CN108462741A - 一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法，所述服务器集群包括数据采集网络、数据分析服务器、数据存储服务器和应用服务器，所述数据采集网络将采集到的数据分别传输至数据分析服务器和数据存储服务器，所述数据分析服务器和所述数据存储服务器还与所述应用服务器通信连接，所述应用服务器与施工用管控系统的第一客户端和第二客户端通信，接收第一客户端发布的管理指令，并将所述管理指令传输至第二客户端。本发明对于管控过程产生的海量数据提供存储模型，确保数据的合理存储，并实现了以工程为单位，实现对于建筑过程中各个环节的数据的全自动化监控。

Description

一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法。

背景技术

施工质量和施工安全一直是建筑行业讨论的热点问题。目前，随着工程建设规模不断扩大，工序流程纷繁复杂，如何搞好现场施工安全质量管理，控制事故发生频率，保证施工质量，一直是施工企业、政府管理部门关注的焦点。利用现代科技，优化施工现场监控手段，实现实时地、全过程地、不间断地安全监管，已成为建筑行业安全施工管理亟待考虑的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种施工用管控系统的服务器集群，所述服务器集群包括数据采集网络、数据分析服务器、数据存储服务器和应用服务器，所述数据采集网络将采集到的数据分别传输至数据分析服务器和数据存储服务器，所述数据分析服务器和所述数据存储服务器还与所述应用服务器通信连接，所述应用服务器与施工用管控系统的第一客户端和第二客户端通信，接收第一客户端发布的管理指令，并将所述管理指令传输至第二客户端；

在数据采集过程中，所述数据分析服务器获取到实时数据后，还根据预设的数据分析算法分析当前的施工情况，并判断是否存在施工危险，若存在，则产生管理信息，并将所述管理信息推送至应用服务器，以便于所述应用服务器将所述管理信息传输至第一客户端。

进一步地，所述数据存储服务器中包括数据仓库和数据规则分析器，所述数据规则分析器和所述数据仓库通信，所述数据仓库用于对数据采集网络获取到的数据进行分类存储，所述数据规则分析器用于根据预设的语义规则进行数据分析，并基于预设的语义规则进行数据查询，并将数据分析和数据查询结果向应用服务器反馈。

进一步地，所述数据仓库包括第一存储模块、第二存储模块和第三存储模块；

所述第一存储模块与应用服务器通信连接，由所述应用服务器向所述第一存储模块写入安全知识数据，以便于所述数据规则分析器根据所述安全知识数据自动建立语义规则，并将建立好的语义规则存储在第三存储模块。

所述第二存储模块与数据采集网络通信连接，并存储来自所述数据采集网络的数据。

所述第三存储模块用于记录语义规则，所述第三存储模块与应用服务器通信连接，以便于用户通过应用服务器向第三存储模块添加或者删除语义规则。

进一步地，所述第二存储模块中具备三重存储结构。

进一步地，在数据存储服务器和数据采集网络的支持下，应用服务器可以对第一客户端和第二客户端进行多种服务，包括施工过程实时监控、施工过程数据查询、施工过程语义规则管理以及管理信息发布。

一种基于视频数据及时发现危险的数据分析方法，所述方法由上述的一种施工用管控系统的服务器集群实施，所述方法包括：

S1.获取视频拍摄地背景图像数据，计算所述背景图像数据对应的第一灰度数据；

S2.基于实时视频数据得到当前图像数据，计算所述当前图像数据对应的第二灰度数据；

S3.获取第一灰度数据和第二灰度数据的差值灰度数据；

S4.对差值灰度数据进行二值化处理；

S5.根据二值化处理后得到的非零数据勾勒出拍摄地变动区间；

S6.根据变动区间形状以及变动趋势判断是否发生危险。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种施工用管控系统的服务器集群及数据分析方法，具有如下有益效果：

（1）以工程为单位，实现对于建筑过程中各个环节的数据的全自动化监控；

（2）设计数据采集网络，实现了多种数据的采集，从而基于数据融合结果生成管理信息，为施工过程提供指导；

（3）对于管控过程产生的海量数据提供存储模型，确保数据的合理存储。

附图说明

图1是本发明实施例提供的施工用管控系统示意图；

图2是本发明实施例提供的服务器集群框图；

图3是本发明实施例提供的数据采集网络框图；

图4是本发明实施例提供的节点框图；

图5是本发明实施例提供的一种基于视频数据及时发现危险的数据分析方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种施工用管控系统。所述施工用管控系统如图1所示，包括服务器集群和与所述服务器集群通信的第一客户端和第二客户端，所述第一客户端由施工管理员持有，所述第二客户端由施工工人持有，所述服务器集群能够采集施工现场各种数据，并对数据进行存储和分析，产生管理信息，并将管理信息主动推送至第一客户端，所述第一客户端也能够以服务器集群为中转，向指定的第二客户端发布管理指令。

具体地，所述第一客户端和第二客户端均可以有多个。

所述服务器集群如图2所示，包括数据采集网络、数据分析服务器、数据存储服务器和应用服务器，所述数据采集网络将采集到的数据分别传输至数据分析服务器和数据存储服务器，所述数据分析服务器和所述数据存储服务器还与所述应用服务器通信连接，所述应用服务器与第一客户端和第二客户端通信，接收第一客户端发布的管理指令，并将所述管理指令传输至第二客户端。

在数据采集过程中，所述数据分析服务器获取到实时数据后，还根据预设的数据分析算法分析当前的施工情况，并判断是否存在施工危险，若存在，则产生管理信息，并将所述管理信息推送至应用服务器，以便于所述应用服务器将所述管理信息传输至第一客户端。

所述数据采集网络如图3所示，具体可以为一种无线传感器单元构建的网络，所述数据采集网络设置有多个主节点，每个主节点下设多个从节点，从节点采集数据，并将所述数据传输至主节点，以便于所述主节点将数据汇总传输至数据分析服务器和数据存储服务器。

在一个可行的实施方式中，每个从节点结构可以相同，并且其具体为可接受射频识别阅读器信息的传感器节点，因此，每个从节点在自身可以进行数据采集的基础上额外均具备两个功能，一个是与射频设备通信，获取射频设备数据并且增大射频通信覆盖范围，另一个是利用射频阅读器强大的多数据处理能力，从而使得从节点具备一定的数据处理能力，减轻整个数据采集网络的数据处理压力。

在数据采集过程中，从节点可以利用射频通信采集位置类信息，利用自身采集地质类、结构类、自然环境类信息，二者基于ZigBee协议对信息数据进行融合并实时传输至主节点，以达到全面的数据采集目的。

数据采集网络具体通过于ZigBee协议形成一个多跳自组织网络。每个节点如图4所示，包括数据采集器和转化器构成的采集单元，数据存储器和中央处理器构成的处理单元、通信单元、外部接口、驱动模块和电源单元构成，其中，数据采集器与转化器连接，转化器与存储器连接，外部接口和驱动模块也与处理器连接，所述数据存储器与通信单元连接，数据采集器、转化器和存储器均与电源单元连接。

在一个可行的实施方式中，数据采集器由多种电压、电流、温度、湿度传感器组成，完成数据的采集；未达到较好的数据采集效果，本发明实施例中处理器可以具体由TI公司的MSP430F149作为MCU构建，该MCU由3.3V供电，具有超低功耗、高精度的基本特点；通信单元可以采用Chipcon公司推出的符合IEEE802.15.4标准的射频收发器芯片CC2430。

在本发明实施例中，为了达到全面的施工管控目的，发明人对施工环节进行分析，从而将施工过程抽象为多种工程，并以工程为单元进行管控，本发明实施例中管控的工程包括基坑工程、临时用电工程、脚手架工程、吊装作业工程、临边作业工程、模板工程、防火工程和钢筋工程。

为了便于管控，在充分分析大量的施工样本的前提下，本发明实施例中还总结了管控时间和管控对象，基坑工程的管控对象包括坍塌事故和高处坠落，管控时间为基础施工全过程；临时用电工程的管控对象包括触电，管控时间为施工全过程；脚手架工程的管控对象包括高处坠落、物体打击和坍塌事故，管控时间为施工全过程；吊装作业工程的管控对象包括起重伤害、机械伤害高出坠落和物体打击，管控时间为施工全过程；临边作业工程的管控对象包括高处坠落和物体打击，管控时间为施工全过程；模板工程的管控对象包括模板坍塌和高处坠落，管控时间为安装、拆除全过程；防火工程的管控对象为火灾，管控时间为施工全过程；钢筋工程管控对象为触电和高处坠落，管控时间为管控全过程。

基于上述内容可知，数据采集网络不仅需要具备传感信号的采集和传输能力，还要具备视频信号的实时采集和传输能力，这样才能够及时监控到一些伤害的方式前兆或者火灾；相应的，数据分析服务器也应当能够基于视频信号的内容，及时判断出当前发生或者即将发生的危险。

为了使得数据采集网络和数据分析服务器具备上述及时性，本发明提供了一种基于视频数据及时发现危险的数据分析方法，如图5所示，包括：

S1.获取视频拍摄地背景图像数据，计算所述背景图像数据对应的第一灰度数据。

S2.基于实时视频数据得到当前图像数据，计算所述当前图像数据对应的第二灰度数据。

S3.获取第一灰度数据和第二灰度数据的差值灰度数据。

S4.对差值灰度数据进行二值化处理。

具体地，二值化处理阈值可以根据实验测得。将大于二值化处理阈值的差值灰度数据设定为1，将不大于二值化处理阈值的差值灰度数据设定为诶0.

S5.根据二值化处理后得到的非零数据勾勒出拍摄地变动区间。

S6.根据变动区间形状以及变动趋势判断是否发生危险。

具体地，对于不同危险，变动区间形状以及变动趋势均不相同。即火灾、高空坠物或者机械伤害的变动区间形状以及变动趋势均不相同。即火灾、高空坠物或者机械伤害对应的不同的判断规则，根据判断规则判断是否发生对应的危险。具体的判断规则，可以由用户在实际工作中进行设定。

具体地，对于各个工程，均需要进行数据采集，基于各个工程所需数据的综合考虑，本发明实施例中对各种需要的数据进行分析，得到了管控用数据分类，在获得的数据分类的指导下，本发明实施例中数据采集网络各节点采集的数据类型包括：土压力数据、空隙水压力数据、建筑物沉降数据、墙顶水平位移数据、墙顶竖向位移数据、围护墙深层水平位移数据、立柱竖向位移数据、基抗周边地表竖向位移数据、支撑内力测量数据、墙体内力测量数据、锚杆拉力测量数据、管线位移测量数据、施工现场降雨量测量数据、施工现场温度数据以及施工现场风力数据。

数据存储服务器中包括数据仓库和数据规则分析器，所述数据规则分析器和所述数据仓库通信，所述数据仓库用于对数据采集网络获取到的数据进行分类存储，所述数据规则分析器用于根据预设的语义规则进行数据分析，并基于预设的语义规则进行数据查询，并将数据分析和数据查询结果向应用服务器反馈。

所述数据仓库包括第一存储模块、第二存储模块和第三存储模块；

所述第一存储模块与应用服务器通信连接，由所述应用服务器向所述第一存储模块写入安全知识数据，以便于所述数据规则分析器根据所述安全知识数据自动建立语义规则，并将建立好的语义规则存储在第三存储模块。

所述第二存储模块与数据采集网络通信连接，并存储来自所述数据采集网络的数据。

所述第三存储模块用于记录语义规则，所述第三存储模块与应用服务器通信连接，以便于用户通过应用服务器向第三存储模块添加或者删除语义规则。

为了便于以工程为单位进行施工管控，所述第二存储模块中具备三重存储结构。

一级结构为工程分类表和每个分类表下设的工程管控表，所述工程分类表中记录有各个工程分类以及每个工程分类中的工程管控表标识，一张工程管控表记录对应具体一项工程。

二级结构为工程信息汇总表，一张工程管控表对应一张工程信息汇总表，所述工程信息汇总表并行存储不同主题的维表，并利用关键字通过事实表中的外键将维表约束在汇总表中的某一行，以与汇总表相互关联。

三级结构为多张维表，一个工程管控表下设多张维表，不同分类的工程管控表下设的维表的数量和内容也不相同。以基抗工程为例，其下设的维表为建筑构建属性维表、自然环境维表、周边环境状态维表、时间为表、检查记录维表、隐形知识维表和显性知识维表。

由于施工现场环境动态变化，同时施工过程中产生大量的数据，都会不断地扩充和更新数据仓库，因此对数据仓库的管理显得尤为重要，最好使用冗余式分布式数据节点网络构建数据仓库。

在数据存储服务器和数据采集网络的支持下，应用服务器可以对第一客户端和第二客户端进行多种服务，包括施工过程实时监控、施工过程数据查询、施工过程语义规则管理以及管理信息发布等，在本发明实施例中不多做赘述。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如本发明的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者系统程序(如计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，也可以在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或者步骤等。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干系统的单元权利要求中，这些系统中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。

Claims (6)

1.一种施工用管控系统的服务器集群，其特征在于，所述服务器集群包括数据采集网络、数据分析服务器、数据存储服务器和应用服务器，所述数据采集网络将采集到的数据分别传输至数据分析服务器和数据存储服务器，所述数据分析服务器和所述数据存储服务器还与所述应用服务器通信连接，所述应用服务器与施工用管控系统的第一客户端和第二客户端通信，接收第一客户端发布的管理指令，并将所述管理指令传输至第二客户端；

在数据采集过程中，所述数据分析服务器获取到实时数据后，还根据预设的数据分析算法分析当前的施工情况，并判断是否存在施工危险，若存在，则产生管理信息，并将所述管理信息推送至应用服务器，以便于所述应用服务器将所述管理信息传输至第一客户端。

2.根据权利要求1所述的一种施工用管控系统的服务器集群，其特征在于：

所述数据存储服务器中包括数据仓库和数据规则分析器，所述数据规则分析器和所述数据仓库通信，所述数据仓库用于对数据采集网络获取到的数据进行分类存储，所述数据规则分析器用于根据预设的语义规则进行数据分析，并基于预设的语义规则进行数据查询，并将数据分析和数据查询结果向应用服务器反馈。

3.根据权利要求2所述的一种施工用管控系统的服务器集群，其特征在于：

所述数据仓库包括第一存储模块、第二存储模块和第三存储模块；

所述第一存储模块与应用服务器通信连接，由所述应用服务器向所述第一存储模块写入安全知识数据，以便于所述数据规则分析器根据所述安全知识数据自动建立语义规则，并将建立好的语义规则存储在第三存储模块；

所述第二存储模块与数据采集网络通信连接，并存储来自所述数据采集网络的数据；

所述第三存储模块用于记录语义规则，所述第三存储模块与应用服务器通信连接，以便于用户通过应用服务器向第三存储模块添加或者删除语义规则。

4.根据权利要求3所述的一种施工用管控系统的服务器集群，其特征在于：

所述第二存储模块中具备三重存储结构。

5.根据权利要求4所述的一种施工用管控系统的服务器集群，其特征在于：

在数据存储服务器和数据采集网络的支持下，应用服务器可以对第一客户端和第二客户端进行多种服务，包括施工过程实时监控、施工过程数据查询、施工过程语义规则管理以及管理信息发布。

6.一种基于视频数据及时发现危险的数据分析方法，所述方法由权利要求1-5中任意一项所述的一种施工用管控系统的服务器集群实施，其特征在于，所述方法包括：

S1.获取视频拍摄地背景图像数据，计算所述背景图像数据对应的第一灰度数据；

S2.基于实时视频数据得到当前图像数据，计算所述当前图像数据对应的第二灰度数据；

S3.获取第一灰度数据和第二灰度数据的差值灰度数据；

S4.对差值灰度数据进行二值化处理；

S5.根据二值化处理后得到的非零数据勾勒出拍摄地变动区间；

S6.根据变动区间形状以及变动趋势判断是否发生危险。