一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法技术

本发明专利技术公开了一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法，提取施工过程安全知识；构建施工安全流程模型；构建施工安全状态演进模型；指定现场监控方案；基于前述步骤获取的信息，构建实现由传感数据映射施工过程安全的有限状态机。本发明专利技术用于实现施工过程安全监控，弥补了传统方法仅能孤立监控特定实体状态的不足，具有高度的实时性、系统性和直观性。

A structured method for safety knowledge acquisition, expression and process monitoring in construction process

The invention discloses a structured method of construction process safety knowledge acquisition, expression and process monitoring, extraction of construction safety knowledge, construction of construction safety process model, construction of construction safety state evolution model, site monitoring scheme, and information obtained from the previous steps, which are constructed and realized by sensing data. A finite state machine for the safety of the construction process. The invention is used to realize the safety monitoring of the construction process, which makes up for the shortcomings of the traditional method which can only isolate and monitor the specific state of the entity, and has high real-time, systematic and intuitionistic nature.

【技术实现步骤摘要】
一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法
本专利技术涉及安全监控领域，具体涉及一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法。
技术介绍
施工过程安全监控是现场安全管理的重要一环，其实施状况影响着现场安全管理的及时性与有效性。然而，由于施工现场具有风险因素多样、施工条件动态变化的特性，传统的人工监控方式无法满足现场施工过程安全监控的需求。物联网技术的发展，带动现场施工安全管理从目前的人工应急模式逐渐向自动化超前模式转变，现阶段已能够通过物联网手段实时获取施工过程中特定实体(如人，机，环，管等)的安全状态，但无法以过程为中心对施工过程安全进行实时监控。要实现施工过程安全实时监控，就要解决通过特定实体指标感知抽象进程整体安全的问题，其难点在于：1)施工过程安全知识的提取，即辨识规范化的安全施工操作流程与安全技术状态；2)安全知识的映射，即建立施工过程安全知识与施工现场实体活动、状态信息的对应关系；3)该方法应当能满足不同工况下不同作业活动的施工安全程序监控要求，需要具有较高的鲁棒性。施工过程包含流程化的工序动作和众多实体，施工过程的安全感知需要将多个实体的安全状态综合起来去构造一个过程安全感知场景，进而对动态过程中的工序流程和实体安全状态进行判断。现有的技术无法将众多孤立的实体状态监测数据与动态的施工操作过程结合，难以实现对程序化的复杂过程安全状态的实时感知。
技术实现思路
针对现有技术的不足和缺陷，本专利技术的目的是提供一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法。该方法构建了一种包含任务、实体、实体状态、任务流程、实体状态转换条件等概念集合的施工过程安全知识本体模型。并基于施工过程安全知识本体模型，通过特定流程来细化和显性表达施工过程安全知识，形成安全监控依据，接着基于安全监控依据，构建现场传感数据与施工过程安全的映射机制，实现监控施工过程安全的目的。本专利技术的上述目的通过以下技术手段实现：一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法，包括以下步骤：步骤1、识别施工过程安全信息：确定施工过程对象，确定施工过程对象的施工过程安全信息，施工过程安全信息包含任务、实体、实体状态、任务流程、实体状态转换条件；步骤2、建立施工安全流程模型：将任务转化为过程流网中的行为单元，并根据任务流程确定行为单元的连接关系并连接，建立施工安全流程模型；步骤3、建立施工安全状态演进模型：根据任务结束之后，相应关注的实体必须满足的实体状态确定对象状态转移网络中的对象状态，根据实体状态转换条件确定各对象状态的转换路径和转换逻辑关系，将对象状态依照转换路径和转换逻辑关系进行连接，构建对象状态转移网络；引入步骤2中的行为单元作为参照物，将行为单元与对象状态进行关联对应，构成施工安全状态演进模型；步骤4、针对步骤3中所确定的各个对象状态选择对应的传感装置，获得各个对象状态对应的实体的实体状态的传感数据；步骤5、建立有限状态机：将“正式开工”作为有限状态机的初始状态；根据对象状态对应的实体的实体状态的传感数据制作有限状态机的输入字母表；将步骤3中所确定的各个对象状态，转换为有限状态机中的状态集；将行为单元以及行为单元实施前对应的对象状态和行为单元实施后对应的对象状态转换为有限状态机的输出集；根据输入字母表、状态集、对象状态的状态转换路径和转换逻辑关系构建状态转移函数；构建输出函数，通过输出函数输出下一步应达到的对象状态及对应的行为单元UOB。本专利技术提供了一种施工过程安全知识本体模型作为施工过程安全知识获取范式；提供了一种施工过程安全知识细化和显性表达方法；提供了一种施工实体对象状态监测向施工过程安全监控映射的方法。所述施工过程安全知识本体模型，包含任务T，任务流程TP，实体E,实体状态ES和实体状态转换条件ESTC等概念，施工过程安全知识本体模型的概念可表述为一个概念系统集合{T,TP,E,ES,ESTC}。各个概念的具体含义为：1)任务T为施工过程流程分解后的关键任务集。2)任务流程TP为施工流程中关键任务发生的先后次序或因果关系集，即为了确保安全施工而必须遵守的程序化工序流程。3)实体E为参与施工过程中的实体集合，它具有以下特点：(a)参与任务或被任务改造；(b)其状态可作为评价指标来衡量任务是否规范完成；(c)实体可以是物理的，也可以是抽象概念的；(d)与任务对应的实体可以为多个。4)实体状态ES为各个实体的里程碑状态集，这往往也是衡量施工过程中每一步关键任务是否符合安全标准的指标状态。5)实体状态转换条件ESTC为任务、实体与实体状态的逻辑关系，描述任务开始与结束时，必须满足的一定实体状态，ESTC可以看作是对TP的进一步补充，描述了关键任务与实体状态之间环环相扣的耦合关系。进一步优选地，任务T是施工过程的主要内容，实体E和实体状态ES分别是衡量施工步骤是否符合安全规范的指标和指标状态，遵守任务流程TP集和实体转换条件ESTC集的逻辑关系是保证施工安全操作的前提。进一步优选地，施工过程安全知识本体模型中的概念和概念关系是施工过程安全知识获取的依据。本专利技术弥补了传统安全监控方法仅能孤立的监控特定实体状态的不足，具体来说，其优点如下：1、基于技术交底和施工方案，从本体的角度认知施工过程、作业实体，基于作业要求和安全规范提取安全状态指标，最终获取并构建的施工过程安全监控模型能够有效直观的表现施工过程中各实体的交互关系与状态要求，有利于实现监控关键点的辨识，提高管理绩效。2、建立现场实体、状态数据等与施工过程安全之间的映射机制，从而达到基于现场传感数据或人员反馈判断施工操作过程中任务的进程和安全绩效的效果，使现场安全监控获得了高度的整体性和实时性，有利于提高现场安全监控的自动化程度，同时从更宏观的层面避免安全隐患的出现。3、提供了一整套施工过程安全知识的获取范式、细化和显性表达施工过程安全知识的手段以及构建施工实体状态监测与施工过程安全监控之间映射机制的方法。本专利技术立足于安全作业流程和施工方案等指导性文件，针对不同工况下的不同作业活动都具有高度的普适性。附图说明图1是本专利技术的实施示意图；图2是施工过程安全知识本体结构图；图3是实施例中施工安全流程模型图；图4是实施例中施工安全状态演进模型图；图5是实施例中安全监控传感器布设方案图；图6是实施例中有限状态机安全状态映射函数图；在所有附图附表中，相同的字母缩写用来表示同类传感器的输出或同类实体状态指标，其中：Q-微动开关传感器的布尔值输出，TW-力矩传感器测得的力矩，MD-位移传感器测得的位移，TS-倾角传感器测得的倾角，D-距离指标，A-倾角指标，C-扭矩指标。字母缩写后的数字表示施工活动按照正确顺序进行时，该传感器在同类传感器中响应的顺序，或该指标在同类指标中被检定的顺序，例如，Q1表示第一个响应的微动开关传感器的输出，A1表示第一次检定倾角时应满足的指标。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例的内容为塔式起重机顶升作业的过程安全知识获取、表达与过程监控。步骤1：确定施工过程对象，确定施工过程对象的施工过程安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定施工过程对象，确定施工过程对象的施工过程安全信息，施工过程安全信息包含任务、实体、实体状态、任务流程、实体状态转换条件；步骤2、建立施工安全流程模型：将任务转化为过程流网中的行为单元，并根据任务流程确定行为单元的连接关系并连接，建立施工安全流程模型；步骤3、建立施工安全状态演进模型：根据任务结束之后，相应关注的实体必须满足的实体状态确定对象状态转移网络中的对象状态，根据实体状态转换条件确定各对象状态的转换路径和转换逻辑关系，将对象状态依照转换路径和转换逻辑关系进行连接，构建对象状态转移网络；引入步骤2中的行为单元作为参照物，将行为单元与对象状态进行关联对应，构成施工安全状态演进模型；步骤4、针对步骤3中所确定的各个对象状态选择对应的传感装置，获得各个对象状态对应的实体的实体状态的传感数据；步骤5、建立有限状态机：将“正式开工”作为有限状态机的初始状态；根据对象状态对应的实体的实体状态的传感数据制作有限状态机的输入字母表；将步骤3中所确定的各个对象状态，转换为有限状态机中的状态集；将行为单元以及行为单元实施前对应的对象状态和行为单元实施后对应的对象状态转换为有限状态机的输出集；根据输入字母表、状态集、对象状态的状态转换路径和转换逻辑关系构建状态转移函数；构建输出函数，通过输出函数输出下一步应达到的对象状态及对应的行为单元。...

【技术特征摘要】
1.一种结构化的施工过程安全知识获取、表达与过程监控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定施工过程对象，确定施工过程对象的施工过程安全信息，施工过程安全信息包含任务、实体、实体状态、任务流程、实体状态转换条件；步骤2、建立施工安全流程模型：将任务转化为过程流网中的行为单元，并根据任务流程确定行为单元的连接关系并连接，建立施工安全流程模型；步骤3、建立施工安全状态演进模型：根据任务结束之后，相应关注的实体必须满足的实体状态确定对象状态转移网络中的对象状态，根据实体状态转换条件确定各对象状态的转换路径和转换逻辑关系，将对象状态依照转换路径和转换逻辑关系进行连接，构建对象状态转移网络；引入步骤2中的行为单元作为参照物，将行为单元与对象状态进行关联对应，构成施工安全状态演进模型；步骤4、针对步骤3中所确定的各个对象状态选择对应的传感装置，获得各个对象状态对应的实体的实体状态的传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵挺生，周炜，刘文，贺凌云，徐凯，张淼，蒋灵，江倩，陈露，唐菁菁，张伟，杜婷，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42