安全帽佩戴检测对于提高建筑工人现场安全问题外文翻译资料

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安全帽佩戴检测对于提高建筑工人现场安全问题

摘要：建筑是一个最危险的工作部门，每年报告数以万计的时间损失和死亡。 这些伤害和死亡不仅给工人和他们的家庭带来痛苦，而且给项目带来延误和费用。 因此，安全是一个重要的问题，一般的承包商必须监视和控制。一个基本的安全规定是戴安全帽，这条规定在现场的任何时候都不应该违反的。在本文中，提出了一种新的基于视觉的方法来自动监测人们在施工现场是否佩戴安全帽。人体和安全帽可以从施工现场相机拍摄的视频中检测到。然后，被检测到的人体和安全帽之间的匹配关系将会根据他们的几何和空间关系被展现出来。这样，不戴安全帽的人会被自动识别，安全警报也会相应地被触发，在真实的现场视频中，这种方法已经被测试过。这种方法的高安全警报精度和回应证明了它在现场安全监测工作中的潜力。数据来源：10.1061 /（ASCE）co.1943-7862.0000974copy;2015美国土木工程师学会。

作者关键词：职业安全性；影像技术；自动识别系统；信息技术

介绍

建筑行业被认定为最危险的工作领域之一。以加拿大为例，从2008年到2010年，建筑行业共发生700例死亡，占所有工作场所死亡的近23.3%(加拿大广播公司新闻2012)。特别是在Quebec，Jacques Nadeau of Quebec的职业健康安全委员会曾提到，在Quebec的建筑现场，平均每天发生19起伤亡事件，在建设假期后的几个月内，这个数据增加到26(加拿大广播公司新闻2012)。每个死亡或受伤不只是给工人和工人的家庭带来痛苦，但也给项目带来潜在的延误和重大的直接和间接成本。因此，施工现场的安全是一个最重要的问题，这是总承包商在项目施工阶段必须要考虑的问题。

为了给建筑工人提供一个健康、安全的工作环境 ，一些现场安全政策和程序 已经建立。例如，加拿大有建筑行业的安全规范，这些规范表明了为了保护在现场施工的工人和分包商的健康和安全的必要的安全措施。同样地，在美国，职业安全与健康管理局（OSHA）具有安全卫生法规建设， 其中规定了安全和卫生标准，这些规定由劳工部长颁布。

安全政策和程序指定承包商建筑工地的责任与义务。这些责任和职责包括但不限制适当的个人防护设备的使用和必要的安全培训与教育的提供。承包商必须确保这些政策和程序得到落实。通常，这项工作分配给现场安全检查员。在魁北克，他们被称为施工现场安全卫生管理担保人。如果需要，担保人要确定和解决现场安全问题。他们采取一切必要措施，以确保总承包商遵守在建筑行业的安全守则规定的范围广泛的监管要求。

现有的监管要求有助于建立安全一个建筑工地的政策和程序。然而，工人们可能会疏忽和不完全遵循因地、要求如疲劳、分心和粗心，即使他们以前接受过这样的教育和培训（绿色和Tominack2012）。还存在安全检查的做法仍在很大程度上依赖于检查人员的手动监测和报告。例如，检查人员可以使用施工安全检查清单检查方面，安全问题，例如，客房设施、个人防护设备、防护、和手动及电动工具。在个人防护设备方面，检查人员需要确定（1）安全帽被磨损，（2）反光背心被穿在需要的地方，和（3）合适的鞋穿着，如材料处理区。因此，整个建筑行业的安全记录仍然不尽如人意。据来自加拿大的工人赔偿委员会协会的报告（awcbc），有超过27100的时间损失或伤亡的每年在建筑业从2009到2010在加拿大（awcbc2011）。

为了方便施工现场安全检查人员的安全监控工作，本文提出了一种基于视觉的安全检测方法。重点对自动识别是否任何个人，包括建筑工人自己，穿在施工工地安全帽。戴安全帽是保护建筑工人的基本和重要的方式，尤其是在施工现场头部受伤的其他人。对于建筑行业的安全规程规定：任何人必须得在施工现场穿戴CSA标准认证的安全帽戴。”类似的指南或规则也可以在OSHA的发现。它规定“在有可能发生危险的地区，受撞击、坠落或飞行物体，或触电和烧伤，受到头盔的保护”。

然而，研究发现，大多数工人在正常的工作地点正常工作，遭受的冲击伤到头部时，没有戴安全帽。2009，在建筑业，共有7230个非致命的头部受伤和疾病涉及远离工作日的报道，约占所有这些远离工作的情况下由于非致命性职业伤害和疾病事件的7.8%（劳动统计局2010）。同时，美国劳工统计局指出，“只有16%曾头部受伤的工人穿戴安全帽有，虽然五分之二被要求在特定的位置商执行明确的任务时穿戴安全帽”（OSHA 2006）。因此，它是确认所有员工和访客在施工现场一直戴安全帽的首要任务之一。

该方法将为安全检查员确定那些不戴安全帽的人。所提出的方法包括三个主要步骤。首先，视频帧中的所有人都将被检测发，无论是戴安全帽或不（即人体检测）。其次，视频帧中的所有安全帽都将被检测，无论是被人或不穿（即安全帽检测）。之后，检测人员和安全帽之间的匹配（即人体与安全帽进行匹配），那些人不戴安全帽可以相应地确定。考虑到安全帽放在施工现场，没有被任何人穿的情况，该方法不能简单地数数人和安全帽在一个视频帧检测，减去多少人不戴安全帽的数字来获得。

所提出的方法在真实的现场视频中已经通过测试，以验证其有效性。试验结果表明，该方法可以同时准确监控多人没有物理收集任何信号传感器或标签对他们的要求。这种性质使得这种方法可负担得起在大多数建筑地盘，特别是大型的，数百名工人和雇员可能参与建设的工作。施工安全的增强能够进一步提高员工士气和工作满意度，提高劳动生产率，降低工程成本。考虑到每一个死亡或受伤的平均成本可能会达到数千美元的建筑业，一个死亡或伤害的预防可能导致每年数百万美元的成本节约。

背景

传感安全警报的潜力

现场施工安全性的提高日益受到研究者和工业界的重视。除了建立适当的现场安全政策和程序，传感器为基础的研究已经开始，它以增加了额外的主动安全措施的水平为目的。在这些研究中，调查一直专注于远程定位跟踪技术，如射频识别（RFID）、全球定位系统（GPS）、无线区域网络（WLAN），和超波段（超宽带）。拉夫（2007）比较这些传感技术在他的报告中提出的建议，评估和实施近地警告系统在露天采矿设备。值得注意的是，使用现有的遥感和跟踪技术可以有效地警告即将发生的碰撞设备操作者和提高施工现场安全的商用系统（折扣2007）。此外，Teizer (2010）等人提出了他们的研究结果与非常高的频率，提高建筑施工安全（VHF）有源射频（RF）技术。类似于其他遥感跟踪技术，VHF有源射频技术可以提醒员工在主动实时的脚和设备商一旦设备获取接近未知或其他设备太近。在Carbonari（2011） 等人的工作中，他们依靠超宽带技术的实时跟踪数据来实现一个主动的虚拟围栏系统，并展示了这样一个系统的能力，以加强安全管理政策。另外，Teizer (2013）集成的实时资源定位的GPS数据和宽带进入虚拟施工安全和施工现场的实际活动监测中的应用。

除了使用远程位置和跟踪技术来进行接近警告，也可采取以其他目的相关技术来增强建筑安全。例如，凯尔姆等人（2013）设计一个移动电子标签，以检查工人的个人防护装备是否符合相应的规范。阿吉和Hewage2013）开发了一个信息技术（IT）–基础安全管理体系纳入实时信息接入使用无线高分辨率摄像头、气体和颗粒物质的无线传感器，安装在建筑设备的条形码和RFID标签。

然而，现有的远程定位跟踪技术来限制时，它们被用来确定是否在施工工地的人都戴着安全帽与否。一、将一个物理标签或传感器和安全帽对于每个人来说至少是必要的。虽然这些标签或传感器因为不断下降与大量的生产价格，实际使用还是会给承包商带来一定费用，如果工人安全帽有数千人被标记。二、标签或传感器主要用于实时位置跟踪。即使他们是连接到安全帽检查安全帽是否在施工工地，它仍然是很难确定是否有适当的使用安全帽，一个工人可能脱下安全帽放在一边而工作。此外，标签的工人和设备可能会招致来自工会的阻力，由于相关的隐私问题和健康问题。这个问题可能也为现场施工安装摄像头的存在，但相机已经广泛应用于建筑因为他们可以提供一个可接受的投资回报率（Bohn和Teizer2010）

视觉安全警报的潜力

随着RFID、GPS、WLAN、UWB技术相比，媒体直播或延时摄像机被越来越多地放在建筑工地。媒体直播或视频相机采集到的不只是记录，施工进度，但也捕捉现场活动。因此，他们包含有用的项目现场信息，以帮助一般承包商监控和控制施工现场的远程和动态。例如，媒体直播或延时的现场视频可以用于，例如（1）探讨施工事故（Abeid和Arditi2002），（2）建立安全培训教育媒体资源（Liaw等人，2012），（3）报告项目进度（Golparvar-Fard等人 2009），（4）分析现场作业效率（拉扎扎德热病和麦凯2012；公园等。2012），（5）便于质量检验(Zhu et al. 2011; German et al. 2013).

近年来，计算机技术的发展也使人们有可能创造现场安全警戒系统的媒体直播或视频。一方面，所需的视频处理所需的计算能力，现在可以得到在市场上的最先进的计算机工作站。另一方面，计算机视觉和模式识别技术的进步，创造了一个坚实的基础，来发展这样的系统。例如，现有的分割和分类的方法，如语义基元林（肖顿等人2008），可用于检测车轮装载机和卡车（Shotton2011）。同样的视觉特征，如梯度方向直方图（HOG），已被用于检测施工设备和工人(Milad et al. 2013; Park and Brilakis2012)。如果摄像机的位置是固定的，背景像素区域可以过滤掉背景减法算法，移动建设单位将实时分类（chi和卡尔达斯2010）。具体到施工安全帽的检测，Weerasinghe and Ruwanpura（2009，2010）依赖于相关函数从视频中的边缘图检测安全帽的形状。同时，他们开发了一个基于偏心、多元统计模型的斑点面积、区域形心和骷髅头坐标之间的距离，和距离的人物对建筑安全帽的预测（维拉辛恩2013）。然而，他们的工作是专为监测建筑工人在室内建筑的性能，他们的测试是有限的室内实验室和/或一个小空间（长度为5米，宽5米，高3米）。

此外，斯梯尔等人（2003）曾提议将一架立体相机安装在一个越野车的后方，以帮助驾驶员识别可能出现的现场障碍。从他们的概念研究的初步结果是有前途的，但相关的图像采集，距离计算，并硬化的移动设备上的摄像头需要进一步解决的几个实际问题。除了安装摄像机的设备，最近的研究还依赖于捕获和分析工人的不安全行为，可能导致事故的相机，例如，由于太歪向一边或太远离架空梯而下降 (Han and Lee 2013; Hanet al. 2013)。在这些研究中，摄像头被设置在几米的工人和重点放在识别个别工人的不安全行为或行为。高尔地等人（2009，2011）设计了一个系统，通过戴在建筑工地安全帽的工人存在识别支持工人安全。在工作中，他们首先使用行人分类器与协方差描述定位的建筑工人，然后头和探测器进行安全帽。然而，它是不清楚发布安全警报的准确性不戴安全帽的工人，因为他们的工作重点放在对上下文信息的建模，提高目标的检测和解决基于运动的分割和跟踪复杂场景的挑战。同时，它是困难的为他们的方法功能正确时，施工人员戴白色安全帽（高尔地等人2009，2011）。虽然现有的研究仍然有其局限性，拉夫（2007）强烈建议摄像机可配合其他遥感技术对现场安全由于其电位的提高提供重要的报警功能。

目的和范围

本文的目的是评估是否建设工程誓师大会的个人防护装备（PPE）可以与媒体直播或视频来促进现场安全督察工作监控。不同于安装在设备上的立体相机（斯梯尔等2003）、媒体直播或视频在本文中从相机放置在施工现场收集。如果任何潜在的危险，由于违反规定的工人和/或分包商在视频中检测到，警报应发出的现场安全检查员在许多可能的方式关注。例如，安全检查员可以将一个图片信息通知发送给检查员的手机。然而，如何有效地发出警报的安全检查员是超出了本文讨论的范围。

考虑到目前的安全政策和程序，所以很多PPE的规定，本文的重点放在检查是否有个人戴着安全帽在施工工地借助计算机视觉技术。安全帽是一种重要的个人防护用品。他们可以保护工人免受冲击和渗透，以及从电击和烧伤的危害。尽管头防护头盔很重要，对施工现场的人，包括建筑工人自己，他们穿戴安全帽时仍然很粗心。美国劳工统计局已经透露，所有工人头部受伤有84%不戴护头（吉贝2013）。其原因可能是由于多种因素的影响，如不适而戴安全帽和分离的安全问题。例如，工人可能会在温度较高时，脱掉安全帽降温。

建议方法

在响应前面提到的目标，提出了识别任何个人谁都不戴安全帽在施工工地的新方法（图1）。所提出的方法的整体框架已经在图2所示。该方法涉及人体与安全帽的检测，并同时处理每一个视频帧，在人体与安全帽的检测时，下一步是要找到他们的成对匹配的基于几何和空间的关系。没有相应的安全帽符合人体检测区域分类进一步提醒现场安全检查人员，这些地区的人都不戴安全帽。

人体检测

背景减法和HOG（Dalal和Triggs 2005）主要用于人体检测。背景减法的目的是提取代表运动的物体前景的斑点，然后人体检测是这些有限的前景的斑点。使用背景减法有2个主要的好处。首先，它可以防止出现在静态背景区域的人的身体的假检测。同时，它可以通过限制搜索区域的前景改善人体检测的计算效率。

在这里，麦克法兰和斯科菲尔德提出的背景减除方法（1995）可以直接采用。该方法可以

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