基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统和方法与流程

1.本发明涉及智慧工地技术领域，具体是基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统和方法。


背景技术：

2.我国建筑行业在我国社会经济发展过程中发挥着自身及其重要的作用，近年来，随着我国城市建设规模不断扩大以及市场经济的蓬勃发展，使得广大人民群众尤其对工地作业的管理控制方面有所关注。
3.我国工地作业的突出现状之一是管理模式不合理，在工期制定方面，表现为对总体规划方面不够重视，所做的各种计划不科学、不符合实际、主要靠以往积累的经验，拍脑袋定工期，如果遇到新的结构形势的项目则更是一筹莫展，只能主观臆断，制定措施不得当。控制方面，表现为在企业内部对控制缺乏足够的重视，缺少完整的控制体系，主要凭经验积累和主观臆想，控制的大部分内容被检查工作所代替了，检查只有等待任务结束以后才能进行，也就是说进行的只是事后控制，对检查出现问题的结果，不进行统计分析和量化计算，只是定性做出判断，事前控制和事中控制没有得到足够的重视。
4.因此，如何对工地作业区域进行智能化管理是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本发明实施例提供基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统，包括：协同作业分区生成模块、交互模块、支撑库、协同分配模块、虚拟作业模块和时序指令生成模块；
6.所述协同作业分区生成模块用于获取建筑信息模型数据，根据所述建筑信息模型数据构建建筑工程三维模型与塔吊三维模型，并基于所述建筑工程三维模型与所述塔吊三维模型将建筑工程划分，生成协同作业分区。
7.所述交互模块连接所述协同作业分区生成模块与所述协同分配模块，用于采集作业任务，并针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息。
8.所述支撑库连接所述协同作业分区生成模块与所述虚拟作业模块，用于基于所述建筑信息模型数据建立建筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据。
9.所述协同分配模块用于基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配。
10.所述虚拟作业模块用于根据所述建筑工程支撑数据与所述智能塔吊支撑数据，对所述协同作业分区对应的所述作业任务进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业认证结果。
11.所述时序指令生成模块连接所述虚拟作业模块，用于基于所述虚拟作业认证结果将所述作业任务解析为时序指令，并将所述时序指令传输给所述协同作业分区中的智能塔吊与辅助设备。
12.在一个实施例中，所述作业信息，包括：
13.作业目标物料、作业空间定位和作业时序。
14.在一个实施例中，所述针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息，包括：
15.针对所述作业任务，利用点选方式在所述建筑工程三维模型上确定所述作业目标物料与所述作业空间定位，并在时间轴上选取作业时间区间，将所述作业时间区间与所述作业任务进行匹配，生成作业时序。
16.在一个实施例中，所述协同分配模块，包括：作业任务分配单元、冲突检测单元和影响分析单元；
17.所述作业任务分配单元用于确定所述作业空间定位与所述协同作业分区的空间归属关系，并基于所述空间归属关系将所述作业空间定位对应的所述作业任务分配给所述协同作业分区；
18.所述冲突检测单元连接所述作业任务分配单元，用于根据所述作业时序对所述协同作业分区中的所述作业任务之间进行冲突检测，根据检测结果对所述作业时序进行调试；
19.所述影响分析单元连接所述作业任务分配单元，用于对所述协同作业区之间的所述作业任务进行影响分析，并基于所述分析结果调整所述作业空间定位。
20.在一个实施例中，还包括：追踪协同模块；
21.所述追踪协同模块连接所述虚拟作业模块，用于采集所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据，并将所述所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据与所述虚拟作业认证结果进行拟合，根据拟合结果控制所述所述智能塔吊和所述辅助设备的作业。
22.基于上述目的，在本技术的第二个方面，还提出了基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理方法，包括：
23.协同作业分区生成模块获取建筑信息模型数据，根据所述建筑信息模型数据构建建筑工程三维模型与塔吊三维模型，并基于所述建筑工程三维模型与所述塔吊三维模型将建筑工程划分，生成协同作业分区；
24.交互模块采集作业任务，并针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息；
25.支撑库基于所述建筑信息模型数据建立建筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据；
26.协同分配模块基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配；
27.虚拟作业模块根据所述建筑工程支撑数据与所述智能塔吊支撑数据，对所述协同作业分区对应的所述作业任务进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业认证结果；
28.时序指令生成模块基于所述虚拟作业认证结果将所述作业任务解析为时序指令，并将所述时序指令传输给所述协同作业分区中的智能塔吊与辅助设备。
29.在一个实施例中，所述作业信息，包括：
30.作业目标物料、作业空间定位和作业时序。
31.在一个实施例中，所述针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息，包括：
32.针对所述作业任务，利用点选方式在所述建筑工程三维模型上确定所述作业目标
物料与所述作业空间定位，并在时间轴上选取作业时间区间，将所述作业时间区间与所述作业任务进行匹配，生成作业时序。
33.在一个实施例中，所述协同分配模块基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配，包括：
34.作业任务分配单元确定所述作业空间定位与所述协同作业分区的空间归属关系，并基于所述空间归属关系将所述作业空间定位对应的所述作业任务分配给所述协同作业分区；
35.冲突检测单元根据所述作业时序对所述协同作业分区中的所述作业任务之间进行冲突检测，根据检测结果对所述作业时序进行调试；
36.影响分析单元对所述协同作业区之间的所述作业任务进行影响分析，并基于所述分析结果调整所述作业空间定位。
37.在一个实施例中，还包括：
38.追踪协同模块采集所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据，并将所述所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据与所述虚拟作业认证结果进行拟合，根据拟合结果控制所述所述智能塔吊和所述辅助设备的作业。
39.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
40.本发明实施例提供的基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统和方法，该系统基于建筑信息模型数据构建并在交互模块可视化显示建筑工程三维模型与塔吊三维模型，使得工地的协同作业区域与作业任务可以在建筑工程三维模型上进行显示，并针对其作业冲突与影响及时在建筑工程三维模型的基础上进行调整，提高了工地作业的智能化管理效率，并且通过对作业任务的虚拟模拟，进一步地对作业障碍与事故风险进行排查处理，加强了智能塔吊作业的安全性，最后智能塔吊、辅助设备与作业目标物料之间的自组织通信，提高了时序指令的执行效率，进一步提高了对智慧工地作业区域的管理效率。
41.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
42.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
43.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
44.图1为本发明实施例提供的基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统的框图；
45.图2为本发明实施例提供的基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理方法流程图；
46.图3为本发明实施例提供的步骤s204的流程图。
具体实施方式
47.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开
的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
48.参照图1所示，本发明实施例提供的基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理系统，包括：协同作业分区生成模块1、交互模块2、支撑库3、协同分配模块4、虚拟作业模块5和时序指令生成模块6；
49.所述协同作业分区生成模块1用于获取建筑信息模型数据，根据所述建筑信息模型数据构建建筑工程三维模型与塔吊三维模型，并基于所述建筑工程三维模型与所述塔吊三维模型将建筑工程划分，生成协同作业分区。
50.具体的，预先设置塔吊的有效作业区域，根据建筑工程自身和塔吊三维位置关系、塔吊有效作业区域、建筑工程三维模型与塔吊三维模型，基于建筑工程三维模型将建筑工程从三维空间上划分为协同作业分区，每个协同作业分区配置给一台智能塔吊，不同智能塔吊的协同作业分区允许重合；并且，还为每个协同作业分区配置必要的辅助设备(例如运输小车、视频监控设备)等。
51.进一步地，随着建筑工程的进展，可以定期刷新建筑信息模型数据，并根据实时获取的建筑信息模型数据进行协调作业分区的更新划分。
52.所述交互模块2连接所述协同作业分区生成模块1与所述协同分配模块4，用于采集作业任务，并针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息。
53.具体的，所述作业信息，包括：作业目标物料、作业空间定位和作业时序。
54.进一步地，针对所述作业任务，利用点选方式在所述建筑工程三维模型上确定所述作业目标物料与所述作业空间定位，并在时间轴上选取作业时间区间，将所述作业时间区间与所述作业任务进行匹配，生成作业时序。
55.进一步地，交互模块2提供图形化交互界面，并在交互界面上显示建筑工程三维模型；用户在该交互界面上以点选的形式，点中表示作业目标物料的三维模型模块，并也通过点选的方式点中作业空间定位(例如点选表示a、b、c作业面的三维模型区域)，并且可以从弹出的时间轴窗口上选择作业时间区间，基于作业时间区间在时间轴窗口上自动对各个作业任务排列其时序，生成作业时序。
56.所述支撑库3连接所述协同作业分区生成模块1与所述虚拟作业模块5，用于基于所述建筑信息模型数据建立建筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据。
57.具体的，智能塔吊支撑数据包括塔吊作业性能参数(例如负载能力、夹具支持的物料类型、安全作业标准等)，辅助设备性能参数；建筑工程支撑数据包括物料相关参数(例如物料准确尺寸、类型、重量、吊装或者输运的特殊要求等)，作业面空间参数(例如作业面的面积、空间大小、出入限高、承载限重等)。
58.所述协同分配模块4用于基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配。
59.所述虚拟作业模块5用于根据所述建筑工程支撑数据与所述智能塔吊支撑数据，对所述协同作业分区对应的所述作业任务进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业认证结果。
60.具体的，在建筑工程三维模型中，针对协同作业分区分配的作业任务，进行虚拟作业模拟，在虚拟作业过程中，基于从支撑库3调取筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据，以
及根据工程现场采集(或根据气象监测预测)的风速、雨水、温度等环境数据，进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业模拟数据，并判断是否存在作业障碍、事故风险，以及进一步判断协同作业区之间的相互影响，生成判断结果，基于作业模拟数据与判断结果生成虚拟作业认证结果。
61.所述时序指令生成模块6连接所述虚拟作业模块5，用于基于所述虚拟作业认证结果将所述作业任务解析为时序指令，并将所述时序指令传输给所述协同作业分区中的智能塔吊与辅助设备。
62.具体的，智能塔吊、辅助设备和作业目标物料根据被分配的时序指令集合，自组织形成一个物联网集群，物联网集群内部的智能塔吊、辅助设备和作业目标物料之间实现自组织通信，从而协同执行该作业任务相关的时序指令。
63.本实施例中，基于建筑信息模型数据构建并在交互模块可视化显示建筑工程三维模型与塔吊三维模型，使得工地的协同作业区域与作业任务可以在建筑工程三维模型上进行显示，并针对其作业冲突与影响及时在建筑工程三维模型的基础上进行调整，提高了工地作业的智能化管理效率，并且通过对作业任务的虚拟模拟，进一步地对作业障碍与事故风险进行排查处理，加强了智能塔吊作业的安全性，最后智能塔吊、辅助设备与作业目标物料之间的自组织通信，提高了时序指令的执行效率，进一步提高了对智慧工地作业区域的管理效率。
64.在一个实施例中，所述协同分配模块4，包括：作业任务分配单元7、冲突检测单元8和影响分析单元9；
65.所述作业任务分配单元7用于确定所述作业空间定位与所述协同作业分区的空间归属关系，并基于所述空间归属关系将所述作业空间定位对应的所述作业任务分配给所述协同作业分区。
66.例如，作业空间定位为：从建筑工程三维空间的a作业面将物料输运至b作业面，则确定该作业空间定位归属于协同作业分区a与协同作业分区b，进而将该作业空间定位对应的作业任务分配到协同作业分区a和协同作业分区b。
67.所述冲突检测单元8连接所述作业任务分配单元7，用于根据所述作业时序对所述协同作业分区中的所述作业任务之间进行冲突检测，根据检测结果对所述作业时序进行调试。
68.具体的，将同一协同作业分区对应的作业任务与其剩余的作业任务之间进行冲突检测，若作业任务之间存在冲突(例如，智能塔吊之间在同一作业时间吊装同一作业目标物料)，则基于冲突原因在建筑工程三维模型的时间轴上重新定义各个作业任务的作业时间区间。
69.所述影响分析单元9连接所述作业任务分配单元7，用于对所述协同作业区之间的所述作业任务进行影响分析，并基于所述分析结果调整所述作业空间定位。
70.例如，在协同作业区c中的智能塔吊c的起重臂端部与协同作业区d中的智能塔吊d的塔身出现碰撞，则基于智能塔吊c与智能塔吊d之间的距离在建筑工程三维模型上重新对智能塔吊c与智能塔吊d的作业面进行调整，直至智能塔吊c与智能塔吊d之间的距离在安全距离范围内。
71.在一个实施例中，还包括：追踪协同模块10；
72.所述追踪协同模块10连接所述虚拟作业模块5，用于采集所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据，并将所述所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据与所述虚拟作业认证结果进行拟合，根据拟合结果控制所述所述智能塔吊和所述辅助设备的作业。
73.具体的，在实际的作业过程中，从智能塔吊、辅助设备获得实际的运行数据，将运行数据与虚拟作业日志数据进行拟合，如果二者偏离程度超过预设阈值，则中止智能塔吊与辅助设备的作业，重新进行虚拟作业的模拟；如果二者偏离程度符合预设阈值，则继续采集下一组实时运行数据与虚拟作业日志数据进行拟合。
74.参照图2所示，基于智能塔吊的智慧工地作业区域可视化管理方法，包括：
75.s201、协同作业分区生成模块获取建筑信息模型数据，根据所述建筑信息模型数据构建建筑工程三维模型与塔吊三维模型，并基于所述建筑工程三维模型与所述塔吊三维模型将建筑工程划分，生成协同作业分区。
76.具体的，预先设置塔吊的有效作业区域，根据建筑工程自身和塔吊三维位置关系、塔吊有效作业区域、建筑工程三维模型与塔吊三维模型，基于建筑工程三维模型将建筑工程从三维空间上划分为协同作业分区，每个协同作业分区配置给一台智能塔吊，不同智能塔吊的协同作业分区允许重合；并且，还为每个协同作业分区配置必要的辅助设备(例如运输小车、视频监控设备)等。
77.进一步地，随着建筑工程的进展，可以定期刷新建筑信息模型数据，并根据实时获取的建筑信息模型数据进行协调作业分区的更新划分。
78.s202、交互模块采集作业任务，并针对所述作业任务，在所述建筑工程三维模型上确定作业信息。
79.具体的，所述作业信息，包括：作业目标物料、作业空间定位和作业时序。
80.进一步地，针对所述作业任务，利用点选方式在所述建筑工程三维模型上确定所述作业目标物料与所述作业空间定位，并在时间轴上选取作业时间区间，将所述作业时间区间与所述作业任务进行匹配，生成作业时序。
81.进一步地，交互模块提供图形化交互界面，并在交互界面上显示建筑工程三维模型；用户在该交互界面上以点选的形式，点中表示作业目标物料的三维模型模块，并也通过点选的方式点中作业空间定位(例如点选表示a、b、c作业面的三维模型区域)，并且可以从弹出的时间轴窗口上选择作业时间区间，基于作业时间区间在时间轴窗口上自动对各个作业任务排列其时序，生成作业时序。
82.s203、支撑库基于所述建筑信息模型数据建立建筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据。
83.具体的，智能塔吊支撑数据包括塔吊作业性能参数(例如负载能力、夹具支持的物料类型、安全作业标准等)，辅助设备性能参数；建筑工程支撑数据包括物料相关参数(例如物料准确尺寸、类型、重量、吊装或者输运的特殊要求等)，作业面空间参数(例如作业面的面积、空间大小、出入限高、承载限重等)。
84.s204、协同分配模块基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配。
85.s205、虚拟作业模块根据所述建筑工程支撑数据与所述智能塔吊支撑数据，对所
述协同作业分区对应的所述作业任务进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业认证结果。
86.具体的，在建筑工程三维模型中，针对协同作业分区分配的作业任务，进行虚拟作业模拟，在虚拟作业过程中，基于从支撑库调取筑工程支撑数据与智能塔吊支撑数据，以及根据工程现场采集(或根据气象监测预测)的风速、雨水、温度等环境数据，进行虚拟作业模拟，生成虚拟作业模拟数据，并判断是否存在作业障碍、事故风险，以及进一步判断协同作业区之间的相互影响，生成判断结果，基于作业模拟数据与判断结果生成虚拟作业认证结果。
87.s206、时序指令生成模块基于所述虚拟作业认证结果将所述作业任务解析为时序指令，并将所述时序指令传输给所述协同作业分区中的智能塔吊与辅助设备。
88.具体的，智能塔吊、辅助设备和作业目标物料根据被分配的时序指令集合，自组织形成一个物联网集群，物联网集群内部的智能塔吊、辅助设备和作业目标物料之间实现自组织通信，从而协同执行该作业任务相关的时序指令。
89.在一个实施例中，如图3所示，步骤s204，即所述协同分配模块基于所述作业信息将所述作业任务与所述协同作业分区进行匹配，包括：
90.s2041、作业任务分配单元确定所述作业空间定位与所述协同作业分区的空间归属关系，并基于所述空间归属关系将所述作业空间定位对应的所述作业任务分配给所述协同作业分区。
91.例如，作业空间定位为：从建筑工程三维空间的a作业面将物料输运至b作业面，则确定该作业空间定位归属于协同作业分区a与协同作业分区b，进而将该作业空间定位对应的作业任务分配到协同作业分区a和协同作业分区b。
92.s2042、冲突检测单元根据所述作业时序对所述协同作业分区中的所述作业任务之间进行冲突检测，根据检测结果对所述作业时序进行调试。
93.具体的，将同一协同作业分区对应的作业任务与其剩余的作业任务之间进行冲突检测，若作业任务之间存在冲突(例如，智能塔吊之间在同一作业时间吊装同一作业目标物料)，则基于冲突原因在建筑工程三维模型的时间轴上重新定义各个作业任务的作业时间区间。
94.s2043、影响分析单元对所述协同作业区之间的所述作业任务进行影响分析，并基于所述分析结果调整所述作业空间定位。
95.例如，在协同作业区c中的智能塔吊c的起重臂端部与协同作业区d中的智能塔吊d的塔身出现碰撞，则基于智能塔吊c与智能塔吊d之间的距离在建筑工程三维模型上重新对智能塔吊c与智能塔吊d的作业面进行调整，直至智能塔吊c与智能塔吊d之间的距离在安全距离范围内。
96.在一个实施例中，还包括：
97.s207、追踪协同模块采集所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据，并将所述所述智能塔吊、所述辅助设备和目标物料的运行数据与所述虚拟作业认证结果进行拟合，根据拟合结果控制所述所述智能塔吊和所述辅助设备的作业。
98.具体的，在实际的作业过程中，从智能塔吊、辅助设备获得实际的运行数据，将运行数据与虚拟作业日志数据进行拟合，如果二者偏离程度超过预设阈值，则中止智能塔吊与辅助设备的作业，重新进行虚拟作业的模拟；如果二者偏离程度符合预设阈值，则继续采
集下一组实时运行数据与虚拟作业日志数据进行拟合。
99.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。