一种基于5G技术的超高大跨越输电铁塔智慧施工方法

摘要

本发明为一种基于5G技术的超高大跨越输电铁塔智慧施工方法。一种面向超高大跨越输电铁塔基于5G技术的智慧施工方法，以云计算模型为基础，以5G、北斗智能通信技术将智慧工地“人、机、料、法、环”五大管理要素作为核心，机械设备位置、正常工作与振动幅度动作通过传感器通信信号在高空中建立与服务器的联系，施工人员安全帽与信标关联通讯交互机制建立与服务器的联系，实现了对施工人员位置精确定位、施工人员档案管理、风险区域电子预警以及施工“分层分区”施工人员智慧数据协同管理，并对铁塔施工过程中塔基沉降、风振荷载等引起塔变形的风险进行实时监控、识别与预警；从根本上实现了对施工过程的智能可视化管理和对施工风险的动态管控。在风险与安全管理方面能够做到全方位的人员，设备，建筑的风险预警与安全监控。

说明书

技术领域

本发明涉及超高大跨越输电铁塔的施工，尤其是基于5G技术的超高大跨越输电铁塔智慧施工方法。

背景技术

5G即第五代公用移动通信技术，它能提供超低时延、超高可靠性以及超高速率的增强型移动宽带服务，其系统吞吐率相较于4G将提高25倍以上。且可直接构建于传统蜂窝网络，实现平滑技术升级，覆盖区域更为广泛，从而带来更灵活的架设方式和组网模式，本发明研究致力于打造成绿色工地、安全工程、和谐工地、智能管理于一体的智慧工地。利用5G通讯、北斗定位、云计算、大数据、物联网和人工智能等技术手段，围绕工地“人机料法环”五大核心管理要素，通过对工地现场人员、机械设备、塔体工程等关键环节进行实时数据采集、分析、整合、处理，实时呈现工程现场作业质量、安全、进度情况，为施工等提供安全隐患的动态识别、智能分析、主动预警等决策依据，使建设工程数字转型、智能升级、融合创新。

目前国外常见的模型是采用GST数字传输技术，如式(1)所示。其中，I为信息的不确定性，C为信息传输过程中的随机变量。

I＝-log(C),

C＝m

GST模型在施工现场安装需要收集数据的各种设备，设备主动向服务器发送数据，后台对数据进行处理。在恶劣的条件下，很容易产生失真。因此，需要在数据收集时进行信息增强，再对数据进行规则匹配，通过各项子系统反映到智慧工地监管平台，本发明提出新的数据增强模型如式(2)。其中，A为一个与C相关的随机数，其余符号与式 (1)相同。

I＝-log(C+A),A＝rand(C)

C＝m

式(2)也可以化为，I＝-log[C·(1+A/C)]＝-log(C)-log(1+A/C)，可以看出，信息增强值与传输过程中的随机变量C相关，因为0

发明内容

本发明目的是，提出一种面向超高型铁塔工程基于云模型的5G人员智慧数据协同技术的应用研究，目前针对智慧工地的建设主要以传统互联网为技术纽带，以物联网技术为基础，通过智能感知、识别技术等通信感知技术，解决物与物、人与物、人与人之间的互通有无，但传统互联网技术存在传输速度慢，定位精度欠缺的问题，这在智慧工地的工程管理以及施工人员人身安全方面存在巨大隐患，针对其施工难度大、周期长、人员繁多的工程特点，综合采用云计算模型管理技术、5G及北斗技术，以“人、机、环”多维度关联设计的烽火智慧工地安全监管系统平台为依托，对其施工人员工作行为数据进行协同管理研究，本发明将物联网技术与建筑工地人员管理相结合，对保障施工人员人身生命安全，实现人员精准定位、完善人员档案管理等有很大的创新意义和应用价值。最终选取试点项目加以实施和验证。

本发明的技术方案：一种面向超高大跨越输电铁塔基于5G技术的智慧施工方法，其特征是，以云计算模型为基础，以5G、北斗智能通信技术将智慧工地“人、机、料、法、环”五大管理要素作为核心，机械设备置视频、位置、正常工作与振动幅度动作通过传感器通信信号在高空中建立与服务器的联系，施工人员安全帽与信标关联通讯交互机制建立与服务器的联系，实现了对施工人员位置精确定位、施工人员档案管理、风险区域电子预警以及施工“分层分区”施工人员智慧数据协同管理，并对铁塔施工过程中塔基沉降、风振荷载等引起塔变形的风险进行实时监控、识别与预警；从根本上实现了对施工过程的智能可视化管理和对施工风险的动态管控；并在超高型铁塔不同高度的施工人员与机械设备高空中作业场景会贯穿工程施工全过程；风险管控预警系统利用地面微气象环境采集仪，实时收集现场环境数据，特别是风力数据[这部分数据进入风险预警研判模型算法后，通过高空气象算法得出不同高度环境参数并实现自动化研判输出预警信息，预警信息可通过智慧工地监管系统平台大屏、施工人员智能安全帽语音及现场语音广播系统触发。

机械设备的位置通过视频及振动IOT传感器收集信号通过5G传递到服务器，服务器运行风险管控预警系统使用内置计划任务调取机械设备管理系统接口获取机械设备工作基础信息、运维保养信息、违规人员信息；通过将上述数据输入风险预警研判模型算法，获得设备运行风险预警，系统自动推送智慧大屏通知预警；在实际工程中，现场反馈到系统平台平均只需要0.5秒，是传统传输时间的0.7倍。

对施工过程的智能可视化管理和对施工风险的动态管控；并通过某智慧工地实地项目对提出的安全管理策略进行验证，利用机械设备内置北斗芯片解决施工位置定位采集和工作信息，利用机械设备内置振动及应变传感器采集工作正常数据，利用内置 5GNB-IoT芯片解决数据实时传输，利用烽火智慧工地安全监管平台的设备精准管理子系统。从施工设备的正常工作时间、状态与负荷、保养规程、高空的受力情况。

以云计算模型为基础将信息传送至烽火智慧工地安全监管系统平台后进行分析处理。关键步骤有：数据采集：通过实时采集北斗芯片数据并传送至系统平台。数据筛选：系统根据预制的现场情况，剔除一些明显不正确的数据。算法模型匹配：通过获取到的数据与系统算法模型库进行匹配，分析得到异常的类型以及故障发生的精准位置。利用风险管控预警系统通过预设风险管理项，风险预警研判条件项，将采集数据输入算法模型，得到风险预警智能研判。再结合在超高型铁塔不同高度安装工蜂信标设备，利用智能安全帽与之关联通讯交互，再将数据实时回传，从而实现故障位置精确定位。

本发明从“人、机、环”多个维度精细化管理思路出发，设计并开发了包含：智慧工地监管大屏、人员精准管理系统、工程设备管理系统、环境监测管理系统等子系统，并在5G技术加持之下构建了“智慧工地安全监管平台”智慧物联网解决方案，系统为了落实数据安全规范要求，全面支持本地化部署实施。

有益效果：施工智慧成都对比，本发明建立的基于5G技术的智慧工地模型，通过多个子系统将各种数据集成到智慧工地监管系统平台大屏，实现对工地的实时监控与管理。表1为本发明与其他智慧工地的对比。从表中可以看出本发明模型的各个系统之间通过总系统联系在一起，并且更切合实际的考虑到了工地中遇到的问题，在智慧监控方面本发明采用可视化监管平台，依赖图像识别的视频监控，采用高清视频回传；工程设备管理方面本发明采用物联网打通设备之间信息孤岛。采用劳务实名制平台与智能安全帽获得人员数据；环境监测方面本发明建立环境监测管理系统模型，通过传感器自动分析处理环境问题。总的来说，在工地施工智慧程度方面，相比较其他模型，本发明模型能够多方面做到智慧施工。结合了云计算、大数据等科学技术手段，对建筑施工全过程进行有效管理，其中包括施工过程、智能生产、施工人员数据管理，这些信息将形成项目施工的完整闭合生态环，可及时同步、更新，并且能与物联网采集到的工程信息进行数据的挖掘与深入分析，提供更加优良的持续改进方案，使实际的工程施工管理智能化、可视化，以达到高效的信息化管理的目的。本发明对模型进行案例分析，验证基于5G 技术的智慧工地模型的可行性。另外将本发明的模型与其他文献中的模型对比，结果表明，本发明模型在智慧施工程度方面优于其他模型，能够实现多方面精准监控管理工地施工；在风险与安全管理方面能够做到全方位的人员，设备，建筑的风险预警与安全监控。

附图说明

图1为现有技术中信息增强系数与随机变量关系图；

图2为本发明应用于凤城～梅里长江大跨越段工程的示意图；

图3工程机械物联网体系架构。

图4为本发明的人员档案管理界面。

具体实施方式

“工程设备管理系统”即通过定位传感器、5G网络，机械设备置视频、位置、正常工作与振动幅度动作通过传感器通信信号在高空中建立与服务器的联系，实现工程机械智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，使工程机械、操作手、技术服务工程师、管理部门达成异地、远程、动态及全天候的“物物相连、人人相连、物人相连”，如图3所示。

“环境监测管理系统”通过现场实时数据监测，包括温度、湿度、噪音、PM2.5、PM10、风速、风向、气压等。通过5G物联网及云计算，实现了实时、远程、自动监控颗粒物浓度及数据网络传输。其中涉及环保重点监管的施工现场扬尘数据超标时，自动启动预设预案，触发现场喷淋系统降尘，并通知管理部门，实现人机联动。

本发明以“人、机、环”多维度关联设计的智慧工地安全监管系统平台为依托，利用智能安全帽内置北斗芯片解决施工人员水平位置定位采集，利用工蜂信标设备内置高度传感器采集高度数据，利用智能安全帽内置5GNB-IoT芯片解决感知数据实时传输，利用烽火智慧工地安全监管平台人员精准管理子系统、智慧数据中台及前端大屏，分别实现业务数据管理、大数据行为分析及决策数据可视化展示，如图所示。

“人员精准管理系统”针对性提出“分层设计、精准识别”软硬件一体化解决思路。在铁塔不同高度安装工蜂信标设备，利用工蜂信标内置高度传感器及智能安全帽感知功能，精确识别及定位施工人员信息与铁塔垂直空间位置。为铁塔施工团队设置工蜂智慧岛设备，从而实现施工团队人员管理、任务分配、指挥调度等管理工作精细化与可视化。

通过丰富的图形报表，全面展现智慧工地安监平台人员精准管理子系统，实 时感知与监管数据以及第三方系统推送数据。为工程管理者日常管理提供辅助参 考与决策支撑。工程管理者利用大屏功能，实现“一屏分析、一屏指挥、一屏调 度、一屏决策”。

可以设有人员精确管理智慧安监大屏，人员档案管理作为人员精准管理系统 基础功能，既解决了工程建设过程中工程管理者对于人员档案职能管理需求，也 是施工人员后续工作考勤、工作状态感知、危险行为预警、应急处置调度等管理 功能，应用实现的前提基础，如图4界面所示。

依据施工任务分片分区施工管理理念，为施工团队配置专属工蜂智慧岛硬件 终端设备，以实现施工团队所涉人员管理、实名认证、工作考勤、任务分配、视 频指挥调度等管理手段精细化、可视化及多样化。

本发明应用的工程跨越采用“耐-直-直-耐”方案，各档跨距为755米-2550米-750米。大跨越耐张段全长约4055米，跨越塔呼高342.5米，塔全高385米。长江大跨塔的跨越档距为2550米，设计呼高为342.5米，杆塔全高为385米，项目建设涉及施工人员五百余人，并且气候环境较差，面临着难度大、周期长、施工人员多、设备多、施工环境复杂等诸多难点。

本发明利用工蜂智慧岛管理监控软件平台实现施工任务分级(子项目)管理。

利用北斗技术解决人员及机械设备位置定位采集，利用5G技术解决现场定位感知数据实时传输，利用微气象地面采集仪收集实时现场数据，利用公共气象数据接口采集权威机构预报数据，利用第三方监管系统违协同接口收集违规数据，利用智慧工地安全监管平台实现大数据分析及决策数据可视化。风险管控预警系统通过预设风险管理项，风险预警研判条件项，将采集数据输入算法模型，得到风险预警智能研判结果；工程工作面分布广泛，技防手段无法做到一些非重点区域的全面覆盖，这就为一些轻微事故风险留下了隐患。对此智慧工地工蜂APP随手拍功能，及时弥补了这块风险监控盲区。工程质量人员在执行人工巡检时，就可以实现风险隐患问题的即时发现、即时记录、即时上报与即时处理。

基于施工建设特点，施工人员与机械设备高中作业场景会贯穿工程施工全过 程。风险管控预警系统利用地面微气象环境采集仪，实时收集现场环境数据，特 别是风力数据。这部分数据进入风险预警研判模型算法后，通过高空气象算法得 出不同高度环境参数并实现自动化研判输出预警信息。预警信息可通过智慧工地 监管系统平台大屏、智能安全帽语音及现场语音广播系统触发。风险管控预警系 统使用内置计划任务调取机械设备管理系统接口获取机械设备基础信息、运维保 养信息、违规人员信息。通过将上述数据输入风险预警研判模型算法，获得设备 运行风险预警，系统自动推送智慧大屏通知预警。在实际工程中，现场反馈到系 统平台平均只需要0.5秒，是传统传输时间的0.7倍。

机械设备故障管控亦设有专门平台。

表1 施工智慧程度对比

风险与安全管理对比，本发明对比了智慧工地中风险与安全管理的对比，本发明通过风险管控系统将系统传输到监管平台上，使得管理人员实时可知，同时自动通知施工人员。通过机器人与智能头盔完成智能移动巡检工作。在安全监控方面，本发明通过色谱模块分析安全风险评估，同时通过智能监测系统对整个工地的安全进行监测管理，赫志东简单建立一个安全监测系统。如表2所示为风险与安全管理的对比，对比其他智慧施工模型，本发明在风险与安全管理方面能够全方位的监控工地安全。

表2 风险与安全管理对比

本发明基于5G通讯技术，从“人、机、环”多个维度精细化管理思路出发，结合物联网技术，构建了“智慧工地安全监管平台”智慧物联网解决方案：本发明建立的基于5G技术智慧工地模型，以智慧工地监管平台为基础，集成各子系统，与其他文献智慧工地模型对比，实现多方面精准监控管理工地施工，使管理人员实时、清晰掌握施工情况、本发明的风险与安全管理，与其他智慧工地模型对比，能够做到全方位的人员，设备，建筑的风险预警与安全监控，实现违规事件预警及调度智慧功能与工地安全的动态管理，提高安全管理人员的监管水平与管理效率、本发明利用5G通讯、北斗定位、物联网等技术手段，围绕工地“人机料法环”五大核心管理要素，通过对工程进行实时数据采集、处理，为施工等提供安全隐患的动态识别、智能分析、主动预警等决策依据，使建设工程数字转型、智能升级、融合创新。