一种基于人工智能的工程安全监管系统及方法与流程

本发明涉及工程监管，具体为一种基于人工智能的工程安全监管系统及方法。

背景技术：

1、工程安全管理的难点主要体现在多维度的不安全因素方面，进而需要抓住施工过程中的主要矛盾，找出易发事故部位、工序和环节，并采取安全措施，消除这些部位、工序和环节上的隐患或不安全因素，从而预防事故的发生；

2、在申请公布日2021.08.17、申请号202110514532.7、名称为基于区块链的工程安全质量事故追溯方法和装置的专利中，以因果分析图为指导，提供了多个分析维度，当用户请求对其中一个维度进行分析时，从工程监督区块链的相应区块加载对应分析维度的因素信息，供用户查看，指导用户对工程安全质量事故进行追溯，分析其产生的原因，同时利用区块链技术，使每个分析维度的因素信息上链到区块链中存储，进而做到相关数据信息都可追溯，为安全质量事故追溯提供了便利，提高效率；可知该专利在实际执行中，仅仅是针对一个事故问题在一个分析维度上进行追溯，虽然提供了多个分析维度，但是各个分析维度是孤立的状态，实际执行中也是单个维度的孤立追溯，进而该种安全监管方式忽视了不安全因素之间的相互影响情况，同时虽然通过区块链技术能够进行追溯信息存储，但是该种存储方式也是基于孤立维度进行存储的，进而对于安全信息数据没有产生进一步的挖掘价值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于人工智能的工程安全监管系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于人工智能的工程安全监管系统，本系统包括：施工设计信息统筹模块、风险评估分类模块、关联分析模块和安全监管等级分析模块；

4、所述施工设计信息统筹模块，用于获取施工设计信息，根据施工设计信息，对施工环节、安全措施和施工危险源进行统筹，并生成安全措施集合和施工危险源集合；

5、所述风险评估分类模块，根据安全措施集合和施工危险源集合，对施工环节进行风险评估分析，并计算施工环节的风险值；根据施工环节的风险值，对施工环节进行异常分类分析，将施工环节分为异常施工环节和非异常施工环节；

6、所述关联分析模块，根据分类结果，对异常施工环节和非异常施工环节的关联性进行分析，并计算异常施工环节和非异常施工环节的关联度；根据关联度，以异常施工环节为安全联动监管中心，生成安全监管联动集合；

7、所述安全监管等级分析模块，根据工程实施日志记录情况，对施工环节进行正在作业、已实施和未实施的定位，并结合安全监管联动集合，分别生成正在作业锁定集合、已实施锁定集合和未实施锁定集合；根据正在作业锁定集合、已实施锁定集合和未实施锁定集合，计算实时安全监管等级值，并输出实时安全监管等级。

8、进一步的，所述施工设计信息统筹模块还包括施工设计信息采集单元和施工设计信息统筹单元；

9、所述施工设计信息采集单元，用于对施工设计信息进行获取，所述施工设计信息包括施工环节、安全措施和施工危险源，其中，一个施工环节对应至少一种安全措施，一种安全措施对应至少一种施工危险源；

10、所述施工设计信息统筹单元，用于将任意一个施工环节记为ai，将任意一个施工环节对应包含的所有安全措施生成安全措施集合，记为sm(ai)={sm1，sm2，...，smk}；将任意一个安全措施记为smj，将任意一个安全措施对应包含的所有施工危险源生成施工危险源集合，记为chs(smj)={chs1，chs2，...，chsp}；其中，i表示施工环节编号，j表示安全措施编号，sm1，sm2，...，smk分别表示第1，2，...，k个安全措施，chs1，chs2，...，chsp分别表示第1，2，...，p个施工危险源。

11、进一步的，所述风险评估分类模块还包括风险评估单元和异常分类单元；

12、所述风险评估单元，根据施工危险源和安全措施，对任意一个施工环节进行风险评估，计算施工环节的风险值，具体计算公式如下：

13、rv(ai)=∑j=1k∑v=1p{(pj/tn)*[numj(chsv)/ki]}

14、其中，rv(ai)表示任意一个施工环节ai的风险值，pj表示施工危险源集合chs(smj)中包含的施工危险源的数量，tn表示任意一个施工环节ai包含的施工危险源的总数量且tn=∑j=1kpj，pj=p，numj(chsv)表示任意一个施工危险源chsv出现在除施工危险源集合chs(smj)外的其他施工危险源集合中的总数量，ki表示安全措施集合sm(ai)中包含的安全措施的数量且ki=k；

15、所述异常分类单元，根据施工环节的风险值，对施工环节进行异常分类，计算任意一个施工环节的异常波动值，具体计算公式如下：

16、eu(ai)=(2πα)-1/2*exp{-[rv(ai)-β]2/(2α)}

17、其中，eu(ai)表示任意一个施工环节ai的异常波动值，α和β分别表示施工环节的风险值的均值和方差；

18、预设异常波动值阈值，如果任意一个施工环节的异常波动值eu(ai)大于等于异常波动值阈值，则将该任意一个施工环节分类为异常施工环节，否则将该任意一个施工环节分类为非异常施工环节。

19、进一步的，所述关联分析模块还包括关联度计算单元和关联分析单元；

20、所述关联度计算单元，用于将任意一个异常施工环节记为yax，将任意一个非异常施工环节记为fay；对任意一个异常施工环节yax包含的所有施工危险源进行统计并生成异常参照集合，记为ar(yax)，对任意一个非异常施工环节fay包含的所有施工危险源进行统计并生成异常匹配集合，记为em(fay)；根据异常参照集合和异常匹配集合，计算任意一个非异常施工环节与任意一个异常施工环节的关联度，具体计算公式如下：

21、cd(fay→yax)={num[em(fay)∩ar(yax)]/num[em(fay)∪ar(yax)]}+num[ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)]*num[em(fay)-em(fay)∩ar(yax)]/num2[em(fay)∪ar(yax)]

22、其中，cd(fay→yax)表示任意一个非异常施工环节fay与任意一个异常施工环节的关联度yax，num[em(fay)∩ar(yax)]、num[em(fay)∪ar(yax)]、num[ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)]和num[em(fay)-em(fay)∩ar(yax)]分别表示集合em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量、集合em(fay)∪ar(yax)中施工危险源数量、集合ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量和集合em(fay)-em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量；

23、所述关联分析单元，用于计算任意一个非异常施工环节与每一个异常施工环节的关联度，将关联度最大时的异常施工环节与非异常施工环节进行关联；以异常施工环节为安全联动监管中心，将与异常施工环节yax关联的全部非异常施工环节生成安全监管联动集合，记为ls(yax)。

24、进一步的，所述安全监管等级分析模块还包括施工环节实时状态感知单元和人工智能实时安全监管单元；

25、所述施工环节实时状态感知单元，用于在工程实施的过程中，实时获取工程实施日志记录情况，并根据工程实施日志记录情况定位到正在作业、已实施和未实施的施工环节；分别根据正在作业、已实施和未实施的施工环节，锁定安全监管联动集合，并分别生成正在作业锁定集合sld(ls)、已实施锁定集合yld(ls)和未实施锁定集合wld(ls)；

26、所述人工智能实时安全监管单元，根据正在作业锁定集合sld(ls)、已实施锁定集合yld(ls)和未实施锁定集合wld(ls)，计算实时安全监管等级值，具体计算公式为：

27、ssl={num[wld(ls)∩sld(ls)]-num[yld(ls)∩sld(ls)]}/num[sld(ls)]

28、其中，ssl表示实时安全监管等级值，num[wld(ls)∩sld(ls)]、num[yld(ls)∩sld(ls)]和num[sld(ls)]分别表示集合wld(ls)∩sld(ls)、yld(ls)∩sld(ls)和sld(ls)中包含的安全监管联动集合数量；

29、输出实时安全监管等级。

30、一种基于人工智能的工程安全监管方法，本方法包括以下步骤：

31、步骤s100：获取施工设计信息，根据施工设计信息，对施工环节、安全措施和施工危险源进行统筹，并生成安全措施集合和施工危险源集合；

32、步骤s200：根据安全措施集合和施工危险源集合，对施工环节进行风险评估分析，并计算施工环节的风险值；根据施工环节的风险值，对施工环节进行异常分类分析，将施工环节分为异常施工环节和非异常施工环节；

33、步骤s300：根据分类结果，对异常施工环节和非异常施工环节的关联性进行分析，并计算异常施工环节和非异常施工环节的关联度；根据关联度，以异常施工环节为安全联动监管中心，生成安全监管联动集合；

34、步骤s400：根据工程实施日志记录情况，对施工环节进行正在作业、已实施和未实施的定位，并结合安全监管联动集合，分别生成正在作业锁定集合、已实施锁定集合和未实施锁定集合；根据正在作业锁定集合、已实施锁定集合和未实施锁定集合，计算实时安全监管等级值，并输出实时安全监管等级。

35、进一步的，所述步骤s100的具体实施过程包括：

36、步骤s101：对施工设计信息进行获取，所述施工设计信息包括施工环节、安全措施和施工危险源，其中，一个施工环节对应至少一种安全措施，一种安全措施对应至少一种施工危险源；

37、步骤s102：将任意一个施工环节记为ai，将任意一个施工环节对应包含的所有安全措施生成安全措施集合，记为sm(ai)={sm1，sm2，...，smk}；将任意一个安全措施记为smj，将任意一个安全措施对应包含的所有施工危险源生成施工危险源集合，记为chs(smj)={chs1，chs2，...，chsp}；其中，i表示施工环节编号，j表示安全措施编号，sm1，sm2，...，smk分别表示第1，2，...，k个安全措施，chs1，chs2，...，chsp分别表示第1，2，...，p个施工危险源；

38、根据上述方法，在对工程项目进行安全监管时，需要结合施工环节，制定相应的安全措施，同时安全措施的制定必须是立足于施工危险源进行有针对的制定，由于施工环节往往是立体交叉进行的，进而同一个施工危险源往往也存在于不同的施工环节中，进而在对于事故风险情况分析过程中，不能形成孤立分析状态，并且对于施工危险源、安全措施和施工环节的因果关系中，也不能建立孤立的维度来进行考量权衡；进而本发明首先立足于施工危险源来对施工设计信息进行统筹总结。

39、进一步的，所述步骤s200的具体实施过程包括：

40、步骤s201：根据施工危险源和安全措施，对任意一个施工环节进行风险评估，计算施工环节的风险值，具体计算公式如下：

41、rv(ai)=∑j=1k∑v=1p{(pj/tn)*[numj(chsv)/ki]}

42、其中，rv(ai)表示任意一个施工环节ai的风险值，pj表示施工危险源集合chs(smj)中包含的施工危险源的数量，tn表示任意一个施工环节ai包含的施工危险源的总数量且tn=∑j=1kpj，pj=p，numj(chsv)表示任意一个施工危险源chsv出现在除施工危险源集合chs(smj)外的其他施工危险源集合中的总数量，ki表示安全措施集合sm(ai)中包含的安全措施的数量且ki=k；

43、步骤s202：根据施工环节的风险值，对施工环节进行异常分类，计算任意一个施工环节的异常波动值，具体计算公式如下：

44、eu(ai)=(2πα)-1/2*exp{-[rv(ai)-β]2/(2α)}

45、其中，eu(ai)表示任意一个施工环节ai的异常波动值，α和β分别表示施工环节的风险值的均值和方差；

46、预设异常波动值阈值，如果任意一个施工环节的异常波动值eu(ai)大于等于异常波动值阈值，则将该任意一个施工环节分类为异常施工环节，否则将该任意一个施工环节分类为非异常施工环节；

47、根据上述方法，一个施工环节往往存在多个施工危险源，且每一个施工危险源往往都有针对的安全措施，同时由于施工环节是立体交叉的关系，在对一个施工环节进行风险评估的时候，还需要权衡其他施工环节的风险情况；公式pj/tn表示一个安全措施中施工危险源数量在一个施工环节中全部施工危险源数量中的占比情况，该比值越大表示该个施工环节中该个安全措施的风险概率越大，同时公式numj(chsv)/ki表示该个施工环节中该个安全措施中一个施工危险源在其他施工环节中出现的占比情况，该占比越大表示该个施工危险源的风险概率越大，进而得到施工环节的风险值，风险值越大表示该施工环节风险概率越大；施工环节的异常波动值计算公式，能够表示风险值的异常波动情况，异常波动值越大表示该施工环节存在异常的可能性越大，进而进一步结合全部施工环节来对异常波动值进行计算，再通过阈值门限，来对施工环节进行整体分类。

48、进一步的，所述步骤s300的具体实施过程包括：

49、步骤s301：将任意一个异常施工环节记为yax，将任意一个非异常施工环节记为fay；对任意一个异常施工环节yax包含的所有施工危险源进行统计并生成异常参照集合，记为ar(yax)，对任意一个非异常施工环节fay包含的所有施工危险源进行统计并生成异常匹配集合，记为em(fay)；

50、步骤s302：根据异常参照集合和异常匹配集合，计算任意一个非异常施工环节与任意一个异常施工环节的关联度，具体计算公式如下：

51、cd(fay→yax)={num[em(fay)∩ar(yax)]/num[em(fay)∪ar(yax)]}+num[ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)]*num[em(fay)-em(fay)∩ar(yax)]/num2[em(fay)∪ar(yax)]

52、其中，cd(fay→yax)表示任意一个非异常施工环节fay与任意一个异常施工环节的关联度yax，num[em(fay)∩ar(yax)]、num[em(fay)∪ar(yax)]、num[ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)]和num[em(fay)-em(fay)∩ar(yax)]分别表示集合em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量、集合em(fay)∪ar(yax)中施工危险源数量、集合ar(yax)-em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量和集合em(fay)-em(fay)∩ar(yax)中施工危险源数量；

53、步骤s303：计算任意一个非异常施工环节与每一个异常施工环节的关联度，将关联度最大时的异常施工环节与非异常施工环节进行关联；以异常施工环节为安全联动监管中心，将与异常施工环节yax关联的全部非异常施工环节生成安全监管联动集合，记为ls(yax)；

54、根据上述方法，异常施工环节是主要矛盾点，通过施工危险源来对异常施工环节与非异常施工环节进行关联分析，进一步挖掘安全信息数据之间的关联价值，对于存在关联的施工环节，其本质是存在关联的施工危险源，进而一个施工环节出现问题时往往导致另一个施工环节也出现问题，同时在安全监管的过程中能够形成联动的监管效果；进而以异常施工环节为安全联动监管中心，生成安全监管联动集合。

55、进一步的，所述步骤s400的具体实施过程包括：

56、步骤s401：在工程实施的过程中，实时获取工程实施日志记录情况，并根据工程实施日志记录情况定位到正在作业、已实施和未实施的施工环节；分别根据正在作业、已实施和未实施的施工环节，锁定安全监管联动集合，并分别生成正在作业锁定集合sld(ls)、已实施锁定集合yld(ls)和未实施锁定集合wld(ls)；

57、步骤s402：根据正在作业锁定集合sld(ls)、已实施锁定集合yld(ls)和未实施锁定集合wld(ls)，计算实时安全监管等级值，具体计算公式为：

58、ssl={num[wld(ls)∩sld(ls)]-num[yld(ls)∩sld(ls)]}/num[sld(ls)]

59、其中，ssl表示实时安全监管等级值，num[wld(ls)∩sld(ls)]、num[yld(ls)∩sld(ls)]和num[sld(ls)]分别表示集合wld(ls)∩sld(ls)、yld(ls)∩sld(ls)和sld(ls)中包含的安全监管联动集合数量；

60、输出实时安全监管等级；

61、根据上述方法，对于工程安全监管不能仅仅局限于事后的信息追溯，而是要整体权衡事前、事中和事后的风险情况，其中，事前对应已实施状态，事中对应正在作业状态，事后对应未实施状态，以正在作业状态为中间桥梁来对事前和事后进行整体分析，实时安全监管等级值越大表示当前施工时间节点存在风险的概率越大，进而风险等级也越大；同时，工程负责人只需要通过正在作业锁定集合、已实施锁定集合和未实施锁定集合，即能掌握工程整体和局部的安全情况。

62、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供的一种基于人工智能的工程安全监管系统及方法中，对施工环节、安全措施和施工危险源进行统筹，避免安全信息孤立；结合立体交叉关系，对施工环节进行风险评估，计算施工环节的风险值，对施工环节进行异常分类；以异常施工环节为安全联动监管中心，对异常施工环节和非异常施工环节的关联性进行分析，挖掘安全信息数据之间的关联价值；对施工环节进行正在作业、已实施和未实施的状态定位，计算实时安全监管等级值，输出实时安全监管等级，实现安全预警，能够整体权衡事前、事中和事后的风险情况；进而实现对工程内部实施情况安全预警的同时能够使负责人快速掌握工程整体和局部安全情况，应对人员流动的外部情况。