摘 要

建筑工地生产中，涉及到包括温度、湿度等指标的环境管理和工地安全管理。把计算机技术运用在工地的生产管理上，是提高工作效率、降低事故发生率的重要手段。

由于塔式起重机在工地上频繁使用和拆卸，塔式起重机安全事故时有发生。随着手机通讯能力和处理能力的快速发展，手机作为一种终端硬件可以承载重要的监控、提醒功能。利用手机上 APP 软件实时监控工地环境参数和起重机的工作参数，通过现代网络系统进行远程通讯、控制、报警， 便于工地安全负责人第一时间掌握工地环境数据、起重机的使用情况和工作情况，能够有效地提高建筑施工现场管理的工作效率，降低起重机使用的安全风险，有力推动着施工现管理技术的现代化发展。

本文主要介绍了基于语音合成的工地环境和安全监控APP的设计方案，使用React Native框架实现跨平台APP的开发，使用NodeJS进行后端服务器的开发，使用MySQL数据库实现数据存储。安全检查与隐患管理子系统共分为七个模块：工地环境及起重机工作数据（模拟）采集模块、工地环境数据监控模块、工地起重机工作状态监控模块、消息中心模块、通信管理模块、用户注册和登陆模块、用户个人设置模块。

关键词：工地安全；智慧工地；起重机防倾覆；语音合成；React Native

Abstract

Construction site production involves environmental management including temperature, humidity and other indicators and site safety management. Applying computer technology to production management on the construction site is an important means to improve work efficiency and reduce the incidence of accidents.
Due to the frequent use and disassembly of tower cranes on the construction site, safety accidents of tower cranes occur from time to time. With the rapid development of mobile phone communication capabilities and processing capabilities, mobile phones as a terminal hardware can carry important monitoring and reminding functions. Use the APP software on the mobile phone to monitor the environmental parameters of the construction site and the working parameters of the crane in real time, and communicate, control, and alarm remotely through the modern network system. Effectively improve the work efficiency of construction site management, reduce the safety risks of crane use, and strongly promote the modern development of construction management technology.
This article mainly introduces the design scheme of site environment and security monitoring APP based on speech synthesis, uses React Native framework to implement cross-platform APP development, uses NodeJS for back-end server development, and uses MySQL database for data storage. The safety inspection and hidden danger management subsystem is divided into seven modules: site environment and crane working data (simulation) acquisition module, site environment data monitoring module, site crane working status monitoring module, message center module, communication management module, user registration and Login module, user personal setting module.

Key Words: Smart Site; Site Safety; Text To Speech; Crane Anti-dumping; React Native

目 录

第1章 绪论 10

1.1 研究背景与意义 10

1.2 国内外研究现状 10

1.3 设计内容 11

1.4 论文章节安排 12

第2章 系统分析 14

2.1 系统概述 14

2.2 业务流程分析 14

2.3 功能需求分析 15

2.4 非功能需求分析 15

2.5 可行性分析 16

第3章 系统总体设计 17

3.1 系统结构设计 17

3.2 系统功能设计 18

3.2.1 工地环境及起重机工作数据采集模块 18

3.2.2 工地环境数据监控模块 18

3.2.3 工地起重机工作状态监控模块 18

3.2.4 消息中心模块 19

3.2.5 通信管理模块 19

3.2.6 用户注册和登陆模块 19

3.2.7 用户个人设置模块 19

第4章 系统详细设计 21

4.1 用户界面设计 21

4.1.1 主界面设计 21

4.1.2 “首页”界面设计 22

4.1.3 “监测”界面设计 23

4.1.4 环境数据详情界面设计 24

4.1.5 起重机工作数据详情界面设计 26

4.1.6 “消息（中心）”界面设计 27

4.1.7 “我的”（个人中心）界面设计 28

4.2 数据库设计 29

4.3功能模块设计 49

4.3.1 工地环境及起重机工作数据采集模块设计 50

4.3.2 工地环境数据监控模块设计 50

4.3.3 工地起重机工作状态监控模块设计 50

4.3.4 消息中心模块设计 51

4.3.5 通信管理模块设计 51

4.3.6 用户注册和登陆模块设计 52

4.3.7 用户个人设置模块设计 52

第5章 关键技术与系统实现 53

5.1 React Native跨平台应用框架的工作原理 53

5.1.1 React Native的框架结构 53

5.1.2 React Native App的四个线程 54

5.2 实时语音播报功能的实现 54

5.2.1 通信模块的实现 55

5.2.2 语音合成功能的实现 59

5.3 数据可视化技术 61

第6章 系统运行结果 62

6.1 工地环境数据监控模块运行结果 62

第7 章 总结与展望 63

7.1 研究总结 63

7.2 未来展望 63

致 谢 66

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着物联网技术的发展和应用，社会各行业也在不断求新、求变，向着智能化的方向去发展。智慧工地的主要思想，就是利用计算机和通信领域的高科技技术，如人工智能、大数据、传感器技术[^[1]]，实现施工设备、工地环境监控设备和施工人员穿戴设备的智能化，同时结合PC、手机等智能终端设备，通过软硬件结合的方式对工地实现全方位、低时延、无纸化、可视化的管理[^[2]]。能够有效提高工地施工的安全性和工程及人员管理效率。

随着移动互联网时代的发展，智能手机作为一个新型的移动智能终端，活跃在我们生产生活的各个领域。智能手机的硬件性能也越来越强大，足以在某些场景下担起生产力任务。基于语音合成的工地安全监控APP，就是利用了智能手机高度便携的特性，在工地生产中，利用智能手机上的专有 APP 软件实时检查工地环境的温度、湿度、风速、噪音、起重机工作时的高度、回转角度、实时载荷等参数，通过网络进行远程数据传输和监控，便于第一时间掌握工地的环境情况和起重机的工作情况，在很大程度上提高了管理效率。结合语音合成技术[^[3]]，在监测到设备工作状态异常时进行语音播报提醒，实现安全警报功能，为施工现场安全提供有利保障。

1.2 国内外研究现状

建筑施工行业因其劳动强度高、作业难度大、伤亡事故多而成为安全生产管理的重点行业之一[^[4]]。起重机由于其本身附有的危险性，加之在工地上使用频繁，成为工地安全的一个重要组成部分[^[5]]。关于工地环境和安全的研究情况如下：

1. 周功友[^[6]]提出通过建立环境监控岗位责任制、定期检查环境数据、及时清理现场杂物和危险因子，来消除或减弱各种环境污染和潜在危害因素。

（2）薛延峰[^[7]]对基于物联网技术的智慧工地建设进行了分析，并归纳出智慧工地的一个重要组成部分就是施工人员APP智能化。提出可以从工地可视化管理系统、塔吊安全监控系统、混凝土搅拌车超载超速监管系统入手，进行智慧工地的系统集成。

（3）母春阁[^[8]]等人研发的智慧工地管控平台噪声扬尘监控终端系统由三部分组成：用于实时监测并发送环境数据的监测终端、用于接收和存储数据的智慧工地管理平台和云端管理平台。最终实现了终端设备的良好协同、数据共享、环境保护的目的。

（4）李芳龙、余国意[^[9]]研发的基于手机APP的工地塔式起重机监控系统，利用传感器实时监控塔式起重机的垂直度、回转角度、起升高度、载荷、力矩等重要工作参数，通过网络传输协议和手机上的专有APP 软件实现工作状态监测和报警、通讯和远程控制、视频通话和回放功能。使工地安全负责人赋能能够及时、全面地掌握塔机的工作状态和潜在危险，大大降低了塔吊使用的安全风险。

（5） Kander[^[10]]等人发明的智慧工地安全管理系统，使用虚拟围栏技术、具有运动检测功能的CCTV、警报管理系统、和卫星网络系统来达到监视和维护工地安全的目的。

1.3 设计内容

基于语音合成的工地安全监控APP以“智慧工地”和“互联网 ”理念[^[11]]为参考，旨在实现工地各项数据的规范化、高效化、现代化管理，完成对工地环境数据和工地起重机工作数据的采集、处理、分析和展示功能，实现对工地生产全方位、立体化、快响应的管理。本系统主要完成以下任务：

（1）根据规划的系统功能建立数据库表。

（2）完成了工地环境及起重机工作数据（模拟）采集模块，后端服务器模拟数据并将数据存储在数据库中。

（3）完成了工地环境数据监控模块，在这个模块中用户可以对采集到的工地环境数据概况和详情进行查看等操作。

（4）完成了工地起重机工作状态监控模块，在这个模块中用户可以查看采集到的工地起重机工作数据、进行起重机危险警报订阅等操作。

（5）完成了消息中心模块，以列表形式展示工地近期的通知、公告等。用户设置接收起重机报警消息，可以在起重机工作状态异常时在该模块看到报警消息。

（6）完成了通信管理模块，该模块负责客户端和服务器的实时通信，具有建立连接、断开重连、发送数据、接收数据的功能，并通过 Websocket 实现服务器向客户端实时推送数据。

（7）完成了用户注册和登陆模块，该模块负责新用户的注册和用户登陆验证，并保证了注册和登陆过程中的安全性。

（8）完成了用户个人设置模块，用户在此模块进行个人信息管理、问题反馈、开启或关闭实时消息推送、开启或关闭实时语音播报。

1.4 论文章节安排