CN109445363A - 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统 - Google Patents

一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109445363A
CN109445363A CN201811590990.3A CN201811590990A CN109445363A CN 109445363 A CN109445363 A CN 109445363A CN 201811590990 A CN201811590990 A CN 201811590990A CN 109445363 A CN109445363 A CN 109445363A
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
construction site
module
construction
personnel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811590990.3A
Other languages
English (en)
Inventor
包胜
欧阳笛帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Rui Xing Dong Building Science And Technology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Rui Xing Dong Building Science And Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Rui Xing Dong Building Science And Technology Co Ltd filed Critical Hangzhou Rui Xing Dong Building Science And Technology Co Ltd
Priority to CN201811590990.3A priority Critical patent/CN109445363A/zh
Publication of CN109445363A publication Critical patent/CN109445363A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B19/00—Alarms responsive to two or more different undesired or abnormal conditions, e.g. burglary and fire, abnormal temperature and abnormal rate of flow
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2612—Data acquisition interface

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Alarm Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统，该系统包括数据采集子系统、网络传输端和异常检测子系统；数据采集子系统包括环境信息模块、人员与车辆定位模块和施工机械监控模块，分别用于收集施工现场环境、人员与车辆以及施工机械的相关数据信息；网络传输端，用于将数据采集子系统收集到的数据信息发送至异常检测子系统；异常检测子系统用于训练异常检测模型，动态分析施工现场安全状态，发现安全状态异常的区域，并发出警报信息。本发明能够对施工现场的安全状态进行实时动态监测与分析，从而减少施工事故发生的概率，保障施工人员的安全，避免经济损失。

Description

一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统
技术领域
本发明涉及施工现场安全管理，具体地，基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统。
背景技术
异常检测，也被称作离群值检测，是对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。异常检测算法首先通过大量正常数据训练来定义系统属于正常状态时的数据集，然后通过分析计算新数据与这组正常状态数据的离群关系来判断新数据是否属于正常状态数据的范围，当新数据与正常数据集不符时，就会判断这个数据为异常点，从而确定为危险状态。异常检测算法在入侵检测、故障检测以及系统健康监测等多个领域都有广泛应用，其特点十分适合用于施工现场的安全状态监测。
随着中国的经济和社会发展，中国的建筑行业也在蓬勃发展，整个行业占有巨大的市场。根据住建部统计数据显示，2016年中国建筑业总产值达19.35万亿，建筑业增加值达4.95万亿，占国内生产总值的6.66％。同时提供了大量的就业岗位，对经济社会发展，城乡建设和民生改善做出了重大贡献。虽然我国建筑行业已经发展多年，但是建筑施工过程中依然存在着各种各样的潜在，给施工人员带来危险。以2016年为例，全国仅房屋市政工程生产安全事故就发生了634起、死亡人数达到735人。但是施工现场情况十分复杂同时处于一种动态变化的过程中，环境、施工人员、车辆以及运行中的各种机械设备都是导致事故发生的潜在因素，并且不同团队的管理水平参差不齐，往往无法完全遵守施工安全规范进行管理，因此对于施工现场的事故风险的分析能力不足，是造成施工现场事故的主要原因。
发明内容
针对现有的施工现场安全监管、分析方面的不足，本发明提出一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统。
本发明所采用的技术方案如下：一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统，该系统包括：
数据采集子系统，用于收集施工现场各类数据信息，
网络传输端，用于将数据采集子系统收集的数据通过无线网络发送至异常检测子系统；
异常检测子系统，包括数据训练模块、数据分析模块和安全警报模块；
所述的数据训练模块用于前期收集训练数据，并对模型自身进行样本训练，完成对施工现场安全状态数据集的定义，得到施工现场安全状态的阈值；
所述的数据分析模块用于接收由网络传输端发送的施工现场各类数据信息，并对这些数据信息进行整合与处理，得到施工现场实时安全状态数据，将其与数据训练模块生成的安全状态数据集进行比对计算分析，得到施工现场实时安全状态，生成对应的施工现场实时安全状态可视化图像，并根据安全状态将对应的警报指令发送至安全警报模块；
所述的安全警报模块用于接收数据分析模块发送的警报指令，根据对应的警报指令向施工现场的安全管理人员发出警报。
进一步的，所述数据采集子系统包括环境信息模块、人员与车辆定位模块和施工机械监控模块，所述的环境信息模块用于收集施工现场各类环境状况的实时数据；所述的人员与车辆定位模块用于收集人员和车辆的实时坐标数据；所述施工机械运行监控模块用于实时监控施工现场各类机械的运行状况。
进一步的，所述的实时数据包括温度、气体浓度、风速、湿度。
本发明的有益效果如下：目前中国施工现场是生产制造业事故发生最多的领域，但是由于施工场地环境复杂，并且处于不断变化的状态中，因此传统的施工安全监管手段难以有效地发现施工现场的各种潜在事故。通过前期收集安全与危险的施工工程项目的数据信息对异常检测模型进行训练，在异常检测模型中建立安全状态的施工现场特征数据集，得到施工现场安全状态阈值，并将训练得到的数据模型应用到项目中，从而实现对施工现场危险的实时监测，帮助施工安全管理人员更加科学准确地对施工现场进行安全生产管理。
附图说明
图1为基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统架构与流程图；
图2-A为异常检测模型经过数据训练得到的特征点示意图；
图2-B为异常检测模型经过数据训练得到的正常样本示意图；
图2-C为异常检测模型经过数据训练得到的异常样本示意图；
图3为数据分析模块生成的单个区域实时安全状态变化图。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于异常检测模型的施工现场动态安全监测系统的架构如图1所示，本发明的基于异常检测模型的施工现场动态安全监测系统包括数据收集子系统、网络传输端和异常检测子系统；数据收集子系统通过网络传输端与异常检测子系统连接。
所述的数据收集子系统用于收集施工现场的各类静态与动态数据信息，包括环境、人员与车辆以及施工机械三个方面，并通过网络传输端将所有这些数据发送至异常检测子系统中的数据分析模块；所述的数据收集子系统包括环境信息模块、人员与车辆定位模块和施工机械运行监控模块；在布置数据收集子系统前，需要技术人员先将施工场地进行划分，确定数据收集子系统的布置位置；
所述的环境信息模块用于收集施工现场的各类环境信息并发送至异常检测子系统，包括温度、湿度、风速、气体浓度等数据，包括了各类传感器与监测仪，这些数据收集设备通过网络传输端将收集到的数据实时地发送至异常检测子系统中的数据分析模块；
所述的人员与车辆定位模块用于收集人员与车辆的坐标数据并发送至异常检测子系统，安装在人员与车辆上的定位设备通过网络传输端将人员与车辆的位置信息实时地发送至异常检测子系统中的数据分析模块；
所述的施工机械运行监控模块用于收集施工机械的实时运行状况并发送至异常检测子系统，对于不同类别的施工机械选择不同的特征参数进行数据采集，并安装相应的数据收集设备，然后通过网络传输端发送至异常检测子系统中的数据分析模块；
所述的网络传输端用于将数据收集子系统所收集的数据信息发送至异常检测子系统中的数据分析模块；
所述的异常检测子系统用于训练生成施工现场安全状态数据集、计算处理由数据收集子系统发送的所有数据信息，得到一个施工现场安全状态参数，将这个参数与训练得到的数据集进行分析比较，最终得到一个施工现场的实时安全状态，根据这个实时安全状态向安全管理人员发出相应的警报；异常检测子模型包括数据训练模块、数据分析模块和安全警报模块；
所述的数据训练模块用于前期收集大量真实数据进行数据模型训练，从而定义可靠的安全状态数据集，计算出安全状态的数据阈值，该模型分别从环境状况、人员与车辆密度与移动状态和施工机械运行状况三方面来评价施工现场安全状态，具体计算方法如下：
建立异常检测模型前首先要选择合适的特征参数作为评价施工现场安全状态的数据基础，针对不同的施工环境、施工项目和施工技术要选择相对应的特征参数，以一般民用建设项目为例：
所述的环境状况的特征参数包括了温度、湿度、风速、气体浓度数据，首先收集并计算这些环境参数的均值μ和方差σ，计算公式如下：
上述公式中，m代表参数类型编号；n为收集到的某种参数的数据总数；x为该参数的数值大小；
因此描述环境状况指数的高斯分布的概率密度函数为如下表达：
上述计算所得的p1(x)即作为环境状态评价指数；
所述的人员与车辆密度与移动状态的特征参数包括了人员与车辆的密度和移动速度；数据训练模块先对人员与车辆定位模块收集的坐标数据进行处理，包括根据收集到的数据计算每个划分区域内单位面积上的人员与车辆数量，即人员密度与车辆密度、根据人员与车辆的坐标变化计算其移动速度；对这些数据进行与评价环境状况相同的计算处理，得到p2(x)即为人员与车辆影响指数；
所述的施工机械运行状况的特征参数包括了不同施工机械的主要运行数据，具体特征选择根据施工现场具体机械类别选择，以塔吊为例，收集塔吊运行时的速率、高度以及吊取对象的重量数据；对其进行与评价环境状况相同的计算处理，得到p3(x)即为施工机械运行影响指数；
对以上p1、p2、p3进行相同计算处理，分别计算得到μ1,2,3和σ1,2,3，然后计算施工现场安全状态指数P：
通过向数据训练模块输入发生过事故的施工现场数据，计算其各项指数p1、p2、p3和P，并将其与正常的施工现场数据继续宁对比分析计算，得到异常数据阈值ε，实现对异常检测模型的异常点训练，其结果如下：
异常检测模型经过数据训练得到的特征点、正常样本以及异常样本分别如如图2-A、图2-B和图2-C所示；所述特征点指异常检测模型得到的所有数据点的统称；所述正常样本指异常检测模型经训练得到的符合安全状态的特征点的集合；所述异常样本指异常检测模型经训练得到的具有安全风险的特征点的集合；
所述的数据分析模块用于接收网络传输端发送的施工现场的各类数据信息，并对其进行实时计算分析，计算得出施工现场安全状态指数P，生成的施工现场各区域安全状态可视化图像，当处于异常状态范围内P越小，区域的显示颜色越深，同时能显示如图3所示的该区域实时安全状态指数变化图像；数据分析模块还会根据分析结果向安全警报模块发送相应警报信号；
所述的安全警报模块用于接收数据分模块发送的信号指令，若指令为异常，则向安全管理人员发出危险警报；若指令为安全，则显示安全状态正常，不发送警报。

Claims (3)

1.一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统，其特征在于，该系统包括：
数据采集子系统，用于收集施工现场各类数据信息，
网络传输端，用于将数据采集子系统收集的数据通过无线网络发送至异常检测子系统；
异常检测子系统，包括数据训练模块、数据分析模块和安全警报模块；
所述的数据训练模块用于前期收集训练数据，并对模型自身进行样本训练，完成对施工现场安全状态数据集的定义，得到施工现场安全状态的阈值；
所述的数据分析模块用于接收由网络传输端发送的施工现场各类数据信息，并对这些数据信息进行整合与处理，得到施工现场实时安全状态数据，将其与数据训练模块生成的安全状态数据集进行比对计算分析，得到施工现场实时安全状态，生成对应的施工现场实时安全状态可视化图像，并根据安全状态将对应的警报指令发送至安全警报模块。
所述的安全警报模块用于接收数据分析模块发送的警报指令，根据对应的警报指令向施工现场的安全管理人员发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统，其特征在于，所述数据采集子系统包括环境信息模块、人员与车辆定位模块和施工机械监控模块，所述的环境信息模块用于收集施工现场各类环境状况的实时数据；所述的人员与车辆定位模块用于收集人员和车辆的实时坐标数据；所述施工机械运行监控模块用于实时监控施工现场各类机械的运行状况。
3.根据权利要求1所述的一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统，其特征在于，所述的实时数据包括温度、气体浓度、风速、湿度。
CN201811590990.3A 2018-12-21 2018-12-21 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统 Pending CN109445363A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811590990.3A CN109445363A (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811590990.3A CN109445363A (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109445363A true CN109445363A (zh) 2019-03-08

Family

ID=65537892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811590990.3A Pending CN109445363A (zh) 2018-12-21 2018-12-21 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109445363A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110139082A (zh) * 2019-06-17 2019-08-16 北京信达众联科技有限公司 通过视频处理算法对设备工况的识别装置
CN111830871A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 上海威派格智慧水务股份有限公司 一种设备异常自动诊断系统
CN112863119A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 中铁建设集团基础设施建设有限公司 一种工程施工安全风险预警系统及方法
CN113379323A (zh) * 2021-07-06 2021-09-10 山东电力工程咨询院有限公司 施工现场质量监管方法及系统
CN117972617A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 中国水利水电第九工程局有限公司 一种公路工程施工安全事故分析系统及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102042030A (zh) * 2010-12-17 2011-05-04 华中科技大学 基于无线传感器网络的施工隧道安全防护方法及监控系统
CN203324801U (zh) * 2013-07-08 2013-12-04 江苏天鹏石化特种工程有限公司 一种工程施工现场监测装置
CN104329120A (zh) * 2014-10-17 2015-02-04 成都四为电子信息股份有限公司 一种隧道施工安全监控管理系统和方法
JP2015179400A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 Dmg森精機株式会社 工作機械の制御システム
US20180007578A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Alcatel-Lucent Usa Inc. Machine-to-Machine Anomaly Detection
CN109034092A (zh) * 2018-08-09 2018-12-18 燕山大学 用于监控系统的异常事件检测方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102042030A (zh) * 2010-12-17 2011-05-04 华中科技大学 基于无线传感器网络的施工隧道安全防护方法及监控系统
CN203324801U (zh) * 2013-07-08 2013-12-04 江苏天鹏石化特种工程有限公司 一种工程施工现场监测装置
JP2015179400A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 Dmg森精機株式会社 工作機械の制御システム
CN104329120A (zh) * 2014-10-17 2015-02-04 成都四为电子信息股份有限公司 一种隧道施工安全监控管理系统和方法
US20180007578A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Alcatel-Lucent Usa Inc. Machine-to-Machine Anomaly Detection
CN109034092A (zh) * 2018-08-09 2018-12-18 燕山大学 用于监控系统的异常事件检测方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110139082A (zh) * 2019-06-17 2019-08-16 北京信达众联科技有限公司 通过视频处理算法对设备工况的识别装置
CN111830871A (zh) * 2020-07-14 2020-10-27 上海威派格智慧水务股份有限公司 一种设备异常自动诊断系统
CN111830871B (zh) * 2020-07-14 2024-04-05 上海威派格智慧水务股份有限公司 一种设备异常自动诊断系统
CN112863119A (zh) * 2020-12-31 2021-05-28 中铁建设集团基础设施建设有限公司 一种工程施工安全风险预警系统及方法
CN113379323A (zh) * 2021-07-06 2021-09-10 山东电力工程咨询院有限公司 施工现场质量监管方法及系统
CN117972617A (zh) * 2024-03-29 2024-05-03 中国水利水电第九工程局有限公司 一种公路工程施工安全事故分析系统及方法
CN117972617B (zh) * 2024-03-29 2024-06-21 中国水利水电第九工程局有限公司 一种公路工程施工安全事故分析系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109445363A (zh) 一种基于异常检测算法的施工现场动态安全监测系统
CN105758450B (zh) 基于多传感器应急机器人的消防预警感知系统构建方法
CN112291735B (zh) 一种基于uwb的可视化工程智能监测系统及方法
CN111242574A (zh) 一种基于gps技术的智慧工地现场巡检管理系统及方法
CN106529410A (zh) 一种基于监控视频的灰霾扩散路径绘制与来源确定方法
CN115393142A (zh) 智慧园区管理方法及管理平台
CN113793234B (zh) 基于数字孪生技术的智慧园区平台
CN109919471A (zh) 一种智慧风控评估方法及系统
CN110121053A (zh) 一种钻井现场风险分级预警的视频监控方法
CN111178828A (zh) 一种建筑消防安全预警的方法和系统
CN109799799A (zh) 化工园区大数据分析平台
CN117078072A (zh) 一种多维度环境数据监管方法及监管系统
CN112183264B (zh) 一种基于空间关系学习的吊车吊臂下有人逗留的判断方法
CN117094564B (zh) 一种基于数字孪生的智慧泵站管理系统
CN115278542A (zh) 基于超宽带技术的施工场地人员定位管理系统及方法
CN116105802A (zh) 一种基于物联网的地下设施安全监测预警方法
CN117852849B (zh) 基于数字孪生技术的大型农光互补光伏园区安全管理系统
CN116258333A (zh) 一种用于核电厂的智能巡检方法及智能巡检系统
CN114495421B (zh) 智能化开放式道路施工作业监测预警方法及系统
CN105632114A (zh) 基于gis技术的监测测点安全状态监控的方法
CN110366111A (zh) 灭火器定位管理系统
CN117057613B (zh) 一种化工企业安全生产管理系统及方法
CN108388873A (zh) 一种机器视觉的监管系统、方法及客户机、存储介质
CN117853295A (zh) 一种基于工业互联和数字全景的安全环保应急系统
CN117575170A (zh) 一种智能管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190308