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基于边缘计算的智慧工地视频分析系统设计
电子技术应用
王晓旋1,2,李博1,钟鹏2
1.浙江工业大学 物理学院;2.浙江宇视科技有限公司
摘要: 为精准识别工地工人未正确佩戴安全帽行为,并且实现系统快速响应问题,设计了一款采用边缘侧部署的智慧工地视频分析系统。系统硬件方案使用两颗AX650N芯片级联的方式,显著提高系统计算能力。软件方案采用Ubuntu操作系统,基于主流目标检测算法YOLOv8n,通过使用共享卷积层的空洞卷积替换SPPF模块中的池化层提升检测速度和精度;引入动态非单调调频的WIoU损失函数来提升对低质量样本的检测能力。实验结果表明,优化后的算法模型平均检测精度提高了1.8%,模型权重所占空间减少17.4%,模型检测速度提高了7.3%。在多个实地场景下进行系统测试,视频目标行为智能分析结果成功率都达到97%以上,且平均响应时间在1 s以内,此系统可以显著提高工地的管理效率与安全性。
中图分类号:TP273 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256317
中文引用格式: 王晓旋,李博,钟鹏. 基于边缘计算的智慧工地视频分析系统设计[J]. 电子技术应用,2025,51(7):52-59.
英文引用格式: Wang Xiaoxuan,Li Bo,Zhong Peng. Design of an edge-computing-based intelligent construction site video analysis system[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(7):52-59.
Design of an edge-computing-based intelligent construction site video analysis system
Wang Xiaoxuan1,2,Li Bo1,Zhong Peng2
1.School of Physics, Zhejiang University of Technology;2.Zhejiang Uniview Technologies Co., Ltd.
Abstract: To accurately identify workers' failure to wear safety helmets correctly and enable rapid system response, this paper designs an intelligent construction site video analysis system deployed at the edge. The hardware architecture employs a cascaded configuration of two AX650N chips, significantly enhancing the system's computational power. The software solution is based on the Ubuntu operating system and integrates the state-of-the-art object detection algorithm YOLOv8n. By replacing pooling layers in the SPPF module with dilated convolutions sharing convolutional layers, the detection speed and accuracy are improved. Additionally, the WIoU loss function with dynamic non-monotonic modulation is introduced to enhance detection capabilities for low-quality samples. Experimental results demonstrate that the optimized algorithm model achieves a 1.8% improvement in average detection precision, a 17.4% reduction in model weight space, and a 7.3% increase in detection speed. System testing in multiple real-world scenarios shows that the intelligent analysis of video target behaviors achieves a success rate of over 97% with an average response time of less than 1 second. This system significantly enhances construction site management efficiency and safety.
Key words : edge computing;intelligent site;video analysis;cascade;YOLO

引言

在工地规范佩戴安全帽是一项基本管理要求,很大程度上可以避免工人遭受意外伤害,确保自身安全。但是,据调查结果显示,由于工人未正确佩戴安全帽引起的事故占建筑施工事故的67.95%[1],此数据明确指出了佩戴安全帽的重要性。因此,施工单位对工人安全帽佩戴状态进行实时监控,并且对不合理的行为及时制止,是有效降低安全风险、减少安全事故的重要手段。

传统的建筑工地对于工人是否佩戴安全帽问题采用人工检查的方式,这种方式存在增加额外人力成本并且效率低[2]等问题。如今在工业智能化不断发展的趋势下,智慧工地深度融合了多种前沿技术,构建了一个从前端监控到边缘端处理和云端管理的联动机制。通过在建筑工地安装高清摄像头,实时捕捉现场画面,智能分析系统搭载计算机视觉和人工智能等技术,对视频数据分析处理[3-4],有效解决建筑工地中存在的远程监管难以实施、监督措施难以落地以及缺乏实时预警机制等问题[5]。

本文设计的基于边缘计算[6-7]的视频分析系统不需要将数据上传云平台处理,显著缩短了数据传输延迟时间[8]。边缘智能分析系统硬件上采用两颗AX650N芯片级联的方式,分为主从芯片模块设计。主芯片模块设计多样化的外围接口,实现系统的硬件扩展性和功能灵活性;从芯片模块用于提高系统的计算能力与解码能力。算法部分基于主流目标检算法YOLOv8n进行颈部网络中空间金字塔池化快速(Spatial Pyramid Pooling Fast, SPPF)模块和损失函数优化。经过多个场景测试,检测结果达到预期要求。


本文详细内容请下载:

https://www.chinaaet.com/resource/share/2000006595


作者信息:

王晓旋1,2,李博1,钟鹏2

(1.浙江工业大学 物理学院,浙江 杭州 310023;

2.浙江宇视科技有限公司,浙江 杭州 310051)


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