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专利号: 2025110009706
申请人: 厦门辰星达信息科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:包括多源数据采集与预处理模块、扰动与稳定性指数提取模块、空间风险融合评估模块、BIM模型风险映射与可视化模块、风险等级判定与预警模块和调度优化与反馈学习模块;

多源数据采集与预处理模块通过传感器采集施工现场的环境数据与作业行为数据,拟合为原始数据集YW,并进行预处理,获取安全数据集AW;

扰动与稳定性指数提取模块对安全数据集AW进行特征提取,包括环境扰动突变指数GHT和作业稳定性指数HZW;

空间风险融合评估模块对获取的环境扰动突变指数GHT和作业稳定性指数HZW进行融合,获取时空动态风险强度值Irik;

BIM模型风险映射与可视化模块将时空动态风险强度值Irik映射至BIM模型中的建筑三维空间内,获取风险可视化场域图Frks;

风险等级判定与预警模块根据获取的时空动态风险强度值Irik和风险可视化场域图Frks判定预警等级A,并生成预警响应策略;

调度优化与反馈学习模块根据预警等级A和预警响应策略,获取作业优化调度建议表Ωopt。

2.根据权利要求1所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:多源数据采集与预处理模块包括多参数智能采集单元和数据处理与结构化单元;

多参数智能采集单元通过安装在施工现场的传感器对施工现场的环境数据与作业行为数据进行采集,包括空气粉尘浓度Adc、气体浓度Agc、环境温度AT、头部垂向抖动幅值Bso、作业姿态角Bsz和作业重心横向偏移率Bxp,并拟合为原始数据集YW;

其中,空气粉尘浓度Adc通过布设于高空桁架中的激光粉尘浓度传感器采集获取;

气体浓度Agc通过微型电化学多组分气体传感器采集获取;

环境温度AT通过分布式温度传感器采集获取;

头部垂向抖动幅值Bso通过作业人员佩戴头盔上的三轴IMU采集获取;

作业姿态角Bsz通过作业人员佩戴IMU计算方向角变化率获取;

作业重心横向偏移率Bxp通过脚部定位器和步态建模估算重心轨迹计算获取;

数据处理与结构化单元对原始数据集YW进行清洗和归一化处理,获取安全数据集AW;

清洗包括数据去噪和缺失值插补;数据去噪通过滑动平均法和边缘异常过滤法对原始数据集YW中的数据进行处理,去除数据中的噪声;

缺失值插补通过采用线性插值方式对原始数据集YW中缺失的数据进行补齐;

归一化处理通过采用最大最小归一化对原始数据集YW进行处理,获取安全数据集AW;

安全数据集AW通过以下公式获取:

式中,AWu表示安全数据集AW中的第u项数据,YWu表示原始数据集YW中的第u项数据,minYWu表示原始数据集YW中的第u项数据的谷值,maxYWu表示原始数据集YW中的第u项数据的峰值。

3.根据权利要求2所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:扰动与稳定性指数提取模块包括环境扰动识别单元和作业姿态稳定性建模单元;

环境扰动识别单元对安全数据集AW进行特征提取,包括空气粉尘浓度Adc、气体浓度Agc和环境温度AT,并获取短时扰动变化率Env;

短时扰动变化率Env通过以下公式获取:

式中, 表示粉尘浓度的扰动贡献系数, 表示气体浓度的扰动贡献系数, 表示温度的扰动贡献系数,Adc(t)表示时间t时的空气粉尘浓度,Agc(t)表示时间t时的气体浓度,Var[AT]表示温度的方差,d表示积分符号;

通过使用非线性放大扰动函数对短时扰动变化率Env进行分析,计算获取环境扰动突变指数GHT,并判断环境状态;

环境扰动突变指数GHT通过以下公式获取:

式中,tanh表示双曲正切函数,θ表示响应上限调节因子,e表示常数,λ表示指数增强系数;

环境状态通过以下方式匹配获取:

当环境扰动突变指数GHT<0.6时,表示环境状态稳定,施工安全;

当0.6≤环境扰动突变指数GHT<1.0时,表示环境状态异常,施工现场存在风险。

4.根据权利要求3所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:作业姿态稳定性建模单元对安全数据集AW进行特征提取,包括头部垂向抖动幅值Bso、作业姿态角Bsz和作业重心横向偏移率Bxp,并进行特征耦合,计算获取特征融合指数POS;

特征融合指数POS通过以下公式获取:

式中, 分别表示部垂向抖动幅值Bso、作业姿态角Bsz和作业重心横向偏移率Bxp的预设权重值,Bsezref表示正常站姿的姿态角参考值;

对获取的特征融合指数POS进行分析,通过非线性饱和型稳定性函数计算获取作业稳定性指数HZW,并判断人员状态;

作业稳定性指数HZW通过以下公式获取:

式中,ln表示对数函数,F表示行为放大系数;

人员状态通过以下方式匹配获取:

当作业稳定性指数HZW<0.4时,表示人员状态稳定;

当0.4≤作业稳定性指数HZW<1.0时,表示人员状态异常,触发行为提醒。

5.根据权利要求4所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:空间风险融合评估模块包括作业稳定性空间映射单元和多源风险融合计算单元;

作业稳定性空间映射单元将个体的作业稳定性指数HZW映射至对应空间位置(x,y),进而构建作业稳定性空间函数Ψ;

作业稳定性空间函数Ψ通过以下公式获取:

式中,Ψ(t,x,y)表示在时间t时空间位置(x,y)处的作业稳定性空间函数,N表示作业人员总数,HZW(t,i)表示第i位作业人员在时间t时作业稳定性指数,exp表示指数函数,sk表示空间扩散控制参数,(xi,yi)表示第i位作业人员的空间位置;

多源风险融合计算单元将获取的作业稳定性空间函数Ψ与环境扰动突变指数GHT进行非线性耦合,获取时空动态风险强度值Irik;

时空动态风险强度值Irik通过以下公式获取:;

式中,c1表示环境扰动影响系数,c2表示姿态稳定性影响系数。

6.根据权利要求5所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:BIM模型风险映射与可视化模块包括风险空间映射与等级分类单元和可视化编码与图层渲染单元;

风险空间映射与等级分类单元将获取的时空动态风险强度值Irik进行三维建筑模型内插与高度分层投影,形成三维风险值3DIrik,同时按风险等级标准转化为等级标签Yt;

三维风险值3DIrik通过以下公式获取:

式中,3DIrik(t,x,y,z)表示时间t时在空间位置(x,y,z)处的三维风险值,Irik(t,x,y)表示时间t时在空间位置(x,y)处的时空动态风险强度值,η(z)表示高度风险调节因子;

等级标签Yt通过以下方式匹配获取:

当三维风险值3DIrik<0.3时,表示第一等级,等级标签Yt=1,安全区域,无需响应;

当0.3≤三维风险值3DIrik<0.6时,表示第二等级,等级标签Yt=2,可控风险,持续关注;

当0.6≤三维风险值3DIrik<0.8时,表示第三等级,等级标签Yt=3,存在潜在事故区,发出预警;

当0.8≤三维风险值3DIrik时,表示第四等级,等级标签Yt=4,紧急响应,并进行处理。

7.根据权利要求6所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:可视化编码与图层渲染单元将获取的三维风险值3DIrik和等级标签Yt,编码为多类型图层,动态渲染至BIM模型,并通过颜色映射函数和透明度调节函数,计算获取可视化颜色值Color和透明度值Opacity;

可视化颜色值Color通过以下公式获取:

式中,Color(t,x,y,z)表示时间t时在空间位置(x,y,z)的可视化颜色值,fc表示颜色映射函数;

透明度值Opacity通过以下公式获取:

式中,Ox表示透明度调节系数;

将获取的可视化颜色值Color和透明度值Opacity进行图层叠加与要素组合,获取风险可视化场域图Frks;

式中,Frks(t,x,y,z)表示时间t时在空间位置(x,y,z)的风险可视化场域图,Trajectory表示人员轨迹图层,EscapeRoute表示疏散路径图层。

8.根据权利要求7所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:风险等级判定与预警模块包括动态风险等级生成单元和预警响应策略生成单元;

风险等级生成单元对风险可视化场域图Frks进行分析,构建风险权重因子Fqa;

风险权重因子Fqa通过以下公式获取:

式中,B1表示颜色涂层调节系数,B2表示透明度涂层调节系数;

将获取的风险权重因子Fqa与时空动态风险强度值Irik进行融合,获取风险修正强度值Rcv,并与第一风险阈值Tfh1和第二风险阈值Tfh2进行对比,获取预警等级A;

风险修正强度值Rcv通过风险权重因子Fqa与时空动态风险强度值Irik的乘积获取;

取预警等级A通过以下公式获取:

9.根据权利要求8所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:预警响应策略生成单元根据预警等级A,生成预警响应策略;

预警响应策略通过以下方式匹配获取:

当预警等级A=1时,表示第一预警等级,预警响应策略为弹出提醒并加深图层亮度;

当预警等级A=2时,表示第二预警等级,预警响应策略为红灯警示、控制入口和调度指令联动;

当预警等级A=3时,表示第三预警等级,预警响应策略为语音广播、通知班组长和限制进入当预警等级A=4时,表示第四预警等级,预警响应策略为启动撤离信号并且关闭电源主开关。

10.根据权利要求9所述的一种施工现场智能安全分析系统,其特征在于:调度优化与反馈学习模块根据预警等级A和预警响应策略,记录预警响应成功率Svr、人员风险暴露密度μR和平均响应时间Art,并获取作业优化调度建议表Ωopt;

预警响应成功率Svr通过时间t时成功完成响应的次数Nsu(t)与时间t时触发的预警总数Nto(t)的比值获取;

人员风险暴露密度μR通过以下公式获取:

式中,R表示指定区域, 表示指标函数,满足条件记为1,不满足的记为0;

平均响应时间Art通过以下公式获取:

式中,tac(ai)表示第ai次预警触发时间,twa(ai)表示第ai次响应完成时间;

作业优化调度建议表Ωopt通过以下公式获取:;

式中,argmin表示最小化运算,μR(t,Ω)表示时间t时在给定调度方案Ω下人员风险暴露密度,dr表示调度权衡因子。