CN105225289A - 一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统及方法 - Google Patents

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刘聪
许莉娟
贾丽霞
王国贵
肖宁
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Yancheng Institute of Technology
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Abstract

一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统及方法，该系统包括固定在运输车车厢底部的超宽频RFID标签、固定在挖掘机驾驶舱舱内三个方位的超宽频接收器、带LTE网络传输模块的单片机系统、网络服务器以及手机或PC查询终端。该方法通过三个超宽频接收器去感知超宽频RFID标签所发射出的信号从而精确定位并唯一识别运输车；通过比较运输车和挖掘机间的距离和方向，判断是否处于装载状态。运输车装载完并驶出相对挖掘机一个较远的预订距离后，挖掘机的工作量车数计数信息加一；单片机通过LTE网络将计数信息发往网络服务器；经过服务器端的统计处理，用户可以通过手机或者PC终端实时的查询挖掘机工作量。

Description

一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统及方法。
背景技术
超宽频(UWB，ultra-wideband)是一种能耗极低的新型无线电技术，是当前研究和应用的热点，具有广阔的应用前景。定位和跟踪是超宽频的热点应用领域。相对传统的无线定位技术，超宽频定位具有能耗低，干扰少，精度高等特点。超宽频定位需要超宽频RFID标签和若干个超宽频接收器来配合实现。
超宽频RFID标签是一个大小大概1英寸的小方块，可以物理固定或粘结在物理器件上。超宽频RFID标签以一定时间间隔往外发射脉冲信号；超宽频接收器通过接收标签所发射的信号从而感知自身和标签的距离，并通过信号中的标识号来唯一识别该标签。目标标签的位置可以定位到一个篮球大小的位置精度内，定位精度远高于蓝牙等传统无线定位技术。
挖掘机因施工效率高、施工时间短，已成为各种矿山、工程建设较为理想的土方施工机械。在施工过程中，现场挖掘机配置较多，挖掘机工作量的统计对于工程结算十分重要。目前对于挖掘机工作量的统计大部分采用人工计数。一个方法是配置专门计数人员现场记录挖掘机装了多少车，以具体的车数来衡量其工作量；另一个方法是对运输车进行发牌子处理，通过计算牌子的数量来确定运输车的装运车数。这些人工计数方法耗费大量的人力，并且漏洞巨大、结算复杂、容易出错。中国申请专利201310172544.1中描述的基于电子计数的技术，试图解决该计数问题，但是该方法中仍然需要通过挖掘机司机手动触发计数按键而实现计数，极易出现忘记按计数键，重复按键等情况，并且也可能影响到挖掘机司机的工作效率和安全生产，所以在实际中该专利的方案存在严重的局限性，难以推广。
因此，提出一种全自动的工程挖掘机工作量计数系统和方法，具有非常重要的实际意义。可以极大的节省成本，提高效率，并且能够更精确科学的衡量和结算挖掘机的工作量，提高工程管理的科学水准。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统及方法，其目的在于，克服依靠人工计数或按钮计数成本高、费时费力、漏洞较大、容易出错、结算复杂、效率低、无法实时统计和查询的问题。
技术方案：一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，包括以下部件：固定在运输车车厢底部的超宽频RFID标签；固定在挖掘机驾驶舱内三个方位的超宽频接收器；带LTE网络传输模块的单片机系统；网络服务器；手机或PC查询终端。
上述超宽频RFID标签固定在运输车车厢底部，定时向外发送极短的超宽频脉冲信号，信号中包括标签的唯一标识号。
上述超宽频接收器，固定在挖掘机驾驶舱内的三个不同方位，这三个方位在水平面上确定一个平面参考系。超宽频接收器读取来自超宽频RFID标签的信号，根据信号强度感知标签距离，读取信号中的标识号唯一确定标签；
上述带LTE网络传输模块的单片机系统，通过通信线路和三个超宽频接收器连接，获取并处理来自超宽频接收器的数据，包括标签的标识号及与挖掘机的距离信息。根据标签与三个不同方位的接收器之间的距离，通过计算在权利要求3中所述的平面参考系上唯一的确定标签的方位，即确定标签所在运输车和挖掘机的相对距离及方向角度。然后根据运输车和挖掘机之间的相对距离及方向，判断是否处于装载状态。单片机系统，跟踪已经过装载状态的运输车位置，当运输车驶出相对挖掘机一个较远的预定距离时，判断该运输车已完成装载并已驶离。将挖掘机的工作量车数计数信息加一。并将新增的工作量计数信息通过LTE网络发往网络服务器。这些工作量计数信息，包括挖掘机标识号、运输车标识号、时间等信息。
上述的网络服务器接收挖掘机工作量计数信息，通过Web服务模块提供网络查询统计访问服务。提供按时间段对特定挖掘机的工作量进行统计查询。
上述的手机或PC，可以通过web浏览器访问网络服务器，实时查询或统计挖掘机的工作量信息。
附图说明
图1是本发明基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统图；
图2是本发明基于超宽频技术精确定位运输车的方法原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，为本发明的基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统图，该系统包括固定在运输车车厢底部的超宽频RFID标签、放置在挖掘机驾驶舱内三个方位的超宽频接收器、带LTE网络传输模块的单片机系统、互联网服务器、以及手机或PC查询终端，其中，三个超宽频接收器通过通信线路与单片机相连。
一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数方法，三个超宽频接收器通过感知超宽频RFID标签所发射出的信号从而精确定位运输车的距离和方向并通过RFID信号中的标识号唯一识别运输车；通过比较挖掘机和运输车的距离和方向，判断是否处于装载状态。单片机系统，跟踪已经过装载状态的运输车位置，当运输车驶出相对挖掘机一个较远的预定距离时，判断运输车已完成装载并已驶离。将挖掘机的工作量车数计数信息加一，并将新增的工作量计数信息通过LTE网络发往网络服务器。这些工作量计数信息，包括挖掘机标识号、运输车标识号、时间等信息；网络服务器通过Web服务模块提供网络查询统计访问服务，用户手机或者PC终端可以通过web浏览器访问服务器查询或统计挖掘机工作量信息。
如图2所示，基于超宽频技术精确定位运输车的方法原理。该方法中超宽频RFID标签1被固定在运输车车厢2底部。三个超宽频接收器3被安装在挖掘机驾驶舱4内部三个不同的位置。由于三点决定一个平面，三个超宽频接收器3的方位可以在水平面上构建一个平面参考系。每一个超宽频接收器3通过感知超宽频RFID标签1所发射出的信号，根据信号强度确定自身与标签的距离5。可知超宽频RFID标签1必然位于以超宽频接收器3为圆心，以距离5为半径的圆周6上。以三个超宽频接收器3为圆心，各自距离为半径，得到三个圆。这三个圆在水平面上必然只有一个交点，就是超宽频RFID标签1的位置。从而可以精确的确定超宽频RFID标签1位置，也就是运输车相对于挖掘机的精确方位。
本发明中对于挖掘机与运输车的距离和方向的比较以及挖掘机工作量的计数由单片机软件去处理。单片机通过LTE网络将挖掘机的工作量计数信息发送到网络服务器，发送信息包括挖掘机号，运输车标识号、时间等。
用户可以经各种终端如手机或者PC通过web浏览器网络访问网络服务器，查询或统计挖掘机的工作量。
本发明专利提供了一种远程实时精确的查询统计挖掘机工作量的基本方法，能够清楚、直观的了解挖掘机的施工效率。

Claims (9)

1.一种基于超宽频定位的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，包括以下部件：
固定在运输车车厢底部的超宽频RFID标签；
固定在挖掘机驾驶舱内三个方位的超宽频接收器，接收来自超宽频RFID标签的信号，根据信号强度感知标签距离，读取信号中的标识号唯一确定标签；
带LTE网络传输模块的单片机系统，完成主要的计算任务，并把计数信息通过LTE网络发送到网络服务器；
网络服务器，接收和存储数据，并提供查询访问服务；
手机或PC查询终端，可通过网络访问服务器实时查询挖掘机工作量计数信息。
2.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述超宽频RFID标签固定在运输车车厢底部，定时向外发送极短的超宽频脉冲信号，信号中包括标签的唯一标识号。
3.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的超宽频接收器，固定在挖掘机驾驶舱内的三个不同方位，这三个方位在水平面上确定一个平面参考系。
4.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的带LTE网络传输模块的单片机系统，通过通信线路和三个超宽频接收器连接，获取并处理来自超宽频接收器的数据，包括标签的标识号及距离信息。
5.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的带LTE网络传输模块的单片机系统，可以根据标签与三个不同方位的接收器之间的距离，经过计算在权利要求3中所述的平面参考系上唯一的确定标签的方位，即确定标签所在运输车和挖掘机的相对距离及方向角度。
6.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的带LTE网络传输模块的单片机系统，根据运输车和挖掘机之间的相对距离及方向，判断是否处于装载状态。
7.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的带LTE网络传输模块的单片机系统，跟踪已经过装载状态的运输车位置；当运输车驶出相对挖掘机一个较远的预定距离时，判断该运输车已完成装载并已驶离，将挖掘机的工作量车数计数信息加一，并将新增的工作量计数信息发往网络服务器。
8.根据权利要求7所述的工作量计数信息，其特征在于，包括挖掘机标识号、运输车标识号、时间等信息。
9.根据权利要求1所述的工程挖掘机工作量计数系统，其特征在于，所述的网络服务器接收挖掘机工作量计数信息，通过Web服务模块提供网络查询统计访问服务。
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