在此范围内，可满足吊篮内人员不会误检的要求。同时，摄像头所拍摄的照片和录制的视频应具有相当的清晰度，即满足一般目标检测算法的检测要求。
47.在本实施例中，报警装置13包括控制器、扬声器和电池组。其中报警装置的控制器连接于第一控制模块11。报警装置的扬声器和报警灯连接于控制器。电池组连接于采集装置12和报警装置13。
48.参阅图1，服务端2包括第二控制模块21、第一识别模块22、第二识别模块23、第一判定模块24和第二判定模块25。
49.其中，第二控制模块21无线信号连接于多个监视设备的第一控制模块11。第一识别模块22连接于第二控制模块。第二识别模块23连接于第一识别模块22。第一判定模块24和第二判定模块25分别连接于第二识别模块23。第二控制模块21在接收预警信号和/或报
警信号后对外发送以令第一控制模块11开启报警装置13。
50.第一识别模块22用于识别实时图像中的施工吊篮3范围内的工作区域4。
51.第二识别模块23用于识别工作区域4内的人员图像51并获得实时人数。
52.第一判定模块24用于基于预设人数值判定实时人数是否大于预设人数并在实时人数大于预设人数时生成预警信号。
53.第二判定模块25用于基于人员图像51在工作区域4中的位置以判定人员图像51的底部的中心50处是否超出工作区域4，并在人员图像51的底部的中心处超出工作区域4时生成报警信号。
54.第一控制模块基于报警信号开启报警装置进行声光报警或预警。
55.本发明还提供一种基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统的监控方法，包括以下步骤：
56.s1：多个监视设备1的采集装置12分别采集多个施工吊篮3的实时图像。
57.s2：监视设备1的第一控制模块11获取实时图像并对外发送。
58.s3：服务端2的第二控制模块21接收多个监视设备1的实时图像。
59.s4：服务端2的第一识别模块22识别实时图像中的施工吊篮3范围内的工作区域4。
60.检测工作区域划定范围应包含但不超出施工吊篮的上框口的范围。确定工作区域的操作，可以通过计算机视觉相关技术自动确定，也可以人工手动确定。
61.在自动确定工作区域时，服务端2的第一识别模块22识别实时图像中的施工吊篮3范围内的工作区域4的步骤包括：
62.s41：以实时图像的左上角为原点建立右手笛卡尔坐标系o，右手笛卡尔坐标系的x轴向下延伸，右手笛卡尔坐标系的y轴向右延伸。
63.s42：于右手笛卡尔坐标系中确定工作区域4的三条边界直线以及边界直线的解析方程。
64.参阅图4，自动确定区域边界直线与直线方程。该步骤通过识别摄像头的视野范围内三处吊篮边框顶面中线，再将三条中线分别线性拟合为三条直线(即拟合直线41、拟合直线42、拟合直线43)，确定三条区域边界直线，以及三条直线在坐标系o中的解析方程。
65.参阅图5和图6，通过手动确定摄像头的视野范围内三处吊篮边框顶面中线的任意两点，由两点组成一条直线，确定三条区域边界直线(即拟合直线41、拟合直线42、拟合直线43)，以及三条直线在坐标系o中的解析方程。
66.拟合直线41、拟合直线42、拟合直线43等三条直线的解析方程分别假设为f1(x,y)＝0、f2(x,y)＝0、f3(x,y)＝0。
67.参阅图7，确定多个区域的点的集合的步骤。设定8个集合，8个集合名称以及集合条件分别为：a＝{(x,y)|f1(x,y)《0,f2(x,y)《0,f3(x,y)《0}，
68.b＝{(x,y)|f1(x,y)》0,f2(x,y)《0,f3(x,y)《0}，
69.c＝{(x,y)|f1(x,y)《0,f2(x,y)》0,f3(x,y)《0}，
70.d＝{(x,y)|f1(x,y)》0,f2(x,y)》0,f3(x,y)《0}，
71.e＝{(x,y)|f1(x,y)《0,f2(x,y)《0,f3(x,y)》0}，
72.f＝{(x,y)|f1(x,y)》0,f2(x,y)《0,f3(x,y)》0}，
73.g＝{(x,y)|f1(x,y)《0,f2(x,y)》0,f3(x,y)》0}，
74.h＝{(x,y)|f1(x,y)》0,f2(x,y)》0,f3(x,y)》0}。
75.再将视野范围内的每一像素点，根据上述集合条件，划分入上述集合。
76.s43：计算获得三条边界直线交叉将实时图像划分为多个区域的形心的坐标并以x轴坐标轴最大的形心所在的区域确定为工作区域4。
77.吊篮的上框口区域应在摄像头视野的正下方。由透视相关理论可知，位于摄像头的两侧的吊篮的两个边框(第一长边和第二长边)，组成了两条斜线，使吊篮的上框口的区域下部大，上部小。基于步骤s42中计算得到各区域的形心坐标，参阅图8，比较各区域的形心坐标的x轴的坐标值，x轴坐标值最大的形心对应的区域，即是吊篮的上框口的区域(即工作区域)。
78.s5：服务端2的第二识别模块23识别工作区域4内的人员图像51并获得实时人数。
79.s6：服务端2的第一判定模块24基于预设人数值判定实时人数是否大于预设人数，并在实时人数大于预设人数时生成预警信号。
80.在本实施例中，吊篮内不安全行为包括吊篮内的操作人员数超员行为检测和施工人员翻越吊篮行为检测。
81.在检测施工吊篮内的操作人员是否超员时，根据人数检测模型的训练推理，实现目标范围的人数检测。给定标注好的数据集训练，能够实现目标范围内不同人员边界框范围划定，不同人员给定不同id。能够实现目标范围内同一人员不同角度的识别，赋予同一人员相同id。通过对目标范围内边界框id的个数与规定人员个数上限比较，当id个数等于规定人员个数时，不进行预警操作；当id个数不等于规定人员个数时，生成预警信号。在检测到吊篮的人员超员时，后续的报警装置的报警动作包括不限于扬声音的播音预警，远程电话信息预警。
82.s7：服务端2的第二判定模块25基于人员图像51的位置在工作区域4中的位置判定人员图像51的底部的中心处是否超出工作区域4，并在人员图像51的底部的中心处超出工作区域4时生成报警信号。
83.参阅图9，对于施工人员翻越吊篮行为检测，通过检测人员图像边界框的下边的中点处是否在识别的工作区域范围内，进而确定施工或操作人员是否发生翻越吊篮的外框架的行为。
84.当施工或操作人员的人员图像的边界框下边中点在工作区域外时，则判定吊篮内发生施工人员翻越吊篮行为，并生成报警信号。
85.s8：第二控制模块21获取预警信号和/或报警信号并对外发送。
86.s9：第一控制模块11接收预警信号和/或报警信号并开启报警装置13。
87.本发明的基于边缘计算的吊篮不安全行为监控系统及其监控方法，通过服务端同时通过多个监视设备进行多个施工吊篮的篮内的施工人员或操作人员的人数及行为进行监视，在施工吊篮内的人员发生超员或翻越吊篮的外框时，生成预警、报警信号以警示施工人员，可以帮助项目管理人员更好地对高处作业的施工吊篮，进行更全面地安全管理，预防因不规范的施工吊篮作业而引发的安全事故。
88.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行
任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。