一种面向施工安全监测的动态阈值自适应判定方法及系统与流程

本发明涉及施工安全智能监测，更具体地说，本发明涉及一种面向施工安全监测的动态阈值自适应判定方法及系统。

背景技术：

1、在施工安全监测领域，既有视频预警系统主要围绕“识别到危险状态后及时报警”展开，处理链路一般是由摄像头采集施工画面，再由边缘计算设备或后台平台识别人员、安全帽、安全带、梯具、升降车和作业高度等目标，并依据检测置信度、连续命中帧数、目标框相对位置或人工设定阈值判断是否触发本地声光报警、移动终端提醒和总控室提示；

2、该处理方式在画面清晰、目标尺度稳定、作业动作单一的场景中能够完成基础预警，但在轨道交通车辆段风水电安装、风管支吊架安装、升降车高位检修等连续施工场景中，作业人员经常处于离地8米以上位置，安全带、挂钩和人体躯干边缘在远距离画面中占用像素少，并且会随人员弯腰、转身、攀爬、进入支吊架遮挡区或移出摄像头主视角而发生短时消失；

3、与此同时，施工现场要求边缘端在低功耗设备上完成实时识别，并将结果同步输出至现场声光设备、便携接收终端和总控视频端，不能依靠人工长时间逐帧复核；

4、在上述条件下，若仍将单次识别结果或固定帧段统计结果直接作为报警依据，系统无法判断一次报警之后的状态变化来源：人员补戴安全带后的风险解除、风管遮挡造成的装备框丢失、总控端确认无效后的重复推送、同一人员在同一高位区域持续违规，都会在下一轮识别中重新回到相同阈值条件下被处理，表现为遮挡位置反复报警、有效处置后继续报警、真实违规被短时遮挡打断、总控复核结果无法改变边缘端后续判定等现象；

5、这些现象的根本原因在于，现有报警链路只把反馈结果作为提示或记录，没有把报警后的现场处置结果、远端接收结果和总控复核结果转化为后续阈值更新依据；

6、本技术要解决的技术问题是：如何在施工安全监测中将报警后的多端反馈结果写入动态阈值判定过程，使下一轮安全状态判断能够区分真实风险延续、处置完成、遮挡误报和重复报警。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种面向施工安全监测的动态阈值自适应判定方法及系统，通过将人员、防护装备、作业设备、遮挡目标和多端反馈结果按帧号挂接为样本记录，基于马尔科夫模型构建反馈状态图并确定当前状态链，再结合反馈样本对安全帽、安全带和高空作业判定阈值执行投影次梯度更新，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种面向施工安全监测的动态阈值自适应判定方法，包括：

3、s1、获取施工监测视频流、施工区域编号、目标检测结果和反馈记录，对同一人员编号下的人员目标、防护装备目标、作业设备目标、遮挡目标和反馈结果按帧号挂接，生成包含人员编号、帧号、区域编号、目标类别、目标位置、检测置信值、邻接关系和反馈标记的样本记录；

4、s2、根据样本记录，将同一人员编号在相邻帧中的作业位置变化、防护装备出现状态、作业设备邻接状态、遮挡持续状态和反馈标记编码为状态节点，按帧号顺序连接相邻状态节点，并统计状态节点之间的转移次数、检测置信值分布和反馈标记分布，生成反馈马尔科夫状态图；

5、s3、根据反馈马尔科夫状态图和当前帧段内的样本记录，对当前人员编号的状态节点执行前向递推和后向回溯，计算各状态节点在当前帧段内的路径归属值，并选取路径归属值排序在首位的状态节点序列作为当前状态链；

6、s4、根据当前状态链，提取同一状态节点下带有反馈标记的历史检测置信值，将安全帽判定阈值、安全带判定阈值和高空作业判定阈值作为待更新变量，并以有效风险样本被判为正常、处置完成样本继续报警、复核无效样本再次报警对应的计数和为损失量，对待更新变量执行投影次梯度更新，生成当前动态阈值记录；

7、s5、根据当前动态阈值记录、当前状态链和当前帧段内的样本记录，对当前人员编号的高空作业状态、防护装备佩戴状态和遮挡疑似状态进行判定，生成当前安全判定记录，并将当前安全判定记录对应的现场反馈结果、便携端接收结果和总控端复核结果写回反馈马尔科夫状态图。

8、在一个优选的实施方式中，所述s1包括：

9、s1-1、根据施工监测视频流和目标检测结果，读取每一帧内各检测框的左上角横坐标、左上角纵坐标、框宽、框高、目标类别和检测置信值，以左上角横坐标加二分之一框宽作为框中心横坐标、以左上角纵坐标加二分之一框高作为框中心纵坐标，生成带有框中心坐标的检测框记录；

10、s1-2、根据检测框记录，将相邻两帧中目标类别相同的检测框两两配对，计算每一配对中两个检测框的框中心横坐标差平方与框中心纵坐标差平方之和，并将和值最小的配对写入同一目标编号，生成目标轨迹记录；

11、s1-3、根据目标轨迹记录和施工区域编号，将同一帧内框中心坐标落入人员目标外接框内的防护装备目标写入该人员编号，将同一帧内与人员目标之间框中心横坐标差平方和框中心纵坐标差平方之和最小的作业设备目标和遮挡目标写入该人员编号，并将两框交叠区域面积、目标框中心纵坐标大小关系和反馈记录按人员编号、帧号合并，生成样本记录。

12、在一个优选的实施方式中，在s2中，所述反馈马尔科夫状态图的生成包括如下步骤：

13、s2-1、根据样本记录，按人员编号和帧号读取相邻两帧的人员目标位置，将后一帧框中心横坐标减去前一帧框中心横坐标得到横向位移值，将后一帧框中心纵坐标减去前一帧框中心纵坐标得到纵向位移值，将防护装备目标写入该人员编号的目标类别数量记为装备出现值，将作业设备目标与人员目标的两框交叠区域面积记为设备邻接值，将遮挡目标连续写入该人员编号的帧数记为遮挡延续值，生成状态字段记录；

14、s2-2、根据状态字段记录和反馈标记，将同一人员编号同一帧号下的横向位移值、纵向位移值、装备出现值、设备邻接值、遮挡延续值和反馈标记按固定字段顺序拼接为状态节点，将相同字段取值的状态节点合并为同一节点编号，生成节点表；

15、s2-3、根据节点表，按同一人员编号的帧号顺序读取相邻两个节点编号，将前一节点编号作为起点节点，将后一节点编号作为终点节点，将相同起点节点和相同终点节点的连接次数累加为转移次数，并将起点节点下的检测置信值按数值升序写入置信值序列，将起点节点下的反馈标记按有效风险、处置完成、复核无效分别计数，生成状态转移边；

16、s2-4、根据状态转移边，将同一起点节点下各终点节点的转移次数分别除以该起点节点的全部转移次数之和，得到马尔科夫转移概率，并将节点表、状态转移边、马尔科夫转移概率、置信值序列和反馈标记计数合并，生成反馈马尔科夫状态图。

17、在一个优选的实施方式中，所述s3包括：

18、s3-1、根据反馈马尔科夫状态图和当前帧段内的样本记录，读取当前人员编号在每一帧的横向位移值、纵向位移值、装备出现值、设备邻接值、遮挡延续值和反馈标记，并读取反馈马尔科夫状态图中字段取值相同或字段取值差值最小的状态节点作为该帧的候选状态节点，生成候选节点表；

19、s3-2、根据候选节点表，计算每一候选状态节点与同帧样本记录之间的字段差值和，将横向位移值差、纵向位移值差、装备出现值差、设备邻接值差、遮挡延续值差和反馈标记差的绝对值相加得到节点观测代价，并将该候选状态节点下复核无效计数减去有效风险计数得到反馈修正值，将节点观测代价与反馈修正值相加得到节点总代价。

20、在一个优选的实施方式中，所述s3还包括：

21、s3-3、根据节点总代价和反馈马尔科夫状态图中的马尔科夫转移概率，按帧号顺序对候选状态节点执行前向递推，将上一帧候选状态节点的累计代价、当前帧候选状态节点的节点总代价以及对应状态转移边的负对数马尔科夫转移概率相加，取和值最低的上一帧候选状态节点作为当前帧候选状态节点的来源节点，并将该最低和值写为当前帧候选状态节点的累计代价，生成来源节点表。

22、在一个优选的实施方式中，所述s3还包括：

23、s3-4、根据来源节点表，从当前帧段末帧中累计代价最低的候选状态节点开始，按来源节点逐帧回溯至当前帧段首帧，得到回溯状态链，并对回溯状态链中每一相邻状态节点计算字段突变值和反馈冲突值，将字段突变值、反馈冲突值和状态转移边缺失值相加得到链路代价，逐帧替换使链路代价降低的候选状态节点，直至本轮替换后的链路代价总和不低于上一轮链路代价总和，输出链路代价总和最低的状态节点序列作为当前状态链。

24、在一个优选的实施方式中，所述s4包括：

25、s4-1、根据当前状态链和反馈马尔科夫状态图，按当前状态链中的状态节点编号读取历史样本记录，将反馈标记为有效风险的历史样本记录写入风险样本集，将反馈标记为处置完成的历史样本记录写入处置样本集，将反馈标记为复核无效的历史样本记录写入无效样本集，并分别提取安全帽检测置信值、安全带检测置信值和高空作业检测置信值，生成阈值样本记录；

26、s4-2、根据阈值样本记录，将安全帽判定阈值、安全带判定阈值和高空作业判定阈值分别作为待更新变量，对每一待更新变量统计风险样本集中检测置信值小于该待更新变量的样本数、处置样本集中检测置信值大于或等于该待更新变量的样本数、无效样本集中检测置信值大于或等于该待更新变量的样本数，并将三项样本数相加生成该待更新变量的误判计数。

27、在一个优选的实施方式中，所述s4还包括：

28、s4-3、根据误判计数，对每一待更新变量分别计算该待更新变量增加一个置信值间隔后的误判计数和减少一个置信值间隔后的误判计数，将误判计数减少的方向作为投影次梯度更新方向，将更新后的待更新变量限制在同一检测类型的历史检测置信值最小值和历史检测置信值最大值之间，生成包含安全帽判定阈值、安全带判定阈值和高空作业判定阈值的当前动态阈值记录。

29、在一个优选的实施方式中，所述s5包括：

30、s5-1、根据当前动态阈值记录、当前状态链和当前帧段内的样本记录，按当前人员编号分别读取安全帽检测置信值、安全带检测置信值、高空作业检测置信值和遮挡延续值，将高空作业检测置信值大于或等于高空作业判定阈值的帧号写入高空作业帧段，将高空作业帧段内安全帽检测置信值小于安全帽判定阈值的帧号写入安全帽异常帧段，将高空作业帧段内安全带检测置信值小于安全带判定阈值的帧号写入安全带异常帧段，并将遮挡延续值大于零且防护装备检测置信值小于对应判定阈值的帧号写入遮挡疑似帧段；

31、s5-2、根据高空作业帧段、安全帽异常帧段、安全带异常帧段和遮挡疑似帧段，将同一人员编号下连续帧号相邻的帧段合并，按高空作业帧段与安全帽异常帧段的交集生成安全帽风险项，按高空作业帧段与安全带异常帧段的交集生成安全带风险项，按遮挡疑似帧段与安全帽异常帧段或安全带异常帧段的交集生成遮挡待复核项，输出包含人员编号、区域编号、风险项、待复核项、起止帧号和对应判定阈值的当前安全判定记录；

32、s5-3、根据当前安全判定记录对应的现场反馈结果、便携端接收结果和总控端复核结果，将现场整改完成写为处置完成，将便携端接收且总控端确认风险写为有效风险，将总控端否定风险写为复核无效，并按人员编号、区域编号、状态节点编号和起止帧号更新反馈马尔科夫状态图中的反馈标记计数、检测置信值序列和状态转移边。

33、一种面向施工安全监测的动态阈值自适应判定系统，包括：

34、采样模块，用于获取施工监测视频流、施工区域编号、目标检测结果和反馈记录，对同一人员编号下的人员目标、防护装备目标、作业设备目标、遮挡目标和反馈结果按帧号挂接，生成包含人员编号、帧号、区域编号、目标类别、目标位置、检测置信值、邻接关系和反馈标记的样本记录；

35、建图模块，根据样本记录，将同一人员编号在相邻帧中的作业位置变化、防护装备出现状态、作业设备邻接状态、遮挡持续状态和反馈标记编码为状态节点，按帧号顺序连接相邻状态节点，并统计状态节点之间的转移次数、检测置信值分布和反馈标记分布，生成反馈马尔科夫状态图；

36、寻链模块，根据反馈马尔科夫状态图和当前帧段内的样本记录，对当前人员编号的状态节点执行前向递推和后向回溯，计算各状态节点在当前帧段内的路径归属值，并选取路径归属值排序在首位的状态节点序列作为当前状态链；

37、调阈模块，根据当前状态链，提取同一状态节点下带有反馈标记的历史检测置信值，将安全帽判定阈值、安全带判定阈值和高空作业判定阈值作为待更新变量，并以有效风险样本被判为正常、处置完成样本继续报警、复核无效样本再次报警对应的计数和为损失量，对待更新变量执行投影次梯度更新，生成当前动态阈值记录；

38、判回模块，根据当前动态阈值记录、当前状态链和当前帧段内的样本记录，对当前人员编号的高空作业状态、防护装备佩戴状态和遮挡疑似状态进行判定，生成当前安全判定记录，并将当前安全判定记录对应的现场反馈结果、便携端接收结果和总控端复核结果写回反馈马尔科夫状态图。

39、本发明的技术效果和优点：

40、通过将现场反馈结果、便携端接收结果和总控端复核结果写回反馈马尔科夫状态图，并参与下一轮动态阈值更新，使报警后状态变化能够进入判定过程，相对缓解遮挡误报、处置后重复报警和真实风险被短时打断的问题；

41、通过样本记录将人员目标、防护装备目标、作业设备目标、遮挡目标和反馈标记按人员编号、帧号挂接，使安全状态判定不再依赖单帧检测结果，相对改善远距离小目标短时消失时的状态承接能力；

42、通过反馈马尔科夫状态图统计状态节点转移次数、置信值序列和反馈标记计数，并据此生成当前状态链，使连续施工动作中的位置变化、设备邻接和遮挡延续能够参与判断，相对降低状态跳变对预警结果的干扰；

43、通过投影次梯度对安全帽判定阈值、安全带判定阈值和高空作业判定阈值进行更新，使有效风险、处置完成和复核无效样本共同约束阈值取值，相对改善固定阈值在不同施工状态下的适配性。