一种基于施工阶段上下文的安全状态判定方法及系统与流程

本发明涉及施工安全智能监控，更具体地说，本发明涉及一种基于施工阶段上下文的安全状态判定方法及系统。

背景技术：

1、高空作业安全监控中，现有处理方式多围绕视频目标识别结果形成预警判断，通过摄像头采集施工区域画面，在边缘计算设备或后台服务器中识别人员、安全帽、安全带、梯具和升降平台，再根据检测框置信度、连续帧命中次数或装备目标是否出现，输出合格或异常结果；

2、在轨道交通车辆段、机电安装和风水电高处作业场景中，施工人员常处于8米以上作业面，安全带、挂钩、头部防护装备在远距离画面中占用像素少，并且会受到栏杆、风管、支吊架、工具包、人体转身和运动模糊影响，在边缘计算端需要同时满足本地实时提醒、低算力运行和远端少量数据推送；

3、在该条件下，单纯依靠检测框是否出现或置信度是否达到设定值进行判断，会将安全带被栏杆遮挡、人员低头导致安全帽短时丢失、人员仍处于地面准备阶段但未检出安全带等情况直接写成异常，也会把上一阶段已确认佩戴但当前帧被遮挡的人员重复推送报警，现场表现为同一人员在转身、靠近平台、进入平台和离开平台过程中反复出现短时误报、延迟确认和远端无效提示；

4、本技术要解决的技术问题是：如何在边缘计算端结合施工阶段上下文对安全装备未检出结果进行反证判定，避免将由遮挡、姿态变化或阶段未成立造成的未检出结果直接判定为高空作业安全异常。

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基于施工阶段上下文的安全状态判定方法及系统，通过在边缘计算端将施工阶段关系量写入阶段感知蚁群图以重构yolov8特征路由，并对防护装备未检出结果执行遮挡、姿态、历史佩戴和阶段未成立反证判定，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：一种基于施工阶段上下文的安全状态判定方法，包括：

3、s1、采集施工区域的当前视频帧和上一轮施工阶段上下文记录，将当前视频帧输入yolov8基干网络，提取p2、p3、p4、p5四级特征图，并由各级特征图分别输出人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，生成当前目标记录；

4、s2、以p2、p3、p4、p5四级特征图作为巢点，以特征上采样、特征拼接、特征回灌和检测头接入作为迁移边，将人员目标与防护装备目标的包含面积、人员目标与作业设备目标的交叠面积、人员目标与高空边界目标的相交边长及各目标的延续帧数写入迁移边信息素，生成阶段感知蚁群图；

5、s3、在阶段感知蚁群图中，使蚁群沿p5至p2方向搜索特征迁移链，并在每次迁移时优先选择能够同时增加防护装备包含面积、作业设备交叠面积、高空边界相交边长和目标延续帧数的迁移边，将搜索得到的特征迁移链反向写入yolov8基干网络的特征融合层和检测头接入层，生成蚁群变异yolov8网络；

6、s4、将当前视频帧输入蚁群变异yolov8网络，重新输出人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，并根据人员目标与作业设备目标的交叠关系、人员目标与高空边界目标的相交关系、防护装备目标在人员目标内的包含关系，生成当前施工阶段记录和候选安全异常记录；

7、s5、根据当前施工阶段记录、候选安全异常记录和上一轮施工阶段上下文记录，写入遮挡反证项、姿态反证项、历史佩戴反证项和阶段未成立反证项，将存在反证项的候选安全异常记录写入待解释安全状态，将不存在反证项且当前施工阶段记录指向高空作业的候选安全异常记录写入有效安全异常状态，并生成下一轮施工阶段上下文记录、本地预警数据、远端提示数据和总控展示数据。

8、在一个优选的实施方式中，所述s1包括：

9、s1-1、读取施工区域的当前视频帧和上一轮施工阶段上下文记录，对当前视频帧执行像素归一化和帧号挂接，生成带有区域编号、采集时刻和帧序号的当前帧记录；

10、s1-2、将当前帧记录输入yolov8基干网络，依次提取下采样尺度不同的p2、p3、p4、p5四级特征图，并将上一轮施工阶段上下文记录中的人员目标位置、作业设备位置和高空边界位置分别挂接至对应尺度的特征图索引，生成上下文挂接特征图集；

11、s1-3、分别对上下文挂接特征图集中的p2、p3、p4、p5四级特征图执行检测头映射，输出人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，并按照目标类别、目标框坐标、所属特征图级别、置信值和帧序号生成当前目标记录。

12、在一个优选的实施方式中，所述s2包括：

13、s2-1、读取p2、p3、p4、p5四级特征图和当前目标记录，将p2、p3、p4、p5分别登记为巢点，在p5至p4、p4至p3、p3至p2之间建立特征上采样边和特征拼接边，在p2至p3、p3至p4、p4至p5之间建立特征回灌边，并在p2、p3、p4、p5各自与检测头之间建立检测头接入边，生成初始蚁群图；

14、s2-2、读取当前目标记录中的人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，计算防护装备目标位于人员目标内的像素面积作为包含面积，计算人员目标与作业设备目标重合区域的像素面积作为交叠面积，计算人员目标边线与高空边界目标边线重合的像素长度作为相交边长，并将当前目标记录与上一轮施工阶段上下文记录中同类别且目标框中心点距离排序第一的目标进行挂接后，按连续挂接帧数生成延续帧数；

15、s2-3、将包含面积写入特征上采样边的信息素字段，将交叠面积写入特征拼接边的信息素字段，将相交边长写入特征回灌边的信息素字段，将延续帧数写入检测头接入边的信息素字段，生成由巢点、迁移边、信息素字段和目标挂接关系组成的阶段感知蚁群图。

16、在一个优选的实施方式中，所述s3包括：

17、s3-1、读取阶段感知蚁群图中的巢点、迁移边、信息素字段和目标挂接关系，以p5为起始巢点、p2为终止巢点，按p5至p4、p4至p3、p3至p2的巢点顺序排列各相邻巢点之间的迁移边，生成候选特征迁移链集；

18、s3-2、逐条读取候选特征迁移链集中的候选特征迁移链，将其包含的特征上采样边的信息素字段累加为包含面积链值，将其包含的特征拼接边的信息素字段累加为交叠面积链值，将其包含的特征回灌边的信息素字段累加为相交边长链值，将其包含的检测头接入边的信息素字段累加为延续帧数链值，生成链值记录。

19、在一个优选的实施方式中，所述s3还包括：

20、s3-3、按照包含面积链值、交叠面积链值、相交边长链值和延续帧数链值均由大到小的顺序，对链值记录执行逐字段递进排序，得到排在首位的目标链值记录，并将目标链值记录对应的候选特征迁移链写入目标特征迁移链；

21、s3-4、按照目标特征迁移链中的迁移边顺序，将特征上采样边写入yolov8基干网络的上采样输入端，将特征拼接边写入特征融合层的通道拼接端，将特征回灌边写入相邻高层特征图的回灌输入端，将检测头接入边写入检测头输入端，生成蚁群变异yolov8网络。

22、在一个优选的实施方式中，所述s4包括：

23、s4-1、将当前视频帧输入蚁群变异yolov8网络，输出人员目标、头部防护装备目标、躯干防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，并按目标类别、目标框坐标、目标框中心点、目标框面积和帧序号生成当前目标记录；

24、s4-2、读取当前目标记录，以人员目标框与作业设备目标框的重合像素点数量作为作业设备交叠面积，以人员目标框边线与高空边界目标框边线的重合像素点数量作为高空边界相交边长，以头部防护装备目标框落入人员目标框上半区的像素点数量和躯干防护装备目标框落入人员目标框中部区的像素点数量作为防护装备包含面积，生成人员阶段量记录。

25、在一个优选的实施方式中，所述s4还包括：

26、s4-3、读取人员阶段量记录，将作业设备交叠面积不为0且高空边界相交边长为0的人员目标写入登高接近记录，将作业设备交叠面积不为0且高空边界相交边长不为0的人员目标写入高空作业记录，并将写入结果作为当前施工阶段记录；

27、s4-4、读取当前施工阶段记录和人员阶段量记录，将高空作业记录中头部防护装备包含面积为0或躯干防护装备包含面积为0的人员目标写入防护缺失候选异常，将高空作业记录中头部防护装备包含面积不为0且躯干防护装备包含面积不为0的人员目标写入防护成立记录，生成候选安全异常记录。

28、在一个优选的实施方式中，所述s5包括：

29、s5-1、读取当前目标记录、当前施工阶段记录和候选安全异常记录，将防护缺失候选异常对应的人员目标框作为待核人员框，计算待核人员框内被作业设备目标框覆盖的像素点数量和被高空边界目标框覆盖的像素点数量，任一覆盖像素点数量不为0的，将对应覆盖目标的目标类别、覆盖像素点数量和待核人员框帧序号写入遮挡反证项；

30、s5-2、读取待核人员框的上边线、中线、下边线和目标框中心点，计算上边线至目标框中心点的像素高度作为上部高度，计算目标框中心点至下边线的像素高度作为下部高度，并将上部高度小于下部高度且头部防护装备包含面积为0的待核人员框的帧序号、上部高度和下部高度写入姿态反证项；

31、s5-3、读取上一轮施工阶段上下文记录中与待核人员框同类别且目标框中心点距离排序第一的历史人员记录，将历史人员记录中头部防护装备包含面积和躯干防护装备包含面积均不为0，且历史人员记录帧序号与待核人员框帧序号相邻的，将历史人员记录帧序号、头部防护装备包含面积和躯干防护装备包含面积写入历史佩戴反证项。

32、在一个优选的实施方式中，所述s5还包括：

33、s5-4、读取当前施工阶段记录，将未写入高空作业记录的待核人员框的目标框坐标、帧序号和当前施工阶段名称写入阶段未成立反证项，将具有遮挡反证项、姿态反证项、历史佩戴反证项或阶段未成立反证项的待核人员框写入待解释安全状态，将未具有任一反证项且写入高空作业记录的待核人员框写入有效安全异常状态，并根据待解释安全状态生成本地预警数据，根据有效安全异常状态生成远端提示数据和总控展示数据，根据待核人员框、反证项和安全状态生成下一轮施工阶段上下文记录。

34、一种基于施工阶段上下文的安全状态判定系统，包括：

35、采集识别模块，用于采集施工区域的当前视频帧和上一轮施工阶段上下文记录，将当前视频帧输入yolov8基干网络，提取p2、p3、p4、p5四级特征图，并由各级特征图分别输出人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，生成当前目标记录；

36、蚁群构图模块，用于以p2、p3、p4、p5四级特征图作为巢点，以特征上采样、特征拼接、特征回灌和检测头接入作为迁移边，将人员目标与防护装备目标的包含面积、人员目标与作业设备目标的交叠面积、人员目标与高空边界目标的相交边长及各目标的延续帧数写入迁移边信息素，生成阶段感知蚁群图；

37、迁移变异模块，用于在阶段感知蚁群图中，使蚁群沿p5至p2方向搜索特征迁移链，并在每次迁移时优先选择能够同时增加防护装备包含面积、作业设备交叠面积、高空边界相交边长和目标延续帧数的迁移边，将搜索得到的特征迁移链反向写入yolov8基干网络的特征融合层和检测头接入层，生成蚁群变异yolov8网络；

38、阶段判定模块，用于将当前视频帧输入蚁群变异yolov8网络，重新输出人员目标、防护装备目标、作业设备目标和高空边界目标，并根据人员目标与作业设备目标的交叠关系、人员目标与高空边界目标的相交关系、防护装备目标在人员目标内的包含关系，生成当前施工阶段记录和候选安全异常记录；

39、反证预警模块，用于根据当前施工阶段记录、候选安全异常记录和上一轮施工阶段上下文记录，写入遮挡反证项、姿态反证项、历史佩戴反证项和阶段未成立反证项，将存在反证项的候选安全异常记录写入待解释安全状态，将不存在反证项且当前施工阶段记录指向高空作业的候选安全异常记录写入有效安全异常状态，并生成下一轮施工阶段上下文记录、本地预警数据、远端提示数据和总控展示数据。

40、本发明的技术效果和优点：

41、通过将防护装备未检出结果先写入候选安全异常记录，再结合遮挡反证项、姿态反证项、历史佩戴反证项和阶段未成立反证项分流，能够相对抑制由遮挡、姿态变化或阶段未成立引起的误报警；

42、通过阶段感知蚁群图将包含面积、交叠面积、相交边长和延续帧数写入迁移边信息素，并反向写入yolov8特征路由，使特征融合过程与施工阶段关系挂接，有助于改善小目标防护装备的识别解释过程；

43、通过人员目标、作业设备目标和高空边界目标之间的像素关系生成当前施工阶段记录，再对高空作业阶段内的防护缺失进行候选异常写入，能够相对减少地面准备、登高接近等非作业阶段造成的异常误判；

44、通过在边缘计算端生成待解释安全状态、有效安全异常状态、本地预警数据、远端提示数据和总控展示数据，使不同安全状态进入不同反馈链路，能够相对降低远端无效提示数量并保留现场即时提示能力。