CN113242408B - 一种基于计算机视觉技术的工地安全监测*** - Google Patents

一种基于计算机视觉技术的工地安全监测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，包括数据采集***、信息处理***和末端提醒***，数据采集***实时采集施工现场人员和操作平台的视频信息；信息处理***接收视频信息，检测区分视频信息中出现的人员以及操作平台，计算人员面部温度和操作平台的倾斜角，当人员面部温度和操作平台的倾斜角大于等于预设值时，截取人员特征图片标记为人员安全事件，截取操作平台的倾斜视频标记为平台安全事件；末端控制***接收人员安全事件和/或平台安全事件信息，并进行提醒。本发明的工地安全监测***更准确的抓取人员及操作平台的特征信息，并对特征信进行分析计算，实现人员测温的同时也能检测操作平台的安全性，有更为广泛的应用范围。

Description

一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***
技术领域
本发明属于工地安全监测技术领域，具体属于一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***。
背景技术
热应激会对人体的健康和工作状态产生负面的影响，导致日常活动效率低下，特别是在室外环境下进行剧烈活动时会增加患热性疾病的可能性，如热痉挛、热衰竭和中暑等。暴露在高温环境中时，人们会受到更严重的影响，甚至产生主体器官、生理功能受损及猝死的结果。
建筑工人是美好城市的建设者，该群体所从事的工作具有劳动强度大、作业时间长的特点。根据我国相关标准，当气温达到35℃时，所处作业环境就属于高温作业环境，而研究发现当生活温度高于35℃或工作温度高于32℃时，热环境对人体造成伤害的可能性会更大。由于建筑工地工作场所大多为室外的环境的特殊性，在夏季工作时建筑工人就不可避免经常处于高温作业环境中，这就导致每年都会有大量的施工现场发生建筑工人中暑的现象，且在一些施工现场常常会有工人由于中暑导致的自身安全事故所引起的施工安全事故的发生。
除中暑外，在施工现场的工人操作平台(脚手架、塔吊)坍塌也会引起重大的安全事故，常而当工人处于高温作业环境时，自身的警觉性和工作效率都会受到很大的影响，这就导致工人会更难以注意作业平台的安全情况，无法做到及时的预防。
为此，如果可以实时监测人员的皮肤温度，对人员的热状态进行评估，就可以很大程度上的避免中暑事件的发生。而如果可以实时监测操作平台的平稳性也可以避免更多危险情况的发生。
现有的可以检测人体皮肤温度的技术有红外测温和热成像测温等。红外测温典型的应用是红外测温枪和红外测温门等，该类技术的应用具有一定的局限性，其测温距离及单位时间的测温人数有限，最典型的实例是搭载了该技术的人脸测温门禁***，其检测距离一般不超过1m，因此该技术不适用于建筑工地此类开阔场所。对于热成像测温，该技术虽然可以实现较远测温和多人测温，但是该技术显示的一般是温度分布图无法直观的显示出人员部的特征信息，且该技术成本较高，无法分析操作平台的晃动情况。为了监控操作平台的安全性，往往有专人查看摄像头进行实时监控，但是普通摄像头拍摄的视频不经处理是无法直接反映出操作平台的轻微倾斜的，而对于操作平台来说即使很轻微的倾斜也会产生引发巨大的安全事故，同时监控人员也无法做到长时间精神集中的进行查看操作平台的安全性，这就给准确预判操作平台的安全性造成了很大的困扰。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，可以实时监测室外施工现场的施工安全。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，包括数据采集***、信息处理***和末端提醒***，
所述数据采集***用于实时采集施工现场人员和操作平台的视频信息，并将视频信息发送给信息处理***，其中操作平台包括脚手架和塔吊；
所述信息处理***包括目标检测模块、信息计算模块、信息捕捉模块和信息传输模块，所述目标检测模块用于检测区分视频信息中出现的人员以及操作平台并将目标信息传输至信息计算模块；信息计算模块用于计算人员面部温度和操作平台的倾斜角；信息捕捉模块用于截取当人员面部温度大于等于预设值时对应人员的特征图片，并将该特征图片标记为人员安全事件并发送给信息传输模块；信息捕捉模块用于截取当操作平台的倾斜角大于等于预设值时操作平台的特征视频，并将该特征视频标记为平台安全事件并发送给信息传输模块；信息传输模块用于将人员安全事件和/或平台安全事件信息发送至末端控制***；
所述末端控制***用于接收信息处理***传递的人员安全事件和/或平台安全事件信息，并进行提醒。
进一步的，所述视频采集***包括普通摄像头和信息存储模块，普通摄像头用于拍摄施工现场的视频信息并将视频信息发送至信息储存模块；所述信息存储模块用于存储施工现场的视频信息。
进一步的，所述目标检测模块采用目标算法对视频信息中的施工工人和操作平台进行实时检测区分，并将检测出的目标信息传输至信息计算模块。
进一步的，所述信息计算模块通过视频放大技术对目标信息进行放大处理，对于人员，将人员的面部进行放大，计算其面部温度；对于操作平台，将操作平台的视频放大处理，通过匹配算法进行计算操作平台的稳定性。
进一步的，所述预设值为人员面部温度36℃、操作平台塔吊的倾斜角为0.2°、脚手架立杆倾斜角为0.3°。
进一步的，所述信息计算模块将大于等于预设值的人员面部特征图像和服装特征图像以及操作平台的特征视频信息传输给信息捕捉模块，信息捕捉模块将该人员与已标记的人员进行对比，信息捕捉模块截取操作平台倾斜前后的特征视频，并将人员对比结果和截取的操作平台的特征视频发送至信息传输模块。
进一步的，将信息捕捉模块捕捉到的人员的信息与已标记的人员的信息进行对比，若为同一人员，则计算相同人员出现在信息捕捉模块中的最大时间间隔，当时间间隔超过15分钟时，则截取该人员特征信息图片并传送至信息传输模块，信息传输模块将图片信息标记为人员安全事件，并将人员安全事件信息发送给末端提醒***；若为不同人员，信息捕捉模块对该人员进行标记。
进一步的，信息传输模块将截取的操作平台的视频标记为平台安全事件，并将平台安全事件信息发送至末端提醒***。
进一步的，所述末端提醒***包括语音播报模块和视频图像播放模块，所述语音播报模块用于提醒管理人员出现人员安全事件和/或平台安全事件，所述视频图像播放模块用于向管理人员播放人员特征图片和/或平台倾斜视频。
进一步的，当出现人员安全事件时，语音播报模块播报“存在人员安全事件风险”，视频图像播报模块播放人员特征图片以供管理人员查看；当出现平台安全事件时，语音播报模块播报“存在平台安全事件风险”同时视频图像播报模块播放平台倾斜视频以供管理人员查看。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：.
本发明提供一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，该***包括数据采集***、信息处理***和末端提醒***，数据采集***采用的硬件设备以普通摄像头为主，所需成本远远低于热成像技术所采用的热成像摄像机，摄像头对施工现场的状态进行实时记录检测，信息处理***计算施工人员面部温度，当监测出工人的面部皮肤温度超出预设值后，末端控制***发出警告，且信息处理***实时抓取人员的面部特征信息，使管理人员基于此施工现场管理方可以及时做出反应与调整，较大程度的避免中暑事件的发生；本发明的信息处理***还可以对操作平台的安全性进行判断，解决无法对操作平台的安全性进行预判的问题，对可能出现的操作事故及时预警，避免事故的发生。
进一步的，因为操作平台如脚手架、塔吊的晃动或倾斜事件不容易被肉眼察觉，本发明的提供的工地安全监测***可以基于欧拉视频放大技术可以对实时监测到的视频进行放大处理，更加及时准确的捕捉事件视频，预防操作平台引起的安全事故的发生。
进一步的，与现有的热成像技术的单一测温功能相比，本发明提供的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***在实现人员测温的同时也能检测操作平台的安全性，有更为广泛的应用范围；与现有的红外测温技术相比，本发明的工地安全监测***可以更准确的抓取人员及操作平台的特征信息，并对拍摄的视频进行分析计算，测量距离更远且能同时实现多人测量。
附图说明
图1本发明工地安全监测***组成；
图2本发明工地安全监测***模块连接示意图；
图3脚手架倾斜角度示意图；
图4塔吊倾斜角度示意图；
图5本发明工地安全监测***流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
计算机视觉技术computervision指用摄影机和电脑代替人眼对目标进行识别、跟踪和测量等机器视觉，并进一步做图形处理，使电脑处理成为更适合人眼观察或传送给仪器检测的图像。计算机视觉技术是在计算机、数学、工程学、心理学等等学科的基础上所发展的一门交叉学科。常见的应用有图像分类、对象监测、目标跟踪等。本发明的主要目的就是将视频或图片信息转化为可以直接反馈给人员的信息，用到了计算机视觉的一些算法与技术，如目标检测与分类、匹配算法等。
本发明提供一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，利用普通摄像头采集夏季施工现场的视频信息，通过计算机视觉技术对视频进行分析计算，得出夏季室外施工人员的体温以及工人操作平台的相对位置变化，通过体温和相对位置的变化，判断施工现场的安全性，如若出现危险信息，则截取相关关键信息发送至末端提醒***对施工现场管理人员做出及时提醒，施工管理人员根据事件提醒及时对施工现场做出方案调整，以达到提前规避工人中暑事件及操作平台坍塌等施工安全事故发生的目的。
本发明提供的基于计算机视觉技术的工地安全监测***，包括视频数据采集***、信息处理***和末端提醒***，信息处理***和末端提醒***设置在室内，具体各个***的模块及功能如图1所示，模块之间连接方式如图2所示。
视频采集***主要包括普通摄像头和信息存储模块，为了获取数据的方便，采用四个普通摄像头放置在施工现场***的四个角，在不影响正常施工的范围下，根据现场具体情况可对普通摄像头架高调整视角，多个摄像头均通过网线与信息存储模块连接，将拍摄的视频信息通过网线传输给信息存储模块进行存储；
信息存储模块设置在室内，信息存储模块通过网线与信息处理***连接，用于将视频信息传输至信息处理***；
优选的，信息存储模块为内置存储硬盘的录像机，该录像机将四个摄像头拍摄的视频信息存储起来；
优选的，录像机采用海康威视DS-7104N-SN/C录像机；存储硬盘采用希捷ST3000DM008硬盘；
信息处理***基于嵌入式开发板，开发板型号为NVIDIAJETSONNANO，信息处理***包括通过集成电路依次连接的目标检测模块、信息计算模块、信息捕捉模块和信息传输模块；
信息储存模块通过网线与目标检测模块连接，信息储存模块将存储的视频信息发送给目标检测模块，目标检测模块接收视频信息并采用目标算法对视频信息中的施工工人和操作平台脚手架及塔吊进行实时检测区分，并将区分好的目标信息传输至信息计算模块；
信息计算模块接收目标信息，并利用视频放大技术将目标信息进行放大处理：
1对于人员目标，将人员的面部进行放大，计算其面部温度；
2对于操作平台，将操作平台的视频放大处理，通过匹配算法计算操作平台的稳定性即脚手架和塔吊的倾斜角度。
当信息计算模块计算出人员的面部温度和操作平台的倾斜角超过预设值时，将人员及操作平台的图片信息传输给信息捕捉模块：
1信息捕捉模块捕捉人员的面部特征、服装特征信息，捕捉模块将人员特征信息与已被标记人员的特征信息进行对比，若为不同人员则按照已有编号顺序对人员进行编号标记；若为同一人员，则计算同一人员出现在信息捕捉模块中的最大时间间隔，当时间间隔超过15分钟时，截取该人员的特征信息图片并传送至信息传输模块。
2信息捕捉模块根据操作平台的位置信息对操作平台进行编号标记，截取操作平台倾斜前后5s的视频，将编号信息以及截取的视频信息传输至信息传输模块；
3信息传输模块对信息捕捉模块传输的信息进行分类，将人员的特征信息图片标记为人员安全事件，将视频信息标记为平台安全事件，并将人员安全事件和/或平台安全事件信息传输至末端提醒***。
优选的，预设值包括人员的面部温度为36℃、操作平台塔吊的倾斜角为0.2°、脚手架立杆倾斜角为0.3°。
信息传输模块通过网线分别与末端提醒***的语音播报模块和视频图像播放模块连接，语音播报模块和视频图像播放模块均设置在室内；
优选的，语音播报模块采用的搭载一定程序的普通播报器，视频图像播报模块为液晶显示器，通过网线接收信息传输模块传递的视频和图像信息，并进行播放；
末端提醒***接收信息传输***传递的人员安全事件和/或平台安全事件信息，并提醒管理人员施工现场出现安全问题，具体的：
1当为人员安全事件时，语音播报模块播报“存在人员安全事件风险”同时视频图像播报模块播放人员特征图片以供管理人员查看；
2当为平台安全事件时，语音播报模块播报“存在平台安全事件风险”同时视频图像播报模块播放平台倾斜视频以供管理人员查看。
3当同时发生人员安全事件和平台安全事件时，由于人员的热耐受具有差异性，并不是每个人的面部温度持续15分钟达到36℃都会出现中暑问题，而平台安全事件具有不可等待性，一旦发生就可能会产生更大的事故，并且人员安全事件和平台安全事件同时发生的概率相对较小，若同时发生，则将平台倾斜视频作为优先级首先播放。
优选的，也可分别设置视频播放模块和图片播放模块，当同时发生人员安全事件和平台安全事件时可以同时播放平台倾斜视频和人员特征图片。
施工现场管理人员根据末端提醒***的提醒及时对施工现场做出方案调整，以达到提前规避工人中暑事件及操作平台坍塌等施工安全事故发生的目的。
如图5所示，下面以检测工地中暑情况和施工安全情况为例对发明的流程及具体实施方式进行阐述：
1.将普通摄像头架设在施工场地进行实时记录施工现场的视频信息，信息储存模块对视频信息进行储存。
2.信息储存模块将采集到的视频信息传输至目标检测模块，目标检测模块采用目标算法对视频信息中的施工工人和操作平台脚手架及塔吊进行实时检测区分，目标检测模块将检测出的目标信息传输至信息计算模块。
3.信息计算模块采用欧拉视频放大技术识别工人裸露的皮肤温度，欧拉视频放大算法进行傅里叶变换可得到人体肤色饱和度，根据肤色饱和度与皮肤温度的线性关系，可以进一步的得到人体的面部皮肤温度Tf。当Tf≥36℃度时，信息计算模块截取该人员的面部特征图像和服装特征图像传输给信息捕捉模块；
信息捕捉模块将Tf≥36℃的人员编号标记为Pi1P代表人员；i表示人员编号，i＝1、2、3……；第二个下角标1表示该人员为第1次出现，同时信息捕捉模块记录标记编号为Pi1的人员的时间Ti1i表示人员编号，i＝1、2、3……；第二个下角标1表示该人员为第1次出现；信息计算模块持续计算人员的面部温度，当检测到人员的面部温度≥36℃时，将其传输至信息捕捉模块与编号为Pi1的人员进行对比，若不是同一人员，则对其按照已有编号按顺进行编号标记，若为同一人员，则记录该人员再次出现的时间Tij’i表示人员编号，i＝1、2、3……；j表示人员出现的次数，j＝0、1、2、3……；T12’表示标号为1的人员第2次出现在信息捕捉***的时间)；若Tij’-Ti1大于15分钟，则信息捕捉模块将该人员的面部特征、服装特征信息发送至信息传输模块；若Tij’-Ti1小于15分钟，则表示该人员暂时安全，则将Tij’释放，信息捕捉模块捕捉下一次出现人员的面部温度≥36℃时的时间。
信息计算模块采用欧拉视频放大算法将脚手架边缘处立杆进行实时放大，以立杆为基准，采用匹配算法对立杆的倾斜或晃动角度α进行计算，当α达到0.3°时如图3所示，即对该脚手架进行编号标记，并剪辑其产生左右晃动或倾斜前后的视频，视频时长为5秒，将其发送至信息传输模块。
信息计算模块采用欧拉视频放大算法将塔吊进行实时放大，以塔吊轴心线为基准，匹配算法对轴心线的倾斜或晃动角度β进行计算，当β达到0.2°时如图4所示，即对该塔吊进行编号标记，并剪辑其产生左右晃动或倾斜时的视频，视频时长为5秒，将其发送至信息传输模块。
优选的，目标算法采用CascadeR-CNN算法，匹配算法采用SIFT方法。
信息传输模块对信息捕捉模块传输的信息进行分类，将人员的特征信息图片标记为人员安全事件，将视频信息标记为平台安全事件，并将人员安全事件和/或平台安全事件信息传输至末端提醒***。
末端提醒***接收到信息传输***传递的事件信息，当为人员安全事件时则语音模块进行播报“存在人员安全事件风险”同时视频图像播报模块播放人员特征图片以供管理人员查看；当为平台安全事件时则语音播报模块进行播报“存在平台安全事件风险”同时视频图像播报模块播放平台倾斜视频以供管理人员查看。

Claims (7)

1.一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，包括数据采集***、信息处理***和末端提醒***，
所述数据采集***用于实时采集施工现场人员和操作平台的视频信息，并将视频信息发送给信息处理***，其中操作平台包括脚手架和塔吊；
所述信息处理***包括目标检测模块、信息计算模块、信息捕捉模块和信息传输模块，所述目标检测模块用于检测区分视频信息中出现的人员以及操作平台并将目标信息传输至信息计算模块；信息计算模块用于计算人员面部温度和操作平台的倾斜角；信息捕捉模块用于截取当人员面部温度大于等于预设值时对应人员的特征图片，并将该特征图片标记为人员安全事件并发送给信息传输模块；信息捕捉模块用于截取当操作平台的倾斜角大于等于预设值时操作平台的特征视频，并将该特征视频标记为平台安全事件并发送给信息传输模块；信息传输模块用于将人员安全事件和/或平台安全事件信息发送至末端控制***；所述目标检测模块采用目标算法对视频信息中的施工工人和操作平台进行实时检测区分，并将检测出的目标信息传输至信息计算模块；对于操作平台，将操作平台的视频放大处理，通过匹配算法进行计算操作平台的稳定性；
所述信息捕捉模块将信息捕捉模块捕捉到的人员的信息与已标记的人员的信息进行对比，若为同一人员，则计算相同人员出现在信息捕捉模块中的最大时间间隔，当时间间隔超过15分钟时，则截取该人员特征信息图片并传送至信息传输模块，信息传输模块将图片信息标记为人员安全事件，并将人员安全事件信息发送给末端提醒***；若为不同人员，信息捕捉模块对该人员进行标记；
所述目标算法采用CascadeR-CNN算法，所述匹配算法采用SIFT方法；
所述信息计算模块将大于等于预设值的人员面部特征图像和服装特征图像以及操作平台的特征视频信息传输给信息捕捉模块，信息捕捉模块将该人员与已标记的人员进行对比，信息捕捉模块截取操作平台倾斜前后的特征视频，并将人员对比结果和截取的操作平台的特征视频发送至信息传输模块；
所述末端控制***用于接收信息处理***传递的人员安全事件和/或平台安全事件信息，并进行提醒；
所述信息计算模块采用欧拉视频放大算法将脚手架边缘处立杆进行实时放大，以立杆为基准，采用所述匹配算法对立杆的倾斜或晃动角度α进行计算；
所述信息计算模块采用欧拉视频放大算法将塔吊进行实时放大，以塔吊轴心线为基准，所述匹配算法对轴心线的倾斜或晃动角度β进行计算；
所述末端提醒***包括语音播报模块和视频图像播放模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，所述数据采集***包括普通摄像头和信息存储模块，普通摄像头用于拍摄施工现场的视频信息并将视频信息发送至信息储存模块；所述信息存储模块用于存储施工现场的视频信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，所述信息计算模块通过视频放大技术对目标信息进行放大处理，对于人员，将人员的面部进行放大，计算其面部温度。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，所述预设值为人员面部温度36℃、操作平台塔吊的倾斜角为0.2°、脚手架立杆倾斜角为0.3°。
5.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，信息传输模块将截取的操作平台的视频标记为平台安全事件，并将平台安全事件信息发送至末端提醒***。
6.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，所述语音播报模块用于提醒管理人员出现人员安全事件和/或平台安全事件，所述视频图像播放模块用于向管理人员播放人员特征图片和/或平台倾斜视频。
7.据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的工地安全监测***，其特征在于，当出现人员安全事件时，语音播报模块播报“存在人员安全事件风险”，视频图像播报模块播放人员特征图片以供管理人员查看；当出现平台安全事件时，语音播报模块播报“存在平台安全事件风险”同时视频图像播报模块播放平台倾斜视频以供管理人员查看。
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