[發明專利]基于機器視覺的智慧工地安全監測系統及方法

在審

• 申請號: 202210285817.2
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114677640A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 陳俊風;毛矛;謝志浩;呂嘉
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06V20/52
• 分類號: G06V20/52;G06V10/82;G06N3/04;G06N3/08;G16Y10/30;G16Y40/10;G16Y40/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

本發明公開了一種基于機器視覺的智慧工地安全監測系統及方法，所述系統工地數據收集系統和安全行為監測系統，所述工地數據收集系統利用視頻捕獲設備采集工地視頻數據；所述安全行為監測系統基于輸入的視頻數據執行工地安全算法，識別出潛在危險；所述安全行為監測系統包括：目標檢測模塊，用于輸入的每幀圖像數據提取特征并確定目標的檢測框位置；目標跟蹤模塊，用于對檢測框中的目標進行實時跟蹤，確定軌跡狀態；以及安全檢測模塊，基于目標檢測和目標跟蹤算法對工人行為進行分析，判斷是否存在未佩戴安全帽、跌倒中的一種或多種情況，安全檢測模塊還對煙火隱患進行檢測。本發明結合機器視覺技術和深度學習算法，提高工地危險違規行為檢測能力。

技術領域

本發明涉及施工工地安全監測，具體涉及一種基于機器視覺的目標檢測、跟蹤和安全預警的工地安全監測系統及方法。

背景技術

工地施工現場環境復雜多變，當前的安全管理以人工為主。在智能監控領域，傳統的視頻監控往往只有簡單的幾個攝像頭，并且攝像頭的延時一般較高，僅僅作為現場施工安防的輔助手段，不能對現場的安全風險進行實時檢測與預警。這種傳統監管方式不僅耗費大量人力財力，而且工作效率十分低，難以滿足現代化智能施工安全管理。如何保證工人的施工安全性，以及施工現場智能統一化管理是目前施工單位高度重視亟待解決的問題。

近年來，越來越多的公司和科研機構致力于改進工地安全監測系統，如：中國專利公開號CN110888950A公開了一種基于智能安全帽的智慧工地管理系統，中國專利申請CN202010549716.2公開了一種智慧工地安全檢測方法、系統、智能終端及存儲介質，以及一些其他技術，然而，上述幾項技術所公開的工地安全檢測技術雖然對檢測是否佩戴安全帽具有一定幫助，但是仍然存在以下問題：現實中導致工地發生安全事故的影響因素眾多，工人可能發生跌倒事故，工地上可能出現濃煙和火災事故。此外，由于工地設施眾多，工人的情況容易被遮擋，現有系統/方法的檢測精度尚存在一定的改進空間。如何構建一個對工人進行實時精確的檢測跟蹤，分析其行為是否存在危險違規，從而實現實現施工現場的智能安全管控成為工地安全管理的首要任務。

發明內容

發明目的：本發明的目是提供一種基于機器視覺的的智慧工地安全監測系統及方法，應用深度學習算法對工地危險違規行為進行分析，對未佩戴安全帽、跌倒和煙火隱患的安全風險行為做出實時告警。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

根據本發明的第一方面，提供一種基于機器視覺的智慧工地安全監測系統，包括：工地數據收集系統和安全行為監測系統，所述工地數據收集系統利用視頻捕獲設備采集工地視頻數據；所述安全行為監測系統基于輸入的視頻數據執行工地安全識別算法，識別出潛在危險；所述安全行為監測系統包括：目標檢測模塊，通過目標檢測算法對輸入的每幀圖像數據提取特征并確定目標的檢測框位置；目標跟蹤模塊，通過目標跟蹤算法對檢測框的目標進行實時跟蹤，確定軌跡狀態；以及安全檢測模塊，在確定目標為施工工人的情況下，基于目標檢測算法和目標跟蹤算法對工人進行實時行為分析，判斷工人是否存在違規行為，并在判斷工人存在違規行為時進行告警，其中違規行為包括未佩戴安全帽和跌倒中的一種或多種情況，以及在確定目標為煙火的情況下，直接進行告警。

進一步地，目標檢測模塊包括：目標檢測單元，使用改進網絡結構的YOLOv3目標檢測算法對輸入的每幀圖像提取特征并且得到目標的檢測框位置；以及篩選單元，利用深度融合NMS算法對目標檢測單元給出的檢測框進行篩選，去除重疊的檢測框。

進一步地，所述目標檢測單元中改進的YOLOv3網絡結構引入隨機池化來對原主干網絡Darknet-53進行下采樣操作，所述隨機池化過程包括：將原Yolov3主網絡Darknet-53中負責下采樣的卷積層替換為一個步長為1的卷積層和一個隨機池化層，步長為1的卷積層負責改變輸出維度，隨機池化層負責下采樣。

進一步地，所述篩選單元包括：