一种基于机器人技术的施工安全监管系统及方法与流程

本发明涉及施工安全监管，特别涉及一种基于机器人技术的施工安全监管系统及方法。

背景技术：

1、随着建筑工程规模的不断扩大和施工环境的复杂性增加，传统的安全监管方式已经难以满足高效、精确的安全管理需求，随着建筑工程的规模不断扩大，建筑工地的施工动火作业安全监管与有限空间的作业部分作为工地事故灾难频发场景，对这两类场景的监管变得日益重要。现有技术中，人工巡检不仅效率低下，且无法实现实时、动态的安全监测和风险预警，对有限空间由于其封闭或部分封闭的特性，也存在众多安全隐患，如气体泄漏、缺氧、燃爆等，这些都极易导致严重的安全事故。

2、例如，现有技术中，不同传感器的数据往往分散在独立的系统中，缺乏统一的数据管理和融合机制，数据孤岛现象严重，导致信息难以共享和综合分析。且在风险识别和预警方面存在一定的延迟，无法做到真正的实时监控，一些关键风险未能及时发现，导致预警滞后，现有系统平台由于算法的不精确性导致的预警准确率不高，存在误报和漏报的情况，影响预警的可靠性。

3、在一些施工现场，动火作业的监管可能不够严格，监控设备使用不普遍或者技术更新不够及时，这可能导致安全隐患未能及时被发现和处理。现有的安全设备如火焰检测器、烟雾报警器等，在某些极端或特殊环境下可能无法准确工作，例如在极高温、极低温或高湿度环境中。尽管动火作业的危险性较高，但在新技术研发和应用方面可能还不够充分，比如先进的自动化监控系统和智能预警系统的研发与应用。针对施工动火作业场景问题风险预警判断不足，没有量化施工安全动火作业划分风险等级。

4、现有的有限空间监控技术多依靠传统的监控设备和人工监督，这在实时数据处理和紧急响应方面存在明显的不足。密闭空间内的监测设备可能无法覆盖所有区域或无法检测到所有类型的危险气体或环境变化，如氧气水平下降或有毒气体泄漏；数据收集与处理系统可能存在延迟，无法实时处理并反馈监测数据，导致紧急情况下响应不够迅速；对于各类气体的关联性反应判断不够，现有技术大多针对单一或少数气体进行监测，并且分开报警，对气体之间的是否互相反应，关联关系导致不安全事件或者爆炸，较少考虑。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于机器人技术的施工安全监管系统及方法，精准实时的进行火灾风险监测、智能预警是否有有害气体泄露并迅速进行处理，全面深入地监控密闭空间作业环境，为施工人员提供坚实的安全保障。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于机器人技术的施工安全监管系统，包括：

4、激光雷达，用于扫描周围环境信息进行三维建模和导航；

5、深度相机，用于采集作业人员的人脸信息以及人体信息；

6、数据信息采集模块，用于采集周围的环境信息；

7、移动运载平台，所述激光雷达、深度相机以及数据信息采集模块设置在所述移动运载平台上；

8、施工智能安全监管平台，与所述激光雷达、深度相机以及数据信息采集模块连接；

9、所述施工智能安全监管平台包括：

10、自主巡航模块，用于基于所述三维建模信息调整所述移动运载平台的运动轨迹；

11、人脸识别模块，用于基于所述深度相机采集到的人脸信息进行人脸识别；

12、人体识别模块，用于基于所述深度相机采集到的人体信息进行人体检测；

13、气体监测模块，用于监测周围环境气体；；

14、动火监测模块，用于监测周围热源变化以及作业人员操作；

15、风险判断模块，与所述人脸识别模块、人体识别模块、气体监测模块、以及动火监测模块连接，用于判断作业人员的人脸信息与录入数据库中的信息是否匹配，还用于判断现场是否存在特种作业人员，还用于判断是否发生气体泄漏，还用于判断是否发生火灾以及作业人员是否存在违规操作；

16、实施预警模块，用于根据气体泄漏结果和火灾情况进行预警；

17、边缘网关，与所述数据信息采集模块连接，用于对所述环境信息进行筛选和处理，得到关键信息；

18、数据分析模块，与所述自主巡航模块、人脸识别模块、人体识别模块、气体监测模块、动火监测模块、实施预警模块以及边缘网关连接，用于对各模块采集的数据进行处理。

19、可选的，还包括：

20、rfid模块，与所述微型处理器连接，用于对作业人员的身份进行识别；

21、所述微型处理器还用于将所述作业人员的身份信息通过边缘网关传输至智能监控云平台。

22、可选的，还包括：

23、二维码模块，与所述微型处理器连接，用于为易燃易爆危险品生成唯一二维码；

24、所述微型处理器还用于将所述二维码信息传输通过边缘网关传输至所述智能监控云平台。

25、可选的，所述数据信息采集模块包括：

26、热感摄像机，用于实时捕捉工地现场的热源变化；

27、可燃气体传感器，用于检测作业环境周围可燃气体浓度；

28、一氧化碳传感器，用于检测作业环境周围一氧化碳浓度；

29、氧气传感器，用于检测作业环境周围氧气浓度；

30、硫化氢传感器，用于检测作业环境周围硫化氢浓度；

31、pm2.5&tvoc传感器，用于检测作业环境周围pm2.5和tvoc浓度；

32、风速传感器，用于检测作业环境周围风速；

33、苯传感器，用于检测作业环境周围苯的浓度。

34、可选的，还包括：

35、电源模块，用于为所述激光雷达、深度相机以及数据信息采集模块供电。

36、本发明还提供了一种基于机器人技术的施工安全监管方法，述监管方法应用于上述的监管系统，所述监管方法包括：

37、通过数据信息采集模块获取周围环境信息；所述周围环境信息包括：工地现场的热源变化、可燃气体浓度、一氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、pm2.5浓度、tvoc浓度以及风速；

38、当所述周围环境信息超出第一预设阈值范围时，进行警报；

39、对所述周围环境信息进行进行预处理，得到预处理后的气体浓度样本序列；

40、将预处理后的气体浓度样本序列与比较序列进行作差，得到数据的绝对差；

41、基于所述数据的绝对差计算关联度系数；

42、基于所述关联度系数计算任意两个预处理后的样本灰色关联度；

43、基于所述灰色关联度计算关联度矩阵；

44、基于所述关联度矩阵计算有限空间气体浓度实时监测值所在样本和关联变量样本的灰色关联度均值；

45、将所述灰色关联度均值与所述关联度矩阵中的对应项进行比较；

46、若比较结果在第二预设阈值范围内，则正常，若超出第二预设阈值范围，则发生异常进行警报，管理人员及时采取应急处理预案；

47、采用熵值法计算各天各动火作业施工区域火灾安全系数综合得分；

48、基于所述综合得分确定风险严重程度等级；所述风险严重程度等级包括一级、二级以及三级；

49、当所述风险严重程度等级为一级时，不影响现场动火作业，但应引起重视，后期及时整改；

50、当所述风险严重程度等级为二级时，影响动火作业，具有火灾隐患，需及时排查整改；

51、当所述风险严重程度等级为三级时，有重大风险隐患，需立即停止作业及时控制，排查整改。

52、可选的，所述样本灰色关联度具体采用以下公式：

53、

54、其中，rij表示任意两种气体所有时间标准化样本平均灰色关联度，ξij(k)表示任意两种气体k时刻标准化样本灰色关联度，i＝1,2,3,…,m；j＝1,2,3,…,m。

55、可选的，所述计算各天各动火作业施工区域火灾安全系数综合得分具体采用以下公式：

56、ci＝∑j(pij×wj)

57、其中，ci表示方案的综合权重值，pij表示第j个指标下第i方案值的比重，wj表示各项指标的权重。

58、可选的，还包括：

59、通过深度相机采集作业人员的人脸信息以及人体信息；

60、将所述作业人员的人脸信息发送至微型处理器与预先存储的人脸信息进行比较，若与预先存储的人脸信息一致，则验证通过；

61、将所述作业人员的人体信息发送至微型处理器进行处理，得到作业人员的工种。

62、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

63、第一：实时高效与精准监测，运用ros智能机器人自主巡航，确保监控区域的全面覆盖，结合多传感器融合技术，实时监控和数据传输，能够迅速识别和响应危险情况，大大提高了监控的实时性和高效性。施工动火作业，与有限空间作业这两个场景都为施工安全高危风险场景，人工监控和固定摄像头可能无法全面覆盖动火作业区域和有限空间作业这两个场景，容易出现监控死角，机器人智能巡航+多传感器融合技术保障了监控的效率；

64、第二：基于自动化与智能化，人工操作和判断存在主观性和疲劳问题，容易出现误判或漏判。本发明的系统基于大数据分析，内置灰色关联与熵值法算法，系统能够精确识别火灾隐患、密闭空间风险和人员违规行为，自动分析监测数据，生成客观、精准的风险评估和预警信号，减少人为误判。系统能够进行数据统计与分析，提前预测潜在的风险趋势，提供预防性建议；

65、第三：远程控制与应急响应能力强，传统应急处理依赖现场人员的反应速度和执行能力，存在一定的滞后性和不确定性。本发明中的安全监测管理平台支持远程控制和指令下达，结合现场报警系统，能够在高风险情况下迅速采取应急措施，确保人员安全；

66、第四：对于有限空间作业与施工动火场景能做到精确监控与预测，通过人脸识别和行为识别技术，实时监控作业人员的行为，确保其遵守安全操作规程。火灾风险管理，通过热感摄像头和气体传感器的数据分析，系统能够实时评估火灾风险，提供有效的火灾预防和应急处理措施。密闭空间安全监控：实时监测密闭空间内的有害气体浓度和空气流动情况，确保作业环境安全；

67、第五：数据统计与报表功能，历史数据存储：系统对所有采集的数据和分析结果进行长期存储，形成完整的历史数据档案。统计分析与报表生成：系统能够自动生成各类统计分析报表，支持导出为pdf、excel等格式，方便监理人员查看和分享；

68、第六：强大的可视化功能实时监控界面：提供直观的实时监控界面，展示热源变化、气体浓度、人员作业情况等信息。风险地图：基于三维地图建模，直观展示工地现场的风险分布情况，帮助管理人员快速了解风险区域。趋势图表：展示历史数据的趋势变化，如火灾风险趋势图、有害气体浓度变化图等，帮助管理人员做出数据驱动的决策。