基于可重構數據流AI芯片的智慧工地監管平臺 先進算力賦能工地場景安全高質量生產運營
引言：建造業是我國國民經濟的重要物質生產部門和支柱產業之一,也是一個安全事故多發的高危行業。在以往的建造工程中，普遍存在工程量大、施工人員混雜、作業環境復雜、安全事故頻發等一系列關鍵問題。信息化進程中，工地項目均已部署監控系統，然而無法避免監控系統分散、智能化程度低、警情發現處置效率低等痛點。
鯤云科技是全球領先的人工智能算力及解決方案供應商，以開創性可重構數據流 AI 芯片技術為核心，為智慧城市、智慧能源、智能制造等關乎國計民生的領域提供AI視頻分析解決方案，賦能千行百業智能化改造和數字化轉型。基于工地場景的安全管理智能化需求，鯤云科技以AI視頻分析為切入點，打造算力、算法、平臺一體化的智慧工地監管平臺，賦能用戶單位實現對工地現場的人、機、料、法、環等關鍵要素全天候監測預警及多維度智能管理，打造智慧工地物聯網創新應用標桿。
一、項目概況
1. 項目背景
近年來，中央政府不斷出臺智慧工地建設相關政策及規劃，推動智慧工地建設基礎設施完善覆蓋，結合物聯網、人工智能等技術，優化工地監控及管理系統，提升工地安全管理效果，加速建造行業數智化轉型。
山東省住房和城鄉建設廳印發《全省房屋建筑和市政工程智慧工地建設指導意見》，全面推行三星（AAA）級智慧工地，智能建造技術普遍應用，智慧管理手段成為常態，鼓勵企業將項目信息接入全省建筑施工安全監管平臺，實現視頻監控、遠程監管，安全隱患人工預警、及時消除。在此背景下，鯤云科技服務華北某智慧工地集成商，基于政府管理需求，負責城市級和區域級“智慧工地”平臺的規劃與交付。
2. 項目簡介
針對工地場景普遍面臨的現有監控系統視頻結構化數據利用率低、監控過于被動、警情處置效率低的痛點，鯤云科技以AI視頻分析為切入點，打造算力、算法、平臺一體化的智慧工地平臺，并通過物聯網、BIM、3S、5G、人工智能、云計算、VR等信息技術的系統集成與信息平臺搭建，實現對人、機、料、法、環等關鍵要素全天候監測預警及多維度智能管理。目前，該平臺在國家人工智能先導區的30余個工地項目率先應用，實現工地現場全天候遠程實時監測，提供報警事件數據分析報告，提升工地管理運營效率、降低安全事故風險，打造智慧工地物聯網創新應用標桿。
3. 項目目標
該項目基于智慧工地監管平臺源代碼及數據資產，以智慧工地監管平臺源代碼及功能模塊為基座，進行系統升級，優化現有模塊功能，同時擴展開發工地相關智能監測、智能預警等功能，實現智慧工地全景化管理，集約利舊，發揮已有系統的最大能效，降低項目實施成本，防止重復建設。
二、項目實施概況
1. 項目總體架構和主要內容
該項目從工地實際業務需求出發進行頂層設計、系統規劃，充分考慮業務數據的共通性、串聯性，整體架構分為基礎數據層、平臺功能層、前端展示層：
基礎數據層集成施工現場監控、噴淋、閘機等各項傳感設備，實現多源異構數據統一匯總、管理互聯互通；
平臺功能層利用人工智能、BIM、5G、VR等技術實現數據即時傳輸處理與項目管理，打造集約化、可拓展的一站式管理平臺；
前端展示層則實現工地項目可視化管理，監控和記錄施工現場情況，對未帶安全帽、未穿反光背心、吸煙等違規行為進行實時報警，從多維度提升管理效率。
其中，AI監測預警是該智慧工地平臺建設的重中之重。為實現智能監測、智能預警等核心項目目標，滿足項目30余個工地24小時的數據傳輸計算需求，該項目使用鯤云科技自研的可重構數據流AI芯片CAISA ，為實現工地全天候監控數據分析和預警提供算力基礎。
圖1：方案架構圖
2. 安全及可靠性
圍繞該項目所用的可重構數據流架構AI芯片技術，鯤云科技已申請專利480余件，擁有全套自主知識產權，初步建立了技術護城河，核心研發技術自主可控。在此次智慧工地平臺搭建中使用CAISA芯片，加強項目信息安全建設，為保障算力安全供應、平臺穩定運行提供了底層支撐。
三、下一步實施計劃
1. 計劃1：持續迭代解決方案，提升產品競爭力
鯤云科技基于可重構數據流AI芯片建設的智慧工地監管平臺，在應用過程中持續追蹤用戶及市場的最新需求，提供與時俱進的AI視頻分析解決方案。今年，針對工地場景高空墜落傷害、物體打擊傷害、機械打擊傷害等工地場景“五大傷害”痛點、難點需求，鯤云科技創新研發了吊籃、塔吊、工程車輛等作業環節過程中的高精度安全監測算法，算法準確率平均達90%，領先于行業現有同類型應用，進一步提升解決方案的競爭力。
2. 計劃2：總結先進經驗，落地更多創新應用場景
針對工地場景的安全生產管理需求，鯤云科技智慧工地平臺已在北京、上海、廣東、河南、黑龍江、浙江、貴州等十余個省市落地超過100個工地項目，助力工地安全風險監測預警。同時，該項目可復制推廣至全國34個省市超百億平方米的傳統工地場景，化工廠、光伏發電廠等新型工地建設場景，以及源源不斷涌現的海外大型城市基建場景，市場需求龐大。另外，該項目中基于數據流創新架構AI芯片的算力、算法、平臺一體化解決方案，同樣適用于城市治理、能源、教育、農業等眾多關乎國計民生的行業場景，將被復制推廣至更多創新應用場景。
四、項目創新點和實施效果
1. 項目先進性及創新點
1、方案創新
（1）多源異構數據融合，互聯互通，提高工地管理效率
該項目通過整合施工過程中第三方人工監測數據、各類儀器設備自動監測獲得的多源異構數據以及項目基礎信息和監測業務數據，進行監測數據和業務信息等核心數據的展示與挖掘，基于工地現有數據資產進行管理系統升級，實現監測流程標準化和數據展示智能化，縱向打通項目用戶、監管單位、上級主管單位的聯系，實現標準化、集約化的一站式管理平臺，為實現科學高效的管理、分析、應用和決策提供數據基礎。
圖2：智慧工地平臺大屏展示頁面
（2）集約利舊，可擴展性強，降低項目搭建成本
該項目針對工地實際業務需求及痛點，采用物聯網、BIM、3S、5G、人工智能、云計算、VR等技術，在現有系統上進行智能監測、智能預警等工地相關功能開發擴展。平臺基于海量工地數據實現實時智能分析，為工地安全風險預警提供全天候支持；結合BIM、虛擬現實技術，打造數字化全景平臺，輔助經營管理決策、服務流程優化，從多維度提升管理效率。
2、技術創新
（1）采用可重構數據流芯片技術，實現算力突破
項目所用芯片產品是鯤云科技自研的CAISA芯片，采用了從底層創新的可重構數據流架構，相對于傳統指令集架構下的AI芯片，CAISA芯片采用的可重構數據流架構不存在指令依賴，依托數據流的流動次序控制計算執行次序，數據計算與數據流動重疊，減少計算單元的空閑時間，最大化利用芯片計算資源，芯片利用率最高可達95.43%。對比國際同類產品，CAISA 在芯片成本僅為1/3的情況下，最高可提供4.12倍以上的實測性能，為智慧工地平臺落地節省30%以上的AI算力部署成本。
基于其技術創新性和領先性，鯤云科技已獲得中國智能科學技術最高獎吳文俊人工智能科學技術獎芯片項目一等獎、世界人工智能大會最高獎卓越人工智能引領者 SAIL 獎、工信部指導“中國芯”優秀技術創新產品獎，實現人工智能頭部獎項大滿貫。
（2）深挖工地場景算法需求，解決行業痛點難點
該項目針對工地人員管理需求，及各種違規操作和不文明施工現象，提供包括安全帽識別、反光背心識別、煙霧火焰識別、人員闖入識別等常見算法，以及未穿工服識別、離崗識別、抽煙識別、打電話識別、裸土識別、皮膚裸露識別、車輛噴淋識別等多種可拓展的行業特殊算法。
結合CAISA芯片提供的算力基礎，該項目在運行過程中，實現視頻分析識別延遲3ms以內，報警準確率達99%以上，單服務器Callback向外推送事件的能力可達每秒1000+事件，助力提升施工現場安全管理運營效率，降低事故發生頻率，提高建筑工程質量。
圖3：部分工地場景算法
2. 實施效果
該智慧工地平臺主要面向集團領導、工地項目負責人兩類主體，可滿足集團領導項目建設流程規范、數據整合全面監控、管理手段科學有效、工程質量逐步提升、項目安全可控等需求，及工地項目負責人現場數據實時查看、安全監管無遺漏、PC及移動端便捷操作等需求，提供降智慧化、數字化、高效化、安全化的服務。
項目自2022年11月實施以來，已在國家人工智能先導區的30 余個工地完成試點應用。據統計，該項目部署10+行業定制算法，日均觸發安全風險報警600余次，AI視頻分析識別延遲 3ms 以內，報警準確率達 99% 以上，助力相關責任人及時發現并處理安全隱患，大大提高了工地巡檢效率，形成工地全天候安全管理閉環，打造智慧工地平臺標桿。
項目成本層面，基于可重構數據流技術，該解決方案在保證3倍以上算力性價比提升的前提下，能夠為智慧工地平臺落地節省30%以上的AI算力部署成本。同時，該解決方案能夠以算力換人力，助力工地現場減少 50% 人力成本，為用戶方節約大量建設成本，實現降本增效。
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