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一种工程安全监控仪及监控方法

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成果类型:
专利
发明/设计人:
龚彬彬;叶安
申请/专利权人:
湖南城市学院
专利类型:
发明专利
语种:
中文
申请时间:
2020-06-09
申请/专利号:
CN202010526198.2
公开时间:
2020-09-11
公开号:
CN111650863A
主申请人地址:
413000 湖南省益阳市迎宾东路518号
申请地区:
湖南
机构署名:
本校为第一完成单位
主权项:
1.一种工程安全监控仪,其特征在于,所述工程安全监控仪具体包括: 工程模型构建及分析模块,与中央控制模块连接,包括FLAC3D软件、ANSYS软件、三维快速拉格朗日分析平台,通过ANSYS软件实现工程模型的构建,并通过ANSYS、FLAC3D、三维快速拉格朗日分析平台对工程模型赋予相应的材质,并通过ANSYS、FLAC3D、三维快速拉格朗日分析平台对工程模型进行力学分析,并记录相应的力学数值及相关的应力集中点; 工程模型评估模块,与中央控制模块连接,通过建立三维地层结构模型对既有地区间结构进行变形计算和应力分析,并输出相应的评估结论; 工程施工图像获取模块,与中央控制模块连接,包括高清摄像头,无线信号收发器,通过工程模型构建及分析模块和工程模型评估模块所输出的应力集中点及评估结论所涉及的位置进行加装360°摄像头,并对相关位置进行图像采集,将采集的图像通过无线信号收发器传输到存储器; 工程图像处理模块,与中央控制模块连接,对高清摄像头采集的工程部件图像通过滤波图像去噪处理; 工程图像特征比对模块,与中央控制模块连接,对每隔30min经过去噪处理的图像与前一个经过去噪处理的图像进行特征比对; 人机料危险源监控模块,与中央控制模块连接,通过采用RFID和BIM技术实现对施工现场信息化可视化的安全监控; 显示模块,与中央控制模块连接,包括显示屏,用于显示工程图像对比特征及BIM可视化模型; 中央控制模块,与工程模型构建及分析模块、工程模型评估模块、工程施工图像获取模块、工程图像特征比对模块、人机料危险源监控模块、显示模块、报警模块和无线信号发射模块连接,包括可编程处理器,用于对采集信息进行处理和通过处理结果和预设参数控制各模块的正常运行; 报警模块,与中央控制模块连接,包括声光报警器,用于通过声光报警器对图像特征不一致及BIM模型报警信息进行声光报警; 无线信号发射模块,与中央控制模块连接,包括无线信号收发器,用于将报警信息通过无线信号收发器发送到管理人员的移动终端上。 2.如权利要求1所述的工程安全监控仪,其特征在于,所述工程模型构建及分析模块包括: 工程参数输入单元,用于将项目立项核准的工程设计参数进行录入存储; 模型比例设定单元,用于通过录入的工程参数换算为三维模型的比例参数; 模型构建单元,用于模型比例参数输入三维模型构建软件实现工程模型的构建,并通过ANSYS、FLAC3D、三维快速拉格朗日分析平台对工程模型赋予相应的材质; 模型分析单元,通过ANSYS、FLAC3D、三维快速拉格朗日分析平台对工程模型进行力学分析,并记录相应的力学数值及相关的应力集中点。 3.如权利要求1所述的工程安全监控仪,其特征在于,所述工程模型评估模块包括: 三维地层结构模型构建单元,根据预设的单元类型、实常数和弹性模量的参数值,构建三维地层结构模型; 模型划分单元,将所述三维地层结构模型划分成若干个用于计算和分析的小单元; 结构变形和应力分析单元,用于对既有地区间结构的沉降变形和既有区间线路下结构变形接缝处的差异沉降变形,进行变形计算和应力分析,并输出相应的评估结论。 4.如权利要求1所述的工程安全监控仪,其特征在于,所述人机料危险源监控模块包括: 信息采集单元,通过RFID读写器采集施工现场RFID标签的信息,进行实时跟踪; 信息上传单元,RFID标签扫描后信息通过互联网自动传输到BIM3D/4D模型中动态呈现时空中对象的位置、周围环境、检测参数等安全状态; 警示单元,如出现不安全行为或周围环境的不安全状态,BIM模型上就会分级进行警报。 5.一种基于权利要求1-4任意一项所述的工程安全监控仪的工程安全监控方法,其特征在于,所述工程安全监控方法具体包括: S1,依据项目立项核准的工程设计参数通过三维模型构建软件实现工程模型的构建,并对工程模型进行力学分析,并记录相应的力学数值及相关的应力集中点; S2,建立三维地层结构模型对既有地区间结构进行变形计算和应力分析,并结合应力集中点及评估结论所涉及的位置进行加装摄像设备进行影像采集; S3,对采集的工程部件图像通过滤波图像去噪处理方法进行去燥处理,对经过去噪处理的图像与前一个经过去噪处理的图像进行特征比对; S4,通过人机料危险源监控模块采用RFID和BIM技术实现对施工现场信息化可视化的安全监控,并通过显示模块显示工程图像对比特征及BIM可视化模型; S5,通过声光报警器对图像特征不一致及BIM模型报警信息进行声光报警,并将报警信息通过无线信号收发器发送到管理人员的移动终端上。 6.如权利要求5所述的工程安全监控方法,其特征在于,所述对采集的工程部件图像通过滤波图像去噪处理的方法,具体如下: 步骤一,设输入图像为f,其像素大小为W*H; 步骤二,设定粒子数为m,空间维数为D,第i个粒子的位置用D维向量Xi=(Xi1,XiD)表示,第i个粒子的飞翔速度用D维向量Vi=(Vi1,ViD)表示;所述粒子的初始位置和初速度各为(0,1)之间的随机数;根据所述初始位置得到所述单位结构元素SE的大小,即得到n的初值; 步骤三,用具有所述初值的单位结构元素SE对所述输入图像进行所述均衡腐蚀运算,得到大小为(W-n+1)*(H-n+1)的均衡腐蚀图像; 步骤四,用具有所述初值的单位结构元素SE对所述均衡腐蚀图像进行所述均衡膨胀运算,得到大小为W*H的均衡膨胀图像,并计算所述均衡膨胀图像的峰值信噪比PSNR; 步骤五,以所述峰值信噪比PSNR为代价函数,用粒子群优化技术更新所述粒子速度V与所述粒子位置X,得到全局最优的粒子位置;根据所述全局最优的粒子位置得到所述单位结构元素SE的大小,即得到n的最优值; 步骤六,用具有所述最优值的单位结构元素SE对所述的输入图像依次进行所述均衡腐蚀、均衡膨胀运算,得到输出图像。 7.如权利要求5所述的工程安全监控方法,其特征在于,所述对经过去噪处理的图像与前一个经过去噪处理的图像进行特征比对的方法,具体如下: 第一步,每隔30mim提取对同一被测的工程结构所捕获的图像,该图像包括在第一时间被捕获的第一图像以及在第二时间被捕获的第二图像; 第二步,检测第一图像的特征点以取得第一特征点组,并检测第二图像的特征点以取得第二特征点组; 第三步,根据第一图像的第一特征点组合第二特征点组进行图像对齐,以产生重迭图像信息; 第四步,利用滑动视窗遮罩,逐一捕获重迭图像信息中第一比对图像与第二比对图像所对应的视窗区域,并计算第一比对图像与第二比对图像所对应的视窗区域中匹配点数量与未匹配点数量的比率; 第五步,并将匹配点数量不一致的视窗区域进行显示并预警。 8.如权利要求7所述的工程安全监控方法,其特征在于,在第二步中,通过透明尺度不变特征转换演算法、加速强健特征演算法来获取第一特征点组和第二特征点组;所述特征点组包括:裂痕、变形大小、位置结构。 9.如权利要求5所述的工程安全监控方法,其特征在于,所述人机料危险源监控模块的监控方法,具体如下: (1)信息采集单元通过RFID读写器采集施工现场RFID标签的信息,进行实时跟踪; (2)RFID标签扫描后信息通过互联网自动传输到BIM3D/4D模型中动态呈现时空中对象的位置、周围环境、检测参数等安全状态; (3)如出现不安全行为或周围环境的不安全状态,BIM模型上就会分级进行警报。 10.如权利要求9所述的工程安全监控方法,其特征在于,所述在(1)中,信息采集单元的采集工作,具体如下: 1)现场管理人员经过安全分析得出安全隐患清单,并根据现场的实际情况,定义不同的RFID标签的种类; 2)向标签内存储ID、对象属性等基础信息并添加到BIM模型中; 3)通过RFID标签的信息识别作业人员所处的位置,并且通过扫描材料、机器上的标签信息可以动态看到对象所处位置。
摘要:
本发明属于工程监控技术领域,公开了一种工程安全监控仪及监控方法;通过工程模型构建及分析模块、工程模型评估模块、工程施工图像获取模块、工程图像处理模块、工程图像特征比对模块,对每隔30min经过去噪处理的图像与前一个经过去噪处理的图像进行特征比对,确定工程结构中的变化情况,如裂痕等;通过人机料危险源监控模块对人员,材料,机器的位置通过BIM模型进行监控,并对出现不安全行为或周围环境的不安全状态进行警报;本发明结果简单,涉及工程结构的变化监控及对人员、材料、机器的相对位置进行监控,监控范围大,具有实时性,并且降低了劳动强度,可推广使用。

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