基于物联网技术的可视化监理平台设计与应用

发表时间:2019/4/9   来源:《信息技术时代》2018年8期   作者:金元圆
[导读] 目前通讯工程监理工程项目实施过程中的信息化应用明显落后于通讯行业的计算机应用水平,监理业务基本上还是采用传统的人工“站、看、记”工作方法,大量监理人员的现场查看成为项目工程检验的主要手段,本质上还是体力密集型行业。针对监理行业的此情况,本文提出了如何
(上海信产管理咨询有限公司)
摘要:目前通讯工程监理工程项目实施过程中的信息化应用明显落后于通讯行业的计算机应用水平,监理业务基本上还是采用传统的人工“站、看、记”工作方法,大量监理人员的现场查看成为项目工程检验的主要手段,本质上还是体力密集型行业。针对监理行业的此情况,本文提出了如何在监理行业利用计算机先进技术替代原先的人工站台,以减轻劳动强度和提高监理数字化应用水平,并具体介绍了可视化监理平台设计与应用方法。
关键词:物联网;可视化;监理;数据;平台

 
        引言
        随着计算机科技发展,互联网已经成为现代人们沟通不可缺少的通讯方式,随之而来的物联网技术也正走向生活和工作的各个角落。传感网将各类传感器和电子标签(RFID射频识别)信号通过互联网传输到计算机服务器中存储与处理,然后这些数据可服务于各种需要的场合。
        物联网是指通过信息传感设备,按照约定的协议,把需要联网的物品与网络连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络,它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。
        本文作者本科毕业后进入上海信产管理咨询有限公司工作至今,从事通讯工程监理工作,在这多年的项目实施过程中发现,监理行业信息化应用明显落后于通讯行业的计算机应用水平,监理业务基本上还是采用传统的人工“站、看、记”工作方法,大量监理人员的现场查看成为项目工程检验的主要手段,本质上还是体力密集型行业。针对监理行业的此情况,作为计算机与信息技术工程师,一直在思考如何在监理行业利用计算机先进技术替代原先的人工站台,以减轻劳动强度和提高监理数字化应用水平。
        为此,笔者向公司提出了利用物联网技术应用于信息工程监理的课题研究,得到了领导的赞同,经公司内部立项,由笔者担任《电信工程视频监理平台》课题负责人,该课题主要研究如何将物联网技术应用于通讯工程监理工作中,该视频监理应用平台课题是一个统筹了建筑物、通讯工程、传感网络等物联网技术的新型科技项目,通过课题研究给建筑工程、电气工程和监理工程等行业带来了综合性的变化,大大提高了工程效率,减少了监理成本。且该课题需求明确、技术成熟、问题解决立竿见影,课题效果显著,对国内通讯工程监理效率开了先河,具有较大的影响力。目前该课题已通过验收,受到上级公司的表扬,也受到广大监理工程师的一致好评。以下是该课题技术总结的主要内容。
        1.传统工程监理方法存在的问题
        传统的监理主要采用旁站加巡视的监理方法,常常会受到如下问题的困扰:一是监理现场每个作业面均需要配备1名监理人员,人员成本高,现场监理人员混杂不好管理。二是每个监理工程师一个工作日通常要巡视三到四个工程现场,路上费时多,存在大量时间浪费与路程奔波。
        如何解决上述困扰是本项目的关键点。运用云计算、大数据、物联网、信息加密等技术,建设电气工程监理物联网系统,实现如下目标:首先是现场配备摄像头及各项传感器,利用视频、数据监理系统大幅度减少人员成本,经测算,若项目施工分布在4个楼面,按照传统旁站加巡视的监理方法,至少需要配备4名监理人员,使用视频监理技术后,减少至2名,大幅减少了现场驻地人员工作量,带来了可观的经济效益。其次是利用该技术之后,后期也可以对施工人员误入非施工区域、误操作等进行告警,解决现场人员混杂管理紊乱的情况。第三是减少监理工程师不必要的路上时间,简单问题能通过视频对施工现场进行简单判断并对其进行指导。通过分析后再决定是否进行现场监理。
        2.系统总体需求分析与设计
        2.1平台需求分析
        可视化物联网监理平台是一个高度模块化,层次化的系统,模块之间通过标准协议进行通信,模块间耦合度低,重用性好,扩展性强。总体需求来看:平台可以接受来自感知层的数据,并在三维场景中进行情景仿真。平台可以接受来自三维场景中的操作,转换为控制命令提交给感知层。平台可以允许将来自感知层的数据,分发给多个其他应用、包括历史数据分析、超仿真计算、以及其他应用程序。平台可以适应局域网、万维网、无线网络、有线网络以及运行在这些网络上的各种协议系统。该平台的规划示意如图1所示
 
        图1系统总体规划与设计示意图
        2.2系统硬件构架
        系统采用先进的虚拟现实技术、互联网技术、传感器技术等,以物联网的应用层出发,通过物联网终端设备数据源采集和控制接口引擎实时采集各种传感器等微设备的终端数据,以特定数据分析引擎进行分析处理,再以图表、文字、虚拟现实等方式进行展示;同时响应用户的各种请求,实现远程控制等要求,最终实现物联网一站式管理,进而构建成高清、实时、全面的智能物联网。系统硬件结构如图1。
 
        图2系统硬件结构示意图
        可视化监理物联网管理平台硬件部分包括:
        门禁控制器、摄像仪、高清网络摄像仪、视频分析仪、人员定位分站、红外分析仪、扫描枪、液位探棒等。
        1)门禁控制器:门禁控制信息与现场相关区域摄像机在软硬件方面形成联动控制,当有人刷卡进入大门时,摄像机将进行视频传输,在控制中心的工作人员可即时看到进入大门的人员情况。
        2)摄像仪:一般配置的摄像仪,与视频分析仪相连。
        3)视频分析仪:是用来实时监控分析三维场景中预定安全规则的执行情况,当有违反安全规则的事件发生后,系统软件就调出现场场景的实时视频,以便管理人员进行安全测判,并采取相应的安全处理。
        4)高清网络摄像仪:针对用户的需求(需要监控某些特定计算机,当操作人员操作计算机时能够记录下来操作的详细内容,包括在计算机屏幕上输入字符内容,需要有一种高清摄像机能够记录并能清晰辨认出操作人员的屏幕输入内容),采用在高清监控系统市场居领导地位的供应商Avigilon的产品—高清网络摄像仪,该产品是目前世界安防视频监控行业中清晰度最高、图像信息保存最完整、传输带宽最小的产品。该产品特点是可以同时对全局和局部同步监控,并且保证清晰度;只传输需要浏览的部分图像数据,降低带宽使用率;根据不同监控需求选择合适的摄像机,更有千万级别像素的摄像头保证图像质量和监控范围。
        5)人员定位分站:采用目前国际上先进的RFID无线传输技术,可以实时跟踪到人员的位置。
        6)红外分析仪:是用来监测三维场景入侵报警。
        之所以采用上述多种物联网硬件系统,是为了验证软件平台的可行性。
        2.3系统软件构架
        系统软件功能主要包括:物联传感网终端设备数据采集和控制接口,数据管理,项目数据可视化仿真等。系统软件采用组态化设计,使得系统功能的完善和扩展、升级均不必改变现有系统框架。系统软件结构参见图3:
 
        图3系统软件结构示意图
        物联网终端设备数据源采集和控制接口是系统关键技术,系统研制了统一的物联网终端设备接口,集成了物联网传感设备与可视化物联网监理管理平台的多种连接方式。数据管理是对各种数据进行有效的管理,其中包括设备、模型、日志、用户等信息,项目数据可视化仿真是对某些关键的监理三维场景进行仿真效果展现,从而让监理人员能比对实际情况与期望效果的差别。
        3.系统(平台)关键技术
        3.1视频采集
        施工现场情况复杂,需要采用高清4G摄像机对画面进行采集,摄像机数量由具体现场情况确定,并根据现场情况在摄像机上安装小型LED照明设备,确保传输的画面快速、清晰、准确。
        3.2电子标签
        RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便。 通过该技术可以对施工现场的每一个设备、传感器进行唯一标识,方便信息的统筹管理。另外,对于施工现场,控制中心将在逻辑上对设备和人员的信息进行统一标识与管理,因此,现场工作人员也需配备相关电子标签(配于工作证中)对人员进行唯一标识,方便对整个监理工程的管理与推进。
        3.3信息传输
        随着移动通信技术的发展和4G时代的到来,移动通信数据网络为监控视频数据的传输提供了更好的传输条件。无线网络视频监控技术,在有线视频监控技术的基础上,迅速发展成为视频监控应用领域的另一重要分支,并根据行业应用的不同需求,提供各种类型的服务。4G无线视频监控传输系统融合了3G技术、视音频编解码技术、数字加解密技术、网络传输技术。凭借无线性、移动性、便携性、高带宽、高清晰、双向性等优点,同时支持最新4G高速移动网络,对数字图像和声音通过多路4G无线链路进行高清晰处理和流畅传输。
        在推流方面,必须把视频数据使用传输协议进行封装,变成流数据。常用的流传输协议有RTSP、RTMP、HLS等,使用RTMP传输的延时通常在1–3秒,对于视频监理这种实时性要求非常高的场景,RTMP也成为移动直播中最常用的流传输协议。最后通过一定的Qos算法将音视频流数据推送到网络端,通过CDN进行分发。在直播场景中,网络不稳定是非常常见的,这时就需要Qos来保证网络不稳情况下的后台监理人员观看现场视频的体验,通常是通过主播端和播放端设置缓存,让码率均匀。另外,针对实时变化的网络状况,动态码率和帧率也是最常用的策略。
        在这里为了节约成本,缩短工期,找提供推流服务的CDN服务商提供解决方案是最好的选择。通过分析比对,阿里云是国内唯一能自研CDN缓存服务器的厂商,性能非常有保障。
        我们的系统利用4g网络或wifi,采用上述的直播推流技术进行数据的实时传输,一般情况默认为4g传输,在信号不好的情况下可改为wifi进行数据传输。
        4.系统实现的功能与效果
        4.1 系统基本功能
        在该平台中,可实现以下主要功能:
        ●数据采集:采集远程现场监理端的数据;
        ●数据处理:根据需要做数据分析、统计等;
        ●数据查询:以数据库为核心,提供数据处理、查询、备份等功能;
        ●数据分析:工程预算及材料用量的预测分析等;
        ●视频查看:查看实时视频和历史视频。
        ●组态功能:任意增加、删除某一终端的信息;任意增加、删除AI、DI、PI等参数的信息;
        ●报表功能:具有年、月、周、日报表及打印;
        ●GIS功能:地图功能;
        ●报警处理:报警信息的处理;
        ●设备管理:端站设备的安装时间、位置、故障日期等信息;
        ●设备控制、监测功能;
        ●多种通信:有线/无线,专网/公网等接入功能。
        4.2系统实现的效果
        真实场景与环境的还原能力:系统对于真实场景与环境的还原功能具有十分重要的现实意义,采用现场视频能直观有效的监测和管理系统,特别是在高危地区和大场景规划的时候,简单的静态摄影图片并不能清晰真实的表现出实际的环境,而三维可视化智能物联网则具有超强的原始环境还原能力。
        场景导航:提供在场景中随意漫游,可以远视或拉近观测监理现场,可以全景观测台站场景,如同实地体验地走入监理现场,体验场景环境。
        降低成本:系统能够准确监测物联网中各种工程现场的类型,对能够进行远程监理的项目可以节省人工到现场的费用,进而降低了成本。
        实现科学管理:系统主要用于对各类通讯工程及隐蔽工程的远程可视化监理进行有效管理。将现有的站台、看、记方式改变为三维可视化监理方式,进而更直观,有效地实现对通讯工程进行低成本、高效率的监理管理。
        5.结束语
        安全应用物联网技术,可持续提升信息工程安全监理的效率,使得信息工程能够更好地建立与应用,利用物联网技术,对整个信息工程的进度、质量、安全隐患的控制,保证了信息工程的监理进展。而物联网技术的应用随着技术水平的提升,将会被运用得更加广泛。
参考文献
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