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

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實時視頻監(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)控目標多樣、監(jiān)控對象繁雜、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)場布線困難，傳統(tǒng)基于有線視頻監(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、先進的Android操作系統(tǒng)和成熟的3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的固定、移動兩用智能監(jiān)控終端，可以跟隨現(xiàn)場施工情況自由部署，也可以由安全管理人員隨身攜帶。通過自主開發(fā)設(shè)計的管理信息系統(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、錄像和實時視頻功能，可以通過多媒體手段還原隱患現(xiàn)場，滿足建筑施工安全監(jiān)管的現(xiàn)場勘查和移動監(jiān)控的要求。

1系統(tǒng)整體架構(gòu)

建筑施工現(xiàn)場的危險源有高處墜落、機械傷害、物體打擊、觸電傷害、坍塌施工、起重傷害、危險品等，危險源辨識的主要手段有現(xiàn)場觀察、資料觀察、外部信息搜集、詢問和溝通、安全檢查表、工作任務(wù)分析等。基于3G網(wǎng)絡(luò)的建筑施工安全移動監(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)計方案如圖1所示。

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

2智能終端設(shè)計

2.1設(shè)計思想

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，既可以作為建筑施工現(xiàn)場安全監(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)備進入系統(tǒng)監(jiān)控中心，現(xiàn)場處理隱患排查工作。智能終端包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。硬件結(jié)構(gòu)方面，以S5PV210處理器為核心，通過圖像采集模塊接收圖像采集的數(shù)據(jù)，經(jīng)過MFC硬件編碼后通過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)計了自動采集和人工監(jiān)控兩種模式：在自動采集模式下啟動視頻實時監(jiān)控功能，應(yīng)用軟件負責(zé)視頻信息的接收、壓縮和傳輸?shù)?；在人工監(jiān)控模式下，進入監(jiān)控模式，可以進行安全隱患登記、上報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32位低成本、低功耗、高性能的移動處理器，基于Cortex-A8核心，運行主頻1GHz，內(nèi)部采用64位總線架構(gòu)，內(nèi)置強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、多標準的視頻編碼，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，內(nèi)建的HDMIV1.3可以將高清視頻輸出到外部顯示器上,可運行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是移動設(shè)備的開發(fā)平臺，其層次結(jié)構(gòu)自下而上分為四層，包括操作系統(tǒng)層、各種庫和運行環(huán)境層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)?，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。Android對操作系統(tǒng)的使用包括核心和驅(qū)動程序兩部分，Android的Linux核心為標準的Linux2.6內(nèi)核，其驅(qū)動程序部分主要包括顯示驅(qū)動、視頻驅(qū)動、3G驅(qū)動、USB驅(qū)動等；庫和運行環(huán)境層相當于中間件層，主要包括C庫、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_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，應(yīng)用程序開發(fā)者可以應(yīng)用程序框架層的APIs來開發(fā)自己的程序，本文中設(shè)計的安全隱患排查系統(tǒng)客戶端軟件即在該層開發(fā)，主要包括顯示模塊、上傳模塊、現(xiàn)場數(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，將終端設(shè)備采集到的視頻信號采用H.264編碼進行壓縮處理，然后通過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)器完成實時顯示。3G網(wǎng)絡(luò)雖然在移動環(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準，基于高清度、多模式預(yù)測技術(shù)提高了壓縮比來減低碼流，經(jīng)過優(yōu)化選擇后，能夠很好地滿足系統(tǒng)實時監(jiān)控的需求。

3系統(tǒng)的功能與實現(xiàn)

智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計包括自動采集模式和人工監(jiān)控模式兩種。自動采集模式主要是針對施工現(xiàn)場安全監(jiān)管的對象，主要由施工方進行使用，允許智能終端長期、自動、實時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)控整個作業(yè)過程，實時上傳作業(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、照相錄像等方式進行現(xiàn)場監(jiān)管。系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.1自動采集模式主要功能實現(xiàn)

顯示模塊主要負責(zé)實時顯示施工現(xiàn)場的狀態(tài)信息，顯示采集的數(shù)據(jù)、畫面等。

采集模塊主要實現(xiàn)工程施工現(xiàn)場安全管理工作的數(shù)據(jù)自動采集，包括工程概況、危險源及重大危險源、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。

上傳模塊主要實現(xiàn)通過3G網(wǎng)絡(luò)實時上傳數(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)器端進行相應(yīng)的處理。一旦數(shù)據(jù)采集開始，在網(wǎng)絡(luò)條件允許的情況下（用戶可以選擇實時上傳，也可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況選擇緩存后上傳），通過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，消除線程控制在時間上的不確定性，系統(tǒng)采用定時器機制來保證時間的準確性；同時，系統(tǒng)設(shè)置一個全局變量來存儲終端設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，顯示模塊和上傳模塊則同時讀取變量的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)更新和上傳數(shù)據(jù)的一致性。

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

3.2人工監(jiān)控模式的主要功能實現(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、B級、C級、D級和E級隱患;支持用戶根據(jù)不同生產(chǎn)性質(zhì)、工作范圍、作業(yè)特點、危害因素等來編制隱患排查卡；支持用戶根據(jù)實際情況定義隱患排查臺賬，由系統(tǒng)從各隱患排查卡自動匯總生成；支持用戶對危險性較大的工程(如基坑支護、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)進行單項設(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、隱患復(fù)查和隱患分析與匯總。

隱患錄入主要是通過智能終端的輸入設(shè)備，將現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的問題和處理意見輸入系統(tǒng)，并通過上報功能按照隱患等級分類發(fā)送至不同的管理部門；隱患復(fù)查則是在施工現(xiàn)場根據(jù)安全隱患責(zé)任部門提交的整改措施和完成情況進行現(xiàn)場核查；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，對發(fā)現(xiàn)隱患的工程類型、隱患類型、隱患時間、隱患所在位置以及整改落實情況等信息分類匯總，對常見隱患進行重點標識，對于隱患平均數(shù)量過多的工程進行重點督查等。系統(tǒng)部分功能實現(xiàn)截圖如圖5所示。

4結(jié)語

隨著3G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，移動通信網(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)管的實際需求,設(shè)計了基于ARM處理器、Android開放平臺和3G網(wǎng)絡(luò)的智能監(jiān)控終端，并實現(xiàn)了包括自動采集模式和人工監(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。隨著國家對安全生產(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)將會擁有更加廣泛的應(yīng)用空間。

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