基于3G和Android的建筑施工安監(jiān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)在眾多安全監(jiān)管領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并取得了很好的應(yīng)用效果。但是，建筑施工安全監(jiān)控存在監(jiān)控目標(biāo)多樣、監(jiān)控對(duì)象繁雜、監(jiān)控內(nèi)容變化較快、監(jiān)控區(qū)間不穩(wěn)定的特征，尤其是在施工現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)困難，傳統(tǒng)基于有線(xiàn)視頻監(jiān)控的方式不能適應(yīng)建筑施工安全監(jiān)管的需要。

基于最新的ARM處理器、先進(jìn)的Android操作系統(tǒng)和成熟的3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的固定、移動(dòng)兩用智能監(jiān)控終端，可以跟隨現(xiàn)場(chǎng)施工情況自由部署，也可以由安全管理人員隨身攜帶。通過(guò)自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的管理信息系統(tǒng)，徹底改變了筆記收錄的傳統(tǒng)模式，借助智能終端快速錄入隱患信息，監(jiān)控終端集成了拍照、錄像和實(shí)時(shí)視頻功能，可以通過(guò)多媒體手段還原隱患現(xiàn)場(chǎng)，滿(mǎn)足建筑施工安全監(jiān)管的現(xiàn)場(chǎng)勘查和移動(dòng)監(jiān)控的要求。

1系統(tǒng)整體架構(gòu)

建筑施工現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)源有高處墜落、機(jī)械傷害、物體打擊、觸電傷害、坍塌施工、起重傷害、危險(xiǎn)品等，危險(xiǎn)源辨識(shí)的主要手段有現(xiàn)場(chǎng)觀察、資料觀察、外部信息搜集、詢(xún)問(wèn)和溝通、安全檢查表、工作任務(wù)分析等?；?G網(wǎng)絡(luò)的建筑施工安全移動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)主要由智能終端、監(jiān)控中心和3G網(wǎng)絡(luò)三部分構(gòu)成，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

智能終端運(yùn)行系統(tǒng)的采集端軟件，通過(guò)文字、表格、圖（照）片、視頻等方式，采集施工現(xiàn)場(chǎng)的信息，再由ARM處理器進(jìn)行信息的編輯和處理，最后通過(guò)3G模塊，將信息傳輸?shù)街行姆?wù)器。安全監(jiān)管人員可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心和本地監(jiān)控終端，在客戶(hù)端軟件上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患進(jìn)行監(jiān)控和處理。

2智能終端設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思想

智能終端具有信息采集和本地監(jiān)控的雙重功能，在工地現(xiàn)場(chǎng)，既可以作為建筑施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管的信息采集設(shè)備，也可以由安全監(jiān)管人員作為本地監(jiān)控設(shè)備進(jìn)入系統(tǒng)監(jiān)控中心，現(xiàn)場(chǎng)處理隱患排查工作。智能終端包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件結(jié)構(gòu)方面，以S5PV210處理器為核心，通過(guò)圖像采集模塊接收?qǐng)D像采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)MFC硬件編碼后通過(guò)3G模塊發(fā)送到中心服務(wù)器。軟件體系方面，基于Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自動(dòng)采集和人工監(jiān)控兩種模式：在自動(dòng)采集模式下啟動(dòng)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，應(yīng)用軟件負(fù)責(zé)視頻信息的接收、壓縮和傳輸?shù)龋辉谌斯けO(jiān)控模式下，進(jìn)入監(jiān)控模式，可以進(jìn)行安全隱患登記、上報(bào)以及安全整改通知下發(fā)等功能。

2.2硬件體系結(jié)構(gòu)

S5PV210處理器是一個(gè)32位低成本、低功耗、高性能的移動(dòng)處理器，基于Cortex-A8核心，運(yùn)行主頻1GHz，內(nèi)部采用64位總線(xiàn)架構(gòu)，內(nèi)置強(qiáng)大的硬件加速的視頻處理器、顯示控制器和多格式音視頻解碼器。其內(nèi)置的PowerVRSGX540高性能圖形引擎，支持MPEG4、H.263/H.264等，具備IVA3硬件加速器，具備出色的圖形解碼性能，可以支持全高清、多標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼，流暢播放和錄制30幀/s的1920X1080像素(1080p)的視頻文件，可以更快解碼更高質(zhì)量的圖像和視頻,同時(shí)，內(nèi)建的HDMIV1.3可以將高清視頻輸出到外部顯示器上,可運(yùn)行Android2.3、Linux-2.6.35等嵌入式操作系統(tǒng)。智能終端的硬件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2智能終端硬件體系結(jié)構(gòu)

2.3軟件體系結(jié)構(gòu)

Android是移動(dòng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其層次結(jié)構(gòu)自下而上分為四層，包括操作系統(tǒng)層、各種庫(kù)和運(yùn)行環(huán)境層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)樱唧w結(jié)構(gòu)如圖3所示。Android對(duì)操作系統(tǒng)的使用包括核心和驅(qū)動(dòng)程序兩部分，Android的Linux核心為標(biāo)準(zhǔn)的Linux2.6內(nèi)核，其驅(qū)動(dòng)程序部分主要包括顯示驅(qū)動(dòng)、視頻驅(qū)動(dòng)、3G驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)等；庫(kù)和運(yùn)行環(huán)境層相當(dāng)于中間件層，主要包括C庫(kù)、多媒體框架、SGL、SSL、OPENGL及界面管理工具等；應(yīng)用程序框架層主要為應(yīng)用程序?qū)拥拈_(kāi)發(fā)者提供APIs，包括UI程序中所需要的各種控件；應(yīng)用程序?qū)油ǔＳ肑AVA程序編寫(xiě)，應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者可以應(yīng)用程序框架層的APIs來(lái)開(kāi)發(fā)自己的程序，本文中設(shè)計(jì)的安全隱患排查系統(tǒng)客戶(hù)端軟件即在該層開(kāi)發(fā)，主要包括顯示模塊、上傳模塊、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊、隱患登記模塊、安全復(fù)查模塊、設(shè)置模塊等功能模塊。

圖3Android軟件體系結(jié)構(gòu)

2.4H.264算法的優(yōu)化選擇

系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是編碼器的設(shè)計(jì)，將終端設(shè)備采集到的視頻信號(hào)采用H.264編碼進(jìn)行壓縮處理，然后通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器完成實(shí)時(shí)顯示。3G網(wǎng)絡(luò)雖然在移動(dòng)環(huán)境下支持的帶寬有限，但是H.264采用了與以往不同的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，基于高清度、多模式預(yù)測(cè)技術(shù)提高了壓縮比來(lái)減低碼流，經(jīng)過(guò)優(yōu)化選擇后，能夠很好地滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。

3系統(tǒng)的功能與實(shí)現(xiàn)

智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括自動(dòng)采集模式和人工監(jiān)控模式兩種。自動(dòng)采集模式主要是針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管的對(duì)象，主要由施工方進(jìn)行使用，允許智能終端長(zhǎng)期、自動(dòng)、實(shí)時(shí)地采集建筑施工的相關(guān)信息，如可以固定在深坑作業(yè)的上方,全程監(jiān)控整個(gè)作業(yè)過(guò)程，實(shí)時(shí)上傳作業(yè)視頻等，主要包括顯示模塊、上傳模塊、采集模塊和設(shè)置模塊。人工監(jiān)控模式主要由施工方安全員或者監(jiān)理方安全員使用，用于現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的排查、登記、復(fù)查等，可以采取文字錄入、表格填報(bào)、照相錄像等方式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管。系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.1自動(dòng)采集模式主要功能實(shí)現(xiàn)

顯示模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)顯示施工現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息，顯示采集的數(shù)據(jù)、畫(huà)面等。

采集模塊主要實(shí)現(xiàn)工程施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，包括工程概況、危險(xiǎn)源及重大危險(xiǎn)源、安全教育、技術(shù)交底、安全方案、安全投入情況、大型設(shè)備(如塔吊、施工電梯）等。

上傳模塊主要實(shí)現(xiàn)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心的服務(wù)器上。系統(tǒng)設(shè)置了上傳的規(guī)則，終端按照預(yù)設(shè)的程序向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)，由服務(wù)器端進(jìn)行相應(yīng)的處理。一旦數(shù)據(jù)采集開(kāi)始，在網(wǎng)絡(luò)條件允許的情況下（用戶(hù)可以選擇實(shí)時(shí)上傳，也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選擇緩存后上傳），通過(guò)socket連接監(jiān)控中心的服務(wù)器，按照預(yù)設(shè)規(guī)則發(fā)送采集來(lái)的數(shù)據(jù)。為保持連續(xù)采集的數(shù)據(jù)能夠不斷地上傳和更新，消除線(xiàn)程控制在時(shí)間上的不確定性，系統(tǒng)采用定時(shí)器機(jī)制來(lái)保證時(shí)間的準(zhǔn)確性；同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)全局變量來(lái)存儲(chǔ)終端設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，顯示模塊和上傳模塊則同時(shí)讀取變量的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更新和上傳數(shù)據(jù)的一致性。

設(shè)置模塊主要是對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)依據(jù)不同的工作場(chǎng)所進(jìn)行設(shè)置。

3.2人工監(jiān)控模式的主要功能實(shí)現(xiàn)

安全監(jiān)管的主要內(nèi)容是隱患的排查工作，包括人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境不安全因素和管理上的缺陷。系統(tǒng)在人工監(jiān)控模式下，允許根據(jù)不同的要求將隱患分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、D級(jí)和E級(jí)隱患;支持用戶(hù)根據(jù)不同生產(chǎn)性質(zhì)、工作范圍、作業(yè)特點(diǎn)、危害因素等來(lái)編制隱患排查卡；支持用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況定義隱患排查臺(tái)賬，由系統(tǒng)從各隱患排查卡自動(dòng)匯總生成；支持用戶(hù)對(duì)危險(xiǎn)性較大的工程(如基坑支護(hù)、降水工程、模板工程及支撐體系、起重吊裝及安裝拆卸工程等)進(jìn)行單項(xiàng)設(shè)置隱患排查基本內(nèi)容。人工監(jiān)控模式下的主要功能包括隱患錄入、隱患上報(bào)、隱患復(fù)查和隱患分析與匯總。

隱患錄入主要是通過(guò)智能終端的輸入設(shè)備，將現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和處理意見(jiàn)輸入系統(tǒng)，并通過(guò)上報(bào)功能按照隱患等級(jí)分類(lèi)發(fā)送至不同的管理部門(mén)；隱患復(fù)查則是在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)安全隱患責(zé)任部門(mén)提交的整改措施和完成情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查；隱患分析和匯總則是系統(tǒng)提供的綜合信息分析功能，根據(jù)隱患的分類(lèi)，對(duì)發(fā)現(xiàn)隱患的工程類(lèi)型、隱患類(lèi)型、隱患時(shí)間、隱患所在位置以及整改落實(shí)情況等信息分類(lèi)匯總，對(duì)常見(jiàn)隱患進(jìn)行重點(diǎn)標(biāo)識(shí)，對(duì)于隱患平均數(shù)量過(guò)多的工程進(jìn)行重點(diǎn)督查等。系統(tǒng)部分功能實(shí)現(xiàn)截圖如圖5所示。

4結(jié)語(yǔ)

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為更多的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)提供了有力保障。本文根據(jù)建筑施工安全監(jiān)管的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了基于ARM處理器、Android開(kāi)放平臺(tái)和3G網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控終端，并實(shí)現(xiàn)了包括自動(dòng)采集模式和人工監(jiān)控模式的信息管理系統(tǒng)，為有效改善目前建筑行業(yè)安全監(jiān)管現(xiàn)狀提供了新手段。隨著國(guó)家對(duì)安全生產(chǎn)監(jiān)控水平要求的不斷提高，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于3G和Android的建筑生產(chǎn)安全監(jiān)管系統(tǒng)將會(huì)擁有更加廣泛的應(yīng)用空間。

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