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安全塔吊物联网设备塔吊“软卫甲”——安全塔吊物联网设备，创新目标与内容（围绕物联网技术与应用进行创新研究与设计的目的和意义、内容和技术、应用和前景）

1、产品设计的目的和意义

据统计 2019年我国建筑业总产值达到 24.84万亿元，约占全年 GDP的四分之一，市场规模巨大但粗放的管理模式落后的生产方式并没有根本改变，安全风险大、生产效率低、管理成本高，始终是行业发展难题。早在 2016年，住建部就发布了《2016-2020建筑业信息化发展纲要》，指出信息化是建筑业发展战略重要驱动力，也是转变发展模式、提质增效、节能减排的内在要求。2020 年国务院《政府工作报告》指出要加强新型基础设施建设、加强新型城镇化建设、加强交通及水利等重大工程建设，即“两新一重”。在“新基建”的大环境中，以 “大数据”、“物联网”、“人工智能”为代表新兴技术助力日益成为破解行业发展瓶颈的重要着力点。

江苏作为全国经济的引擎，新技术的应用一直处在全国领先地位。2020年5月6日，江苏省住房和城乡建设厅下发的《省住房城乡建设厅关于推进智慧工地建设的指导意见》（苏建质安[2020]78 号）文件中明确指出推进智慧工地建设已成为加快产业转型升级的突破口，是助力建筑业高质量发展的重要手段，借助新技术的应用施工安全、生产治理正在迅速现代化。

智慧工地是依托大数据、物联网、人工智能等高新技术，建立的支撑现场管理、互联协同、智能决策、数据共享的信息化系统，贯穿建筑工程项目全生命周期。技术的进步大幅提高了行业生产环境数据采集的准确性、及时性、真实性和完整性，成为施工过程全面感知、互联互通、智能处理和协同工作的基础。正是看到了新兴技术释放行业转型升级的强大动能，省住房城乡建设厅在《关于统一全省建筑工程绿色智慧示范片区建设标准及加强过程管理的通知》（苏建质安[2020]658号）文件中明确指出了示范片区的建设内容与验收标准，对智慧工地各项参数与功能提出了更高的要求，这无疑将极大激活增量与存量市场。巨大的市场机遇在政府的引导与扶持下正迅速变成5G智慧产业的蓝海。

商机稍纵即逝，选择什么样的角度切入市场呢？本团队结合自身的软硬件技术优势，选择塔吊智慧升级作为主攻方向，并获得初步的市场认可。近年来对大型塔吊的需求强劲，装配式建筑预制部件的大量使用，使得塔吊市场迎来结构性调整。装配式建筑发展目标明确，根据国务院和住建部相关规划，2020 年全国装配式建筑占新建建筑的比例达到15%以上，到2026年这一比例将达到30%，对于100吨米以上的中大型塔吊需求量将快速增加。以5G智慧产业落地的视角，我们认为塔吊作为智慧工地不可或缺的大型机械，处于施工场景中的核心位置。本团队将专用传感器、智能处理模块集成为一款以WiFi6固件为核心的软硬件智慧产——塔吊“软卫甲”，构建依托物联网的塔吊智慧检测系统。

除智慧工地以外，塔吊有着广泛的应用。如，海上石油钻井平台塔吊、公路与地铁塔吊、超大型桥梁专用塔吊等。各类施工环境对塔吊安全性都有近乎苛刻的要求。塔吊等工程机械的使用寿命一般是 6-10 年，目前距离工程机械行业的上一个高峰期（2007-2011年）已有10年-14年，行业已经进入更新换代需求集中释放的时期。未来 2 年-3 年市场规模还将继续扩大，这就是我们称之为“存量市场”的老旧塔吊智慧化改造需求；此外，新式塔吊势必需要针对施工安全指标提升产品性能，我们将这部分市场称之为“增量市场”。面对巨大的存量与增量市场，本团队研发的安全塔吊物联网设备及监测系统—— 塔吊“软卫甲”，顺应市场潮流，技术先进、产品边界清楚、盈利模式明晰。团队全体成员致力于运用技术手段提升全社会塔吊作业的智慧化水平，为国家“新基建”进程贡献力量。我们相信，只有解决社会需求的痛点才能创造巨大的财富。

2、产品设计创新的内容和及相关技术

5G技术是大数据、物联网、人工智能技术落地的基础，以大带宽、低时延、广连接的特性，成为了工业物联网的支撑技术。以建筑施工质量安全为例，依托5G 构建智能监控和防范体系，将有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现在塔吊作业中对人、机械、安全、质量、进度的全方位有效、主动的监控。

2.1痛点解析

建筑行业中，施工安全风险大、生产效率低、建设成本高是横亘在建筑业面前的难题。如何借助技术手段提升安全生产水平，是建筑企业共同的问题；目前，以人工智能技术为代表的高新科技产品，部署、维护成本高昂让企业望而却步。以塔吊为例，传感器 AI专用摄像头造价高且维护困难。已经部署的企业坦言，如果不是政府的强制要求，很难有决心部署这些设备。另一方面，操作的复杂性让智慧设备发挥的作用非常有限，造成巨额浪费难以物尽其用，频发的事故又让建筑生产安全一次次卷进舆论的漩涡，智慧工地几乎成了市场的鸡肋。

解决这一问题的核心是降低成本，用廉价的低精度人工智能模型替代成本高昂的专用设备。通过产品模组的深度集成，傻瓜式操作，创造交互友好、部署简单、成本可控的智慧产品。我们将视频分析技术与普通高清摄像头融合，利用WiFi6专用装置回传监控视频，分析实现塔吊状态实时检测，解决吊塔员视野受限的问题，实现视野盲区扫描，从而为安全生产提供有力保障，达到了缩减成本的目的，使产品更具有普适性，市场接受度高。

2.2 产品特性

（1）集成AI识别模块替代智慧摄像头

安全塔吊物联网设备及监测系统通过AI识别模块，替代成本高昂的智慧摄像头，缩减专用传感器的使用数量，是一种成本可控的解决方案。在监控设备中进行视频分析处理基于 5G、物联网技术，将监控采集数据、数据融合处理，高效、完整的实现了塔吊作业过程中安全监控及实时报警功能。

集成AI 识别模块替代智慧摄像头，部分替代了专用传感器，达到了大幅缩减成本的目的，使得产品适用性高，进一步达到了保障工人作业安全、建设安全工地的最高目的。

视频分析结合 AI技术安装高清摄像头，WiFi核心固件回传监控视频分析实现塔吊状态实时检测，解决吊塔员作业时候视野受限问题，帮助吊塔员发现视野盲区危险，保障其安全工作。在吊臂远端水平安装摄像头，对整个吊臂的弯曲情况做监测，并在发现碰撞危险时自动进行声光预警和报警。

基于图像轮廓识别中的算法，形成摄像监测系统，对塔吊状态进行实时监测分析，及时报警。通过部署塔吊互联摄像系统，采用纯光学图像动态监测塔吊间距，能够掌握周围吊塔动向，在违背基本作业准则（低塔让高塔，后塔让前塔）时，能够迅速发出警报，并且采取紧急预案，避免造成巨大损失。

（2）5G技术结合超级WiFi开发设备新活力

5G 作为实现万物互联互通的关键基础设施，能够为大数据、云计算、工业互联网等数字平台建设提供强大支撑，也助建筑业全面提高数字化水平，着力增强 BIM、智能化等信息技术集成应用能力借助 5G 毫秒级的传输速度，不仅能实时更新画面和数据，还能利用 5G 通讯，实现现场信息采集系统和远程控制系统的信息交互。

基于5G 通讯的全方位实时感知传输技术，可以通过集成多视频的现场信息采集系统，实现对塔吊操作中人、物、作业流的一致性识别，使塔机操作人员和控制系统全方位地感知现场塔机地工况，实现塔机现场全要素工况信息实时可靠传输的目的。

以 5G CPE 设备（客户前置设备）为节点构成智慧工地片区，作为一种 5G终端设备，5G CPE能够接收运营商基站发出的5G信号，然后转换成Wi-Fi信号或有线信号，让更多本地设备（手机、平板、电脑）上网，使得监管部门可以在更大监控尺度上对人员、机械、资料、环境的日志、告警全方位实时掌控。

(3）多监控协同合作数据智能融合

安全塔吊物联网设备及监测系统中，由于塔吊吊距超高以及存在视线盲区，

时常发生塔吊钩吊不准或吊钩脱落的情况，导致材料散落，造成安全事故。采用多监控协同合作，以主摄像头为重点检测设备，加以在塔吊各重点位置辅助多个副摄像设备，部署超级WiFi基站，保障24小时全方位、无死角、高效率的可视作业情况。

系统中主摄像头采用高清红外球形摄像机、通过对塔机变幅和起升高度实时监测，自动计算幅度和高度的距离自动变焦、实现对吊钩运作画面的智能追踪，自动控制高清摄像机自动聚焦、360度无死角追踪拍摄、危险状况实时可见、杜绝盲吊、降低隔山吊安全隐患。

该系统能实时以高清晰图像向后台传输视频图像，及时进行数据分析，清除施工现场塔吊司机的视觉死角，解决远距离视觉模糊，语音引导易出差错等行业难题，能够有效避免事故的发生。高清球形摄像机负责完成塔吊吊钩图像信息的捕捉，视频信息直接显示在液晶显示器，显示吊钩及所吊物品的状态。

副摄像头采用枪式摄像机等一般摄像设备，分为：安全监控摄像头、塔吊互联摄像头、塔吊状态检测摄像头。

此外，大型施工基地视频监控架设困难，移动性强，震动剧烈，给视频监控传输提出了很高的要求，因此部署了超级WiFi室外基站，超级WiFi有着绕射能力强、低频、传输距离远、抗干扰性能好、架设方便等特点，给视频监控组网带来了极大的便利，同时大大降低了建设成本。