CN104181872A - 一种非接触式建筑构件机器人测量法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了综合利用通信、激光测量、GPS定位、高度传感、CCD成像、计算机、计算机编程、智能机器人等现代化技术，通过集成及操作软件构成一个用于测量建筑建筑物构件及现场物距的非接触式机器人带动激光测距仪进行三维测量数据后通过计算机自动计算所求参数的测量方法，以提高对建筑构件及施工状态考核目标的效率。改变了传统的人工用钢尺等工具实地测量的难度。本发明可用于建筑施工企业远程管理，具有可扩展性及良好的可操作性、效率高等优点。

Description

一种非接触式建筑构件机器人测量法

所属技术领域

本发明是综合利用通信、激光测量、GPS定位、CCD成像、智能机器人等现代化技术，通过集成及操作软件构成一个用于建筑行业对建筑工程质量允许偏差项及现场状态物距的非接触法测量，对建筑施工考核目标的空间参数(x，y，z)进行快速(t)测量评估，以提高对建筑施工状态考核目标实现的真实性和高效率。从本发明的应用来讲属于管理学领域，就技术而言属于电信和光电子技术领域。 

背景技术

我国的建筑施工企业管理均采用企业总部定期组织各职能部门到所属在施项目各项管理目标的状况进行接触式检查与考核。尤其是大、中型企业，其项目分布全国各地，总部组织的检查与考核要反复多次，传统的方法是管理人员要通过各种交通工具往返于项目和总部之间，每年每人行程数万公里到项目用钢尺、经纬仪、水平仪等工具测量工程质量允许偏差项和现场状态物距。因此每年都要消耗大量时间，花费大量资金用于交通、住宿和生活补贴，还使检查考核人员疲劳不堪，严重影响身体健康，造成工作效率低下。最终影响项目目标实现。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，设计一种新的考核方式，利用现代电子信息技术，通过网络，在企业总部(甲地)可以远程操控数千里之外的某个建筑工地(乙地)机器人，对建筑构件的几何尺寸、外观质量、现场各种施工管理状态，进行三维测量(空间测量，利用数学原理计算机自动计算)和实时浏览，从而获得被测、视目标的几何尺寸、物距、 垂直度、平整度、阴阳角方正等参数和各种资料。在测量的过程中，总部考核人员在办公室还可通过计算机屏幕，看到现场机器人的CCD成像设备发送过来的实时图像，以方便测量控制。设置高度测量模块以测量所在楼层的海拔高度，设置GPS模块以明确测量点所在的地理空间位置。在企业总部(甲地)设置有考核服务器，服务器上安装有考核软件和工程设计文档以及地理数据库，测量人员不用到现场就可以完成测量和察看，改变了长期以来需要人员赶往工地现场的考核方式，这是一场建筑工地管理方式的变革。由于本发明用现代化的技术解决了一个跨地区的空间测量难题，带来了工地考核时间大大缩短、效率和质量提高的好处，故称为4D考核系统，4D即空间里的x，y，z参数和时间t参数。 

本发明解决其技术问题的思路是：在每个区域公司配置一台机器人，当企业总部(甲地)需要检查或考核项目时(乙地)，由区域公司相关人员携带该机器人到现场布置，替代企业总部传统的检查考核方式。企业总部检查考核人员，通过对机器人的控制，精准获得所测数据和实时浏览。机器人动作规范、精细，可重复性好；机器人身上安装有测量所需的测距仪装置，该装置利用算法能获得建筑构件的几何尺寸、外观质量、现场各种施工管理状态、工程技术和管理资料，进行三维测量(空间测量，按照数学理论)和实时浏览，从而获得被测、视目标的几何尺寸、物距、垂直度、平整度、阴阳角方正等参数和各种资料。现场可在指令控制下启动或者停止测、视，并把数据传送出去，为了提供测量的视觉要求，机器人上安装有CCD成像装置，当需要浏览局部外观质量时，可直接调整分辨率，使浏览的图像达到最清晰的程度；机器人的运动和跟踪测量均在可视下进行；企业考核处(甲地)设置测量考核计算机一台或者多台，可供多人实时浏览。考核用数据库服务器至少一台。每台考核计算机都可通过各种方式接入互联网，向乙地机器人下达指令，实现远 程测、视。考核计算机上安装有考核测量软件，可以调用数据库中的数据对被测目标实现各种测量信息，还可以通过屏幕查看现场情况。服务器上安装有各个项目的工程设计文件数据库、考核指标数据库以及地理数据库，供所有的考核计算机调用。 

根据上述解决其技术问题的思路，本发明所采用的技术方案是 

一种非接触式建筑构件机器人测量法，其特征在于包括以下部件及功能： 

1、测量现场设置一台小型机器人，该机器人带有水平调节装置，可以根据测量的需要在水平方向和垂直方向运动，水平位置和垂直位置通过角坐标表示，运动的幅度满足测量精度要求，机器人的位置和运动幅度既以接受计算机控制，也可以将位置和幅度参数发送出去，供测量软件计算。 

2、机器人上设置用于测量距离的高精度测距仪，可以是激光测距，也可以是摄影测距，通过机器人的位置参数和距离参数，用计算软件计算出被建筑构件的几何尺寸等考核指标。 

3、机器人上还设置有用于辅助测量的视觉图像获取设备CCD摄像头。远程测量时，必须要知道测量目标的部位细节，由于测量人员不在现场，所以需要借助成像设备把目标情景实施传送给远方的测量操作者。测量操作者通过软件可以对CCD镜头进行变焦控制，以实现目标局部细节的查看。 

4、机器人上安装有高度传感器，测量所在楼层的海拔高度，测量精度满足楼层识别要求。总部部门远程考核人员可以通过高度数据评估所在楼层的层高是否符合所要抽检目标的高度位置要求。 

5、测量现场设置GPS模块一个，用于测量建筑物所在的地理位置，总部部门远程考核人员通过GPS数据清楚所在建筑物的方位是否符合所要抽检目标的高度位置要求。 

6、现场设置控制计算机一台，该计算机可以是嵌入式计算机、PC计算机或者笔记本电脑，该计算机既可以嵌入到机器人里面，也可以和机器人分离，该计算机要接入互联网以便和远程考核计算机交换数据。同时，该计算机也和机器人、测距仪以及成像设备、高度测量模块、GPS模块相连，通过配置的数据线将测量数据采集起来发送到远程考核计算机，该计算机接收考核计算机发送的指令，通过控制线控制机器人、成像装置、测量装置、高度传感器等部件。 

7、备用电源，在不方便提供220V电源的情况下，用本部件供电，使整个现场测量设备正常工作。 

8、考核处(甲地)根据需要设置至少一台数据库服务器，接入互联网，存储项目设计文档、地理数据库、考核用基本数据，供考核测量计算机使用。 

9、考核处(甲地)根据项目数目设置一定数量的考核计算机(也可以设置在另外一个地方)，接入互联网，考核计算机上安装有考核测量软件，可以控制远程现场的控制计算机。 

10、考核处的考核计算机和现场控制计算机所接入的互联网可以是以太网，也可以是语音通信公司的3G网，还可以是自己架设的WIFI网络，只要通信带宽满足视频数据实时传输的要求即可。 

由上面的技术方案可知，本发明具有以下的有益效果： 

1、利用技术手段实现了长期以来由人工来测量目标的远程测量(非接触测量)； 

2、解决了考核人员必须到达项目所在地现场进行测量的问题，大大降低企业差旅费用、所用时间和劳动强度； 

3、采用数据库管理，测量结果可靠和规范，提高了考核的客观性和公正性； 

4、采用GPS和高度传感器定位，提高远程考核时确定目标的真实性。 

具体实施方式及一般工作流程： 

实施方式主要包括下面几个方面。 

1、系统安装 

(1)考核现场(乙地)模块安装 

将机器人1固定在脚架上；把测距仪2安装到机器人1上把CCD摄像头3安装到机器人上，镜头轴线和测距仪轴线平行，且摄像机镜头和测距仪镜头同向，以便跟踪测量目标；将高度传感器5安装在机器人上；将GPS模块安装在三脚架上。以上设备分别插上电源插座，如果没有220V电源，则用电源模块7供电。测距仪、GPS、高度传感器均通过各自配备的线缆和控制计算机6连接，CCD摄像机直接接入互联网。 

在控制计算机上安装有配套的设备调试软件。主要作用是检查控制计算机是否和各个设备连接好，并能可靠控制，实际上是一个现场预测量软件，能够在现场完成测量功能。(2)考核处(甲地)设备安装 

将各种数据库安装在数据库服务器8上，将数据库服务器接入互联网； 

在考核计算机上安装考核软件，本系统设计开发的软件功能模块有： 

①机器人控制模块。可以初始化机器人的状态，控制机器人的水平、垂直运动，设置机器人运动的参数，获取、监视和保存机器人的状态参数等，以完成测量和浏览功能。 

②测距仪控制于测量。初始化测距仪，发送测量开始和结束命令，控制测量次数，显示、保存测量结果，运用机器人参数和测距结果，计算出考核所需要的值，如宽度、高度、垂直度、平整度以及相应误差。 

③GPS数据采集。采集考核现场建筑物的GPS参数，并在屏幕上显示，以便和该建筑物的设计图纸比对。 

④高度数据采集。采集考核现场所在楼层的高度值，并在屏幕上显示，以便和该建筑物的设计图纸比对。 

⑤实时视频监视。在考核计算机上显示考核现场的实时情景，用于观查测距情形，同时还可以检查工地的管理情况。 

⑥考核评价。根据测量值和评价指标体系，给出考核结果。 

⑦其它。为完成考核需配置的其它功能，如设置、查询、排序、数据备份、安全管理等。 

2、系统调试 

步骤1机器人水平调整。为保证测量的精度以及垂直度、平整度等参数的测量，必须将机器人调至水平状态。利用水平仪气泡法来判定是否处于水平状态。 

步骤2设备连通调试。运行现场控制计算机上的测试软件，查看控制计算机和各个发备连接是否畅通，并进行本地测量测试。 

步骤3远程初步测试。甲乙两地联网进行远程测量，为正式测量做准备。 

3、考核操作 

按照考核要求，逐项开展测量。 

步骤1调整摄像头焦距，确保能看清楚测量标记(激光光斑或者聚焦点)。 

步骤2调整机器人位置1，确保测量标记在测量目标点1，测量机器人到目标点1的距离D1。 

步骤3调整机器人位置2，确保测量标记在测量目标点2，测量机器人到目标点2的距离D2，同时，机器人在位置1和位置2的参数为己知，供程序计算使用。 

步骤2和3可以根据考核参数的需要，确定测量的次数。如长度和宽度的测量只需要两次，面积测量要3次，平整度和垂直度测量需要次数就多一些。 

步骤5现场情形查看。移动机器人，通过摄像头可以看到现场的实际情景，可以直观了解工地货物堆放等情况。 

一般工作流程 

1、企业总部配置计算机(考核服务器)，服务器上安装有考核软件，配置一台或多台电脑显示器并联网，必要时配置大型显示器； 

2、企业总部相关部门先确定考核目标和计划，并向区域公司相关部门下达； 

3、区域公司相关部门向项目索取电子版施工平面布置图、工程总平面图、建筑及结构图，并转发给企业总部相关部门以便掌握项目及工程信息； 

4、区域公司按照企业总部下达的考核计划所规定的时间，将考核机器人布置在所要考核的位置，接通电源及机器人相关组件，开机后向总部发送“准备就绪，请指示！”信息； 

5、总部相关部门根据相关考核依据操作计算机开始测、视考核目标，需要保存信息时，可将信息保存。当总部考核部门通过GPS及高度传感器获得的信息与计划考核目标不符时，应向乙地下达调整命令，区域公司相关人员按照总部下达的相关命令进行重置设备。 

6、当某一个项目考核完毕，需要考核下一个项目时，重复2、3、4、5。 

附图说明：(附图1是一种非接触式建筑构件机器人测量法测量建筑构件及相关系统的结构图) 

图中：1 小型机器人，2 高精度测距仪，3 CCD摄像头，4 高度传感器，5 GPS模块，6 控制计算机，7 备用电源，8、数据库服务器，9 考核处计算机，10 互联网可以是以太网，也可以是语音通信公司的3G网，还可以是自己架设的WIFI网络。 

Claims (1)

1.本发明是一种新的建筑施工企业对所属项目实体及现场状态的测量方法，它综合利用了GPS、高度传感、激光测量、网络、计算机、计算机软件编程、通信、智能机器人等技术。激光测距仪安装在智能机器人上，企业总部(甲地)可远程操控某建筑工地(乙地)机器人，获取建筑构件的几何尺寸、外观质量、现场各种管理状态(物距)进行空间测量信息，计算机自动计算处理(根据三角函数原理和计算软件编程技术)后便可得到被测量目标的几何尺寸、物距、垂直度、平整度、阴阳角方正等偏差数值。改变了传统的检查考核人员要用钢尺、经纬仪、靠尺、塞尺、阴阳角方尺等工具测量的方法。由于该方法利用机器人和激光测距仪近进行空间测量，还克服了传统的人工尺量对有一定高度的建筑构件难以测量和物距较大测量不精确等弊端。是一种可靠、方便、快捷、精准的测量方法，对提高工作效率、降低劳动强度、提高工程质量管理水平起到很大作用。