CN108446866A - 一种智慧工地安全管理平台系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧工地安全管理平台系统架构，其特点是采用云端和物联网技术架构由智能安全帽、定位器、多功能施工安全监控仪、传输网、二次开发BIM建模软件系统、云端地图与应用服务器和客户终端PC机/显示屏幕组成的施工安全管理平台。本发明与现有技术相比具有实时位置定位、实时轨迹分析、实时环境安全的诸多信息监控、人员智能化管理等功能，实现对区域内移动人员的智能化管理，人员出现危险隐患时及时告警并上传到云端，确保人员安全，较好的解决了对施工现场施工人员的实时安全监控和安全预警的安全管理难题。

Description

一种智慧工地安全管理平台系统架构

本发明涉及物联网技术及电子仪器控制技术领域，具体地说是一种智慧工地安全管理平台系统架构。

背景技术

目前，不同的生产及施工项目，其工作现场存有各种不安全隐患,如狭窄空间焊接产生有毒粉尘（焊接烟尘及锰化物）浓度超标、可燃气体浓度超标、二氧化碳CO₂浓度超标、高温天气中暑、现场施工人员不正确配戴安全帽、近高压电击、分撒作业时发生伤亡事件后不能及时发现、不能及时确定空间3D坐标位置，不能及时施救等，都是常见的施工安全隐患及安全管理难点所在。施工现场安全生产有管理标准和规章制度，以及安全事故应急预案等，建筑工程从建设单位到承包单位配备安全员，要求对施工作业人员实行三级安全教育，工地安装摄像头。

目前，运用于施工安全控制领域的远程信息管理系统技术，也只是对行政和技术文件的管理，而没有做到实时地获取施工信息，不能从根本上对施工现场和施工人员的信息有一个全面、及时、准确的掌握，往往导致很多不该发生的事故发生。现有的管理措施基本上都是侧重在标准、规范、制度上，出了伤亡事故如何逐级上报，实际上还是不能从根本上对施工现场和施工人员的信息有一个全面、及时、准确的掌握，没有真正把施工人员作业环境安全状况实时监控管理起来，都没有做到实时规避安全隐患，一旦人员分散作业时出现伤亡事故（如高空坠物击伤等）都无法及时发现并确定具体3D位置及时施救，往往导致很多不该发生的事故发生。

发明内容

本发明的目的是针对现有施工安全监控技术的不足而提供的一种智慧工地安全管理平台系统架构，基于物联网和云端技术架构平台系统，采用智能安全帽和多功能施工安全监控仪通过GPRS公网传输+局域网无线通讯基站传输由客户终端PC机/显示屏幕同步显示，实现对区域内的移动目标进行实时定位、轨迹分析、环境及信息监控的工地安全智能化管理，实时监控管理施工作业现场施工人员周围环境可能的安全隐患，可有效防止或减少、施工现场存在的安全隐患、造成的伤亡。

本发明的目的是这样实现的： 一种智慧工地安全管理平台系统架构，其特点是采用云端和物联网技术架构由智能安全帽、定位器、多功能施工安全监控仪、传输网、二次开发BIM建模软件系统、云端地图与应用服务器和客户终端PC机/显示屏幕组成的施工安全管理平台，所述多功能施工安全监控仪将智能安全帽和定位器发出的信息，通过传输网发送到内置二次开发BIM建模软件系统的云端地图与应用服务器；所述传输网为GPRS公网与局域网无线通讯基站的混合组网；所述二次开发BIM建模软件系统将仿真建筑信息数据模型与多功能施工安全监控仪传送的监控信息数据相融合，实现在建筑仿真模型上3D动态显示施工人员及所处的环境安全状况信息；所述客户终端PC机/显示屏幕通过云端地图与应用服务器进行同步显示，实现对区域内移动目标的实时定位、轨迹分析、环境及信息监控的工地安全智能化管理。

所述多功能施工安全监控仪设有检测粉尘、可燃气体、二氧化碳CO₂、近高压电距离、温度等不安全隐患的功能及现场语音报警的功能，同时该仪器具有实时接收精确定位跟踪的功能，工作状态该仪器检测和接收到的不安全信息及精确定位通过该仪器上内置的GPRS/Lora无线模块传输到云端服务器。

所述智能安全帽上设有蓝牙，且正确佩戴时有信号发射。

本发明与现有技术相比具有实时位置定位、实时轨迹分析、实时环境安全的诸多信息监控、人员智能化管理等功能，能够高效记录、存储、查询、汇总区域内相关人员的实时位置及环境安全信息，并对位置及环境安全信息进行智能分析，实现对区域内移动人员的智能化管理，人员出现危险隐患时及时告警并上传到云端，确保人员安全，较好的解决了对施工现场施工人员的实时安全监控和安全预警的安全管理难题。

附图说明

图1为本发明的平台系统架构示意图；

图2为本发明组网传输示意图。

具体实施方式

参阅附图1，本发明采用云端和物联网技术架构由智能安全帽1、定位器2、多功能施工安全监控仪3、传输网4、二次开发BIM建模软件系统5、云端地图与应用服务器6和客户终端PC机/显示屏幕7组成的施工安全管理平台，所述多功能施工安全监控仪3将智能安全帽1和定位器2发送的信息，通过传输网4发送到内置二次开发BIM建模软件系统5的云端地图与应用服务器6；所述传输网4为GPRS公网41和局域网无线通讯基站42的混合组网；所述二次开发BIM建模软件系统5将仿真建筑信息数据模型与多功能施工安全监控仪3传送的监控信息数据相融合，实现在建筑仿真模型上3D动态显示施工人员及所处的环境安全状况信息；所述客户终端PC机/显示屏幕7通过云端地图与应用服务器6进行同步显示，实现对区域内移动目标的实时定位、轨迹分析、环境及信息监控的工地安全智能化管理；所述智能型安全帽1采用无线通信技术和非接触式感应开关，智能安全帽1上设有蓝牙，且正确佩戴时有信号发射。

参阅附图2，所述传输网4采用GPRS公网41与局域网无线通讯基站42的混合组网，在GPRS信号覆盖的地方，可使用GPRS公网41直接把数据传输到云端，供云端地图与应用服务器6使用，在没有GPRS信号的情况下备用搭建局域网无线通讯基站42，使用Lora或纵横等无线基站回传数据，供云端地图与应用服务器6，并具有语音通话功能，可实现跟手机一样的语音功能，方便远端和施工人员直接通话；所述二次开发BIM建模软件系统5将施工人员工作环境仿真模型化（建筑信息模型），以及将仿真建筑信息数据模型与多功能施工安全监控仪3传送的监控信息数据相融合（施工人员的3D坐标位置及各种传感检测信息数据），实现在建筑仿真模型上3D动态显示施工人员及所处的环境安全状况信息。发现问题，客户终端声光报警，及时确定位置施救。

所述云端地图与应用服务器6是按照功能来区分的，可以部署在一个服务器上，实现数据的交互处理，实现区域的智能化集中管控，系统采用云计算技术，把大量的数据处理工作通过多台服务器共同来完成，避免了单台服务器处理所有的数据带来的运算压力。其中地图服务器主要负责汇总多功能施工安全监控仪3推送的定位数据，由服务器对定位数据进行计算、分析，对运行轨迹进行智能化分析、记录，在三维仿真模型地图中动态显示人员位置、及各种检测信息数据等；应用服务器将人与多功能施工安全监控仪3之间的关联，建立档案管理，定位区域管理，权限设置，以及各种查询统计等，对区域内所有设备进行实时监控，对问题设备进行实时报警，以方便及时对设备进行维护及管理。

所述客户终端PC机/屏显7主要操作功能包括：建仿真模型、模型坐标原点选择设定、定位器坐标设定、智能安全帽ID设定、施工安全监控仪ID设定、定位器ID设定和安全隐患设定界限数据的设定。

本发明是这样工作和使用的：

（一）、将建仿真模型推入系统平台，并打开仿真模型坐标设定界面，进行模型坐标原点选择设定，然后依次进行定位器2的坐标和ID设定，以及智能安全帽1和多功能施工安全监控仪3的ID设定，最后依次将安全隐患设定界限的数据输入。

（二）、将定位器2设置在室内、地下室或半屏蔽环境等区域的施工作业点，这些施工作业点需要使用定位器2加以辅助实时跟踪定位，其定位精度在1m以内。使用时应预先设定放置位置的坐标值Xi/Yi/Zi，施工人员随身携带的多功能施工安全监控仪3，在施工区域接收到定位器2发出的信号，根据三球交会定位原理进行算法计算出多功能施工安全监控仪3相对定位器2的空间距离ΔX/ΔY/ΔZ，这样就得出多功能施工安全监控仪3的绝对坐标Xi+ΔX/ Yi +ΔY / Zi +ΔZ ，多功能施工安全监控仪3把此数据，通过GPRS公网传输+局域网无线通讯基站传输4传输到云端地图与应用服务器6。

（三）、施工人员领用智能安全帽1并打开开关，正确佩戴，发出正确佩戴安全帽信号。

（四）、施工人员领用多功能施工安全监控仪3并打开开关，挂扣在正确部位，随身携带进入施工现场。 此时智能安全帽1进入工作状态，可近距离接收安全帽正确佩戴发出的信号，同时检测施工现场环境粉尘、可燃气体浓度、二氧化碳CO2浓度、近高压电距离、温度、人员在施工现场的3D坐标位置和施工人员运行轨迹的信息数据，通过传输网4把上述实时监控数据传输到云端，供云端地图与应用服务器6使用，发送至施工管理系统，客户终端PC机/显示屏幕7可实时监控施工现场安全环境的施工运行状况。如未正确佩戴安全帽，多功能施工安全监控仪3发出语音提示，告知相关人员佩戴，同时客户终端PC机/显示屏幕7上，会实时显示人员的安全帽未佩戴，安全员也可及时语音告知相关人员佩戴。同时实时监测施工现场环境粉尘浓度、可燃气体浓度、二氧化碳CO₂浓度、近高压电距离、温度，以及施工人员在施工现场的3D空间坐标位置定位，所有检测信息数据均集成跟随移动目标，在BIM模型上实时动态显示（建筑信息模型）。显示界面有四种显示状况，主视方向、俯视方向、侧视方向、轴侧立体方向，实时监控施工现场安全施工的运行状况，及时规避安全风险，减少伤亡事故。

本发明采用短距离无线通讯技术、短距离移动定位技术、计算机软件、数据库、数字通信技术等，实现了对区域内的移动目标进行实时位置定位、实时轨迹分析、实时环境安全的诸多信息监控、人员智能化管理等功能，能够高效记录、存储、查询、汇总区域内相关人员的实时位置及环境安全信息，并对位置及环境安全信息进行智能分析，实现对区域内移动人员的智能化管理，人员出现危险隐患时及时告警并上传到云端，确保人员安全，解决了对施工现场施工人员可实时安全监控、实时安全预警的安全管理难题。

本发明具有相关功能包括：a、唯一ID标识：施工者、管理者每个人都有唯一ID；

b、位置实时显示：在BIM建筑信息模型中实时显示整个工地人员的位置标签；

c、安全检测数据实时显示：双击屏幕仿真模型图中工地人员标签，显示该施工人员的环境安全检测数据、人员姓名；

d、轨迹回放：位置服务器存储历史位置数据（时间可选），管理人员可查询特定人员的实时位置以及行动轨迹；

e、危险区域告警：施工人员超越设定危险区域距离（如高压电区），此时安检仪现场语音告警，并且远端大屏也会跳出相关人员告警，以便及时通知，避免危险发生，危险级别可自行设定；

f、人员安全预警：采用运动传感器来实现定位，人员发生异常时，加速度和陀螺仪产生异常数据，可根据此数据推断人员，跌倒、伤亡等情况，可SOS一键求救；

g、移动端查询：服务器数据可同步到云端，供管理者通过手机、平板查询；

h、后台大数据管理：可在线实现对建设工程的：“三控：质量控制、进度控制、成本控制”，“三管：合同管理、安全管理、信息管理”，“一协调：组织和协调”；

i、电子围栏：可设置电子围栏，实时监控该区域内所有人员的情况，进出时间、实时位置、活动轨迹等，通过系统对人员的身份识别、权限划分、区域划分来管控不同人员的访问权限，若越权访问系统会立刻发出报警提示；

j、考勤管理：可实时跟踪员工的工作状态，统计工作时间，工地正在施工人数，脱岗人数等，管理者可依据此数据对员工进行量化考核。

本发明采用云端管理平台设计（如类似阿里云服务器、华为云、腾讯云、树根云、机智云等模式），各工地端不需要配置服务器，只需要配PC机和显示屏幕，客户租用本系统云端管理平台服务器，免费帮助客户建BIM仿真模型导入系统平台，可通过互联网在任何地方通过相应权限登陆系统，实现安全管理的灵活性，是新型的服务于施工安全管理的仪器设备，随身携带，重量轻体积小，可使用性强。在半屏蔽环境作业区域也能实现3D空间跟踪及安全隐患监控，适用于一切工作场地安全生产管理，包括：建筑工程、桥梁、隧道工程、造船工程、机械制造工程、化工企业等。

以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种智慧工地安全管理平台系统架构，其特征在于采用云端和物联网技术架构由智能安全帽、定位器、多功能施工安全监控仪、传输网、二次开发BIM建模软件系统、云端地图与应用服务器和客户终端PC机/显示屏幕组成的施工安全管理平台，所述多功能施工安全监控仪将智能安全帽和定位器发送的信息，通过传输网发送到内置二次开发BIM建模软件系统的云端地图与应用服务器；所述传输网为GPRS公网与局域网无线通讯基站的混合组网；所述二次开发BIM建模软件系统将仿真建筑信息数据模型与多功能施工安全监控仪传送的监控信息数据相融合，实现在建筑仿真模型上3D动态显示施工人员及所处的环境安全状况信息；所述客户终端PC机/显示屏幕通过云端地图与应用服务器进行同步显示，实现对区域内移动目标的实时定位、轨迹分析、环境及信息监控的工地安全智能化管理。

2.根据权利要求1所述智慧工地安全管理平台系统架构，其特征在于所述多功能施工安全监控仪设有检测粉尘、可燃气体、二氧化碳CO₂、近高压电距离和温度的检测及现场语音报警，并能实时接收精确定位跟踪。

3.根据权利要求1所述智慧工地安全管理平台系统架构，其特征在于所述智能安全帽上设有蓝牙，且正确佩戴时有信号发射。