基于云平台的施工现场监控系统的制作方法

本发明涉及建筑施工监控与物联网云平台，具体为基于云平台的施工现场监控系统。

背景技术：

1、在施工现场安全监控过程中，通常需要同时获取视频画面和各类传感数据，并将现场异常状态及时反馈到管理平台。视频监控能够实时记录现场情况，传感监测能够补充反映结构、设备和环境的实时变化，两者结合后有助于提升现场风险识别的准确性；

2、传统的方式中，视频流与传感数据往往分别上传和分别展示，时间基准不统一时，传感异常难以准确对应到具体视频帧，云端也无法进行关联分析；同时，在链路带宽受限或异常状态持续出现时，视频传输与传感上传容易相互竞争资源，造成数据重复发送、缓存堆积或部分异常记录丢失，影响告警的及时性和完整性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于云平台的施工现场监控系统，避免上传时争抢资源造成数据堆积或丢失，且更易实现视频与传感数据的准确时间关联，提升风险告警的及时性和完整性，本发明是采用如下技术方案实现的：

2、现场感知层、边缘接入与判定层、云端解析层和云平台应用层；现场感知层包括摄像机和至少一个传感器，摄像机输出编码后视频流，传感器输出传感数据；

3、边缘接入与判定层基于同一时钟源或经时钟偏差校正的统一时间轴获取视频帧的帧时间和传感数据的采样时间，并存储传感器编号、施工风险区域编号及摄像机编号之间的映射关系；

4、边缘接入与判定层根据传感数据识别异常状态，将与异常状态对应的传感记录缓存，并将位于当前视频帧的帧绑定窗口内的异常传感记录封装为附加信息载荷，写入与当前视频帧关联且不承载图像编码数据的附加信息数据单元；

5、边缘接入与判定层暂停或降低对应传感器经传感上传通道的独立发送频率，视频传输通道和传感上传通道共享同一上行链路，写入成功后移除已写入的异常传感记录，写入失败或视频传输通道不可用时经传感上传通道发送对应的异常传感记录；

6、云端解析层解析附加信息载荷并依据摄像机编号、帧时间和采样时间建立关联，云平台应用层显示视频及关联传感记录并输出告警信息。

7、优选地，现场感知层包括视频采集模块、结构应力采集模块、位移沉降采集模块、塔吊运行采集模块和环境采集模块；

8、视频采集模块包括摄像机和视频编码单元，视频编码单元对摄像机采集的视频图像进行编码并输出编码后视频流；

9、结构应力采集模块采集基坑及支护结构的结构应力测量值；位移沉降采集模块采集基坑及支护结构的位移、倾角和沉降测量值；

10、塔吊运行采集模块采集塔身结构应力、起重载荷、吊钩工作幅度、吊钩高度和回转角测量值；

11、环境采集模块采集风速、粉尘、噪声和能见度测量值。

12、优选地，边缘接入与判定层包括数据接入模块和状态分析模块；

13、数据接入模块将不同传感器输出的传感数据转换为传感记录，传感记录包括传感器编号、采样时间、传感器类型、测量值和质量标记；

14、质量标记包括有效标记、缺失标记、超量程标记和故障标记中的至少一种，并由数据完整性校验结果、测量范围检查结果或传感器状态码确定；

15、状态分析模块根据连续采样值及对应采样时间确定变化率，对预定时间窗口内的变化率取算术平均得到平滑变化率，根据对应传感器在基线时间段内的历史有效测量值确定基线参数，并根据当前测量值相对于基线参数的绝对差值确定偏离量；

16、当平滑变化率达到预设的变化率触发阈值和偏离量达到预设的偏离量触发阈值中的至少一个条件连续满足设定次数时，输出异常状态及传感报警级别。

17、优选地，边缘接入与判定层包括缓存管理模块和帧写入模块；

18、缓存管理模块接收在对应传感器处于异常状态期间生成的传感记录，并按照采样时间暂存；

19、帧绑定窗口为以当前视频帧的帧时间为结束时刻、以帧时间减去预设绑定时长为起始时刻的时间区间；

20、帧写入模块提取采样时间位于帧绑定窗口内的传感记录，将附加信息载荷的版本号、摄像机编号、帧时间、帧绑定窗口参数、记录条数、传感记录及校验值封装为附加信息载荷，并将其写入与当前视频帧关联的附加信息数据单元；

21、校验值根据除校验值字段以外的附加信息载荷字段确定。

22、优选地，帧写入模块根据网络传输单元长度上限及附加信息数据单元协议长度上限确定可用的附加信息载荷容量；

23、当帧绑定窗口内的传感记录总长度超过可用的附加信息载荷容量时，缓存管理模块根据传感报警级别、变化率超阈程度和施工风险区域的危险等级确定写入优先级，并按照写入优先级依次写入完整传感记录；

24、当当前视频帧的剩余载荷容量不足以容纳当前待写入传感记录时，将当前待写入传感记录完整保留在缓存中；

25、映射关系还包括施工风险区域编号与危险等级之间的对应关系。

26、优选地，缓存管理模块设置第一占用率阈值和第二占用率阈值，第二占用率阈值大于第一占用率阈值；

27、当缓存占用率达到第一占用率阈值，或者传感记录写入速率大于传感记录移出速率并持续预定时间时，按照同一统计周期对未写入传感记录进行抽稀，传感记录写入速率和传感记录移出速率分别根据统计周期内写入和移出的数据量或记录数量确定；

28、当缓存占用率达到第二占用率阈值时，保留局部峰值、趋势变化拐点以及平滑变化率或偏离量跨越对应触发阈值的越阈值记录，并删除或转入传感发送队列的其他未写入传感记录；

29、局部峰值为测量值在预设时间窗口内由增大转为减小或由减小转为增大的记录，趋势变化拐点为相邻变化率符号或变化趋势发生改变的记录。

30、优选地，边缘接入与判定层包括上传控制模块，上传控制模块为各传感器设置常规模式、融合模式和回退模式；

31、常规模式下经传感上传通道发送传感记录；

32、识别出异常状态时切换至融合模式，暂停或降低对应传感器经传感上传通道的独立发送频率，并将对应传感记录封装为附加信息载荷后写入与视频帧关联的附加信息数据单元；

33、当平滑变化率低于变化率释放阈值且偏离量低于偏离量释放阈值的条件连续满足设定数量的采样周期时，切换至回退模式，以受限频率恢复独立发送并继续进行融合上传；

34、自进入回退模式时开始计时，在预设回退时长内再次满足异常触发条件时重新切换至融合模式，未再次触发异常时恢复至常规模式；

35、变化率释放阈值低于变化率触发阈值，偏离量释放阈值低于偏离量触发阈值。

36、优选地，边缘接入与判定层包括上传队列管理模块；

37、上传队列管理模块根据统计周期内视频发送队列和传感发送队列的待发送数据量确定当前发送需求带宽，并根据当前发送需求带宽与由接入上行链路的边缘网络接口测得的可用链路带宽确定链路负载率；

38、当链路负载率达到负载门限时，将带有附加信息载荷的视频流分配至第一优先级发送队列，将不带有附加信息载荷的普通视频流和低危险等级传感记录分配至低于第一优先级的发送队列，并将低传感报警级别或低施工风险区域危险等级的传感器的独立上传频率调整为原上传频率的预设比例。

39、优选地，云端解析层包括视频接收模块、附加信息解析模块、时间关联模块、视频分析模块、历史数据存储模块、趋势分析模块和告警管理模块；

40、附加信息解析模块解析版本号、摄像机编号、帧时间、帧绑定窗口参数、记录条数、传感器编号、采样时间、测量值、质量标记和校验值，并重新确定校验值，将重新确定的校验值与接收的校验值进行比较；

41、时间关联模块根据摄像机编号将传感记录关联至对应视频流，并根据采样时间和帧时间校验传感记录是否位于帧绑定窗口内；

42、视频分析模块根据视频帧中的预设风险目标、风险行为或风险事件识别结果确定视频风险等级，趋势分析模块根据历史时间窗口内的测量值趋势确定趋势等级；

43、告警管理模块根据预设告警融合规则将视频风险等级、传感报警级别和趋势等级确定为综合告警级别，当综合告警级别达到告警门限时，输出目标视频帧、包含目标视频帧之前基于风险追溯需求设定的第一预定时长和之后基于风险演化观测需求设定的第二预定时长的视频片段、关联传感记录及告警信息至云平台应用层。

44、优选地，当同一施工风险区域设置有多个摄像机时，边缘接入与判定层根据摄像机与异常传感器所在位置的距离、视场覆盖率、遮挡程度、视频质量和在线状态中的至少两项确定摄像机优先级，并将优先级最高且处于在线状态的摄像机确定为主摄像机，将视场与施工风险区域重叠且重叠比例达到预设覆盖率阈值的其他摄像机确定为辅助摄像机；

45、帧写入模块将包含待写入传感记录各字段的附加信息载荷写入与主摄像机视频帧关联的附加信息数据单元，并将包括版本号、辅助摄像机编号、辅助帧时间、事件标识、主摄像机编号、主帧时间、索引号和校验值的索引型附加信息载荷写入与辅助摄像机视频帧关联的附加信息数据单元；

46、同一传感器或同一施工风险区域在预设事件时间窗口内连续触发的异常状态归并为同一异常事件并生成事件标识；索引号与主摄像机编号、主帧时间和事件标识共同构成主摄像机视频帧的唯一标识；

47、主帧时间与辅助帧时间的差值不超过预设同步时间窗口，云端解析层根据索引号建立主摄像机视频帧与辅助摄像机视频帧的关联，云平台应用层根据主帧时间和辅助帧时间进行时间对齐并在同一显示界面输出对齐后的多路视频流。

48、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

49、1.本发明基于统一时间轴获取视频帧时间和传感采样时间，并存储传感器编号、施工风险区域编号及摄像机编号之间的映射关系，能够将异常传感记录准确封装到与当前视频帧关联的附加信息数据单元中，从而实现视频与传感记录的同步关联展示，便于云端快速定位异常对应画面，提升告警分析的准确性；

50、2.本发明通过缓存管理模块按照采样时间暂存异常传感记录，并结合帧绑定窗口、写入优先级以及附加信息载荷容量进行筛选写入，能够在载荷空间受限时优先保留高风险、越阈值和趋势变化明显的记录，同时避免记录被拆分、截断或重复删除，从而降低缓存堆积和异常记录丢失的风险。