CN108137294A - 用于施工现场监控的方法，作业机器和用于施工现场监控的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实时监控具有一个或多个作业机器(10，11)的施工现场的当前状态的方法，其中安装在至少一个作业机器(10，11)上的监控机构(30，31)实时观察所述作业机器(10，11)的周围环境并且生成相应的观察数据，其中所生成的所述观察数据由所述监控机构(30，31)传输给至少一个计算单元(40)以实时评估当前的施工现场状态。本发明还涉及一种具有至少一个用于实时监控作业机器周围环境的监控机构(30，31)的作业机器(10，11)。

Description

用于施工现场监控的方法，作业机器和用于施工现场监控的 系统

技术领域

本发明涉及一种用于实时监控具有一个或多个作业机器的施工现场的当前状态的方法。

背景技术

目前的状况是，所有行业的施工现场大多数情况下数字地制订和规划。然而，一旦开始在施工现场的作业，那么数字技术的使用变得越来越少。在执行施工作业期间主要使用纸质文件，如图纸、工作单、送货单以及语言沟通。因此，对施工进度的监控和控制手动地通过对照可用的文件来进行。

施工现场监控的一个重要方面是设立防碰撞监控，以便避免作业机器彼此间以及作业机器与施工现场或者施工设备上的可能的对象发生危险的碰撞。迄今为止，用于各个作业机器的碰撞监控在其个体的机器控制装置上实施。为此，机器能够或者必须关于其运行动作彼此通信。不满足这种通信前提条件的机器或者尤其设备不会被碰撞监控检测到。

发明内容

然而，迄今为止的施工现场监控在技术化日益增加的时期显得不再适宜。因此，本发明的目的是寻找一种用于自动化地进行施工现场监控的适宜的解决方案。

该目的通过根据权利要求1的特征所述的方法来实现。所述方法的有利的设计方案是从属权利要求的主题。

根据本发明，提出一种用于对具有一个或多个作业机器的施工现场的当前状态进行实时监控的方法。为此，安装在至少一个作业机器上的监控机构实时观察作业机器的周围环境并且生成相应的用于后续处理的观察数据。所生成的所述观察数据由监控机构传输给至少一个计算单元以实时评估当前的施工现场状态。

一个或多个监控机构在作业机器的邻近地区中实时检测可能的施工设备(Baugewerke)和/或施工现场对象和/或人员和/或其它作业机器。检测和/或生成观察数据能够连续地或者周期性地或者手动地根据用户请求来进行。通过在特定的时间段内的观察，由此生成的观察数据能够得出关于施工现场上的进度的结论。优选地，能够通过与数字化的施工现场规划的比较来监控和检查当前的施工进度。

所安装的监控机构例如能够是摄像机或者扫描装置，所述摄像机或者扫描装置安装在施工现场的适宜的作业机器上。可以考虑的是，使用应答器/收发器技术来进行监控，其中作业机器或其构件和/或建筑组件配设有相应的应答器或收发器模块。如下机器被证实为适宜的作业机器，所述机器允许架高的安装位置，使得监控机构在施工现场的至少一个子区域上具有良好的概览。在这种情况下适宜的是尤其建筑用起重机，即塔式起重机，所述塔式起重机能够实现将监控机构安装在高的高度上，例如安装在塔顶区域中或者安装在悬臂系统处。尤其悬臂系统在高的高度上的可枢转性引起范围广的观察半径。

理想情况下，在作业机器的正常工作方式期间，能够在不限制施工现场运行的情况下监控周围环境。监控机构生成如下数据作为观察数据，所述数据表示作业机器的周围环境的细节，例如施工现场上的一个或多个其它的作业机器以及其运动，和/或施工设备和其状态和/或施工现场的其它对象以及施工现场上的人员。

将观察数据传输给至少一个计算单元允许随后对当前的施工现场状态进行评估。该步骤不再必须手动地根据书面文件进行，而是能够通过按下按钮全自动化地或者至少部分自动化地执行。在最简单的情况下，在计算单元上仅进行所检测到的观察数据的再现，例如作为图像信息的再现，使得施工现场状态的至少一个远程检查可以通过主管的本领域技术人员进行。

特别优选的是，观察数据提供对机器周围环境的二维的或者三维的图像显示。为了显示机器周围环境，尤其为了对建筑物进行建模，在此优选借助于软件使用用于优化规划、执行和管理建筑物的方法。已知的方法是“建筑信息建模(building informationmodeling)”(简称BIM，德语是Gebaudedatenmodellierung)。在此，对所有相关的建筑物数据进行数字地检测、组合和互联。建筑物能够作为虚拟的建筑模型也在几何形状上可视化(计算机模型)。

为此例如使用激光扫描仪作为监控机构，所述激光扫描仪具有对施工现场周围环境的三维扫描。同样可以考虑的是，替选地或者附加地使用雷达和/或收发器-应答器解决方案，如RFID或者RuBee。

可以考虑的是，计算单元要么是中央计算单元，要么是所观察的作业机器的机器控制装置的组成部分。

将计算单元转移到中央计算单元上的优点在于，所述中央计算单元能够负责位于施工现场上的一个或多个作业机器或监控机构。可以考虑的是，多个作业机器配设有相应的监控机构，使得不同的作业机器的所生成的观察数据可在中央计算单元中集合并且能够一起进行评估。由此产生对可观察的施工现场面积的优化的覆盖。监控机构在其它对象上的设置，例如在施工设备本身上的设置同样是可设想的。对当前的施工现场状态的评估和显示例如能够基于用户请求或者周期性地进行。

同样可以考虑的是，中央计算单元根据所接收到的观察数据实施对一个或多个作业机器的防碰撞监控。通过观察数据能够及早识别某些危险状况，必要时通过预先计算来进行预测，并且必要时将警告发送给作业机器的相应的机器控制装置。显然也可以考虑的是，通过中央计算单元直接干预对相应的作业机器的控制。

如果计算单元是所观察的作业机器的机器控制装置的组成部分，那么所述观察数据能够直接被考虑用于机器执行器的控制。这尤其在实施防碰撞监控时是有意义的。为了实现计算单元，也能够使用由本地的机器控制装置和中央计算单元构成的分布式系统。

然而，经由计算单元对一个或多个作业机器的控制不仅能够适合用于防碰撞目的，而且同样能够实现施工现场的全自动化的进行，其中所述计算单元要么作为机器控制装置的组成部分，要么作为中央计算单元。可以考虑的例如是，施工现场上的一个或多个作业机器全自动地通过中央计算单元远程控制从而能够自动化地规划、监控和执行施工现场上的进度。

除了根据本发明的方法，当前的目的同样通过一种作业机器，尤其起重机来实现，所述作业机器具有至少一个用于对作业机器周围环境进行实时监控的监控机构。除了监控机构外，还提供通信机构，所述通信机构能够实现监控机构的所生成的观察数据到中央计算单元和/或作业机器的本地的机器控制装置上的传输。这种作业机器适合用于实行根据本发明的方法。根据本发明的方法的优点和特性由此无限制地也适用于根据本发明的作业机器。

监控机构能够包括激光扫描装置，尤其3D激光扫描仪，或者替选地能够是其它用于创建图像的观察数据的摄像装置。激光扫描单元的所使用的扫描方法能够根据“机载激光扫描”或者替选地也能够根据“地面激光扫描”来进行。激光扫描单元的设置优选在作业机器的架高的安装点处进行。在起重机中，在这种情况下，设置在塔顶或者起重机悬臂的区域中是有利的或者设置在空中调运车(Laufkatze)或者吊钩处也是有利的。监控机构的供电例如能够经由对空中调运车的常规供电进行。显然可以考虑的是，通过起重机的其它消耗器集成单独的供电装置或能量供给装置。

除了扫描仪单元，监控机构能够附加地具有至少一个雷达模块，所述雷达模块由雷达发送器和雷达接收器构成。补充的雷达模块附加地允许检测空间的附加信息，例如可通过距离测量装置来示出周围环境的三维模型，尤其结合激光扫描仪的数据。

也可以考虑的是，监控机构替选地或者附加地包括应答器/收发器解决方案。作业机器或其组件以及其它施工现场对象或建筑物组件能够配设有相应的应答器，所述应答器可通过监控机构的接收模块检测。这些应答器同样能够像激光扫描仪一样装入现有的监控机构中，或者也能够附加地安置。

能够使用RFID系统作为应答器/收发器解决方案。RFID系统具有如下缺点：通过金属强烈地限制其接收能力，替选地或者附加地也可以使用标准化的LWID(长波识别，LongWave Identfication)技术，也称为RuBee技术，其同样能够实现对作业机器的，尤其起重机、构件或所有建筑物组件的3D检测，所述作业机器配设有这种收发器模块/单元。所使用的单元能够检测、存储对象并且可相应地让其进入建筑物计划的BIM数据(3D建筑物信息)中。

在应答器技术中常常使用RFID，然而该技术在金属的环境中具有严重的缺点。未来可能更愿意使用新的技术，所述新的技术称为LWID(长波识别)或RuBee。

除了作业机器以外，本发明还包括一种具有至少一个根据本发明的这种作业机器的系统。所述系统优选适合于执行根据本发明的方法，由此所述系统的特征在于与所述方法或作业机器相同的优点和特性。因此，重复地描述被认为是不必要的。

本发明的其它优点和特性在下文中简要概述。

本发明的主要的核心思想在于，未来数字地模拟、预先规划和监控施工现场，并且可选地也自动化地运行施工现场。在这种情况下，尤其应当自动化地或者至少部分自动化地远程控制建筑用起重机。为此，未来必须存在如下装置，所述装置能够三维地实时检测施工进度并且关于所述施工进度进行通信。这被认为是后续的施工现场运行自动化的基本前提条件。可选地，如下系统是所期望的，所述系统能够有效地防止在施工现场上的各个施工机械的可能的碰撞并且甚至能够提前计算。

对于施工现场监控而言，由于该原因需要监控机构，所述监控机构需放置在施工现场的适宜的部位处，以便能够获得对施工现场上的整个流程的尽可能好的概览。建筑用起重机通常覆盖施工现场的所有面积从而能够无障碍地记录关于几何形状和性质的信息。由于该原因，将激光扫描仪装置安装在建筑用起重机上，所述激光扫描仪装置也在常规施工现场运行期间系统地扫描施工现场。所述信息被传递给施工现场的操作者。因此，操作者常规地或者在按下按钮时获得施工状态的当前图像，而其本人不必在施工现场出现。

这种数据传输要么能够在日间进行，要么能够周期性地以特定的时间间隔进行。激光扫描仪装置在建筑用起重机上的安装在塔附近或者在悬臂系统处进行。激光扫描仪装置能够安装在悬臂系统上或者直接安装在空中调运车处或者也能够安装在吊钩处。为了给激光扫描仪单元供给能量，能够使用通向空中调运车或者吊钩的电流输送装置。附加地，扫描仪模块能够具有雷达传感器和雷达接收器，以便获得空间的附加信息从而必要时避免碰撞。

起重机的观察数据被传送给中央计算单元，所述中央计算单元评估所接收到的数据并且基于所述数据实现对施工现场运行的监控。除了对施工现场进度的纯监控，同样能够进行对各个作业机器的碰撞监控，所述碰撞监控根据激光扫描仪装置或者雷达系统的所提供的图像材料来工作。

同样可以考虑的是，通过中央计算单元根据所提供的观察数据来远程控制作业机器，尤其建筑用起重机。该方法途径允许全自动化的施工现场运行。

出于该目的，例如能够提出，中央计算单元与建筑用起重机的各个机器控制装置通信。

附图说明

本发明的其它优点和特征在下文中根据在附图图示中示出的实施例详细阐述。

附图示出：

图1在俯视图中示出具有根据本发明的起重机的施工现场场景的简图，以及

图2示出根据图1的场景的侧视图。

具体实施方式

这两个附图1、2简略示出针对使用根据本发明的系统的可能的施工现场场景。在所示出的实施例中，所述系统包括两个彼此不相关地工作的施工现场起重机10、11，所述施工现场起重机分别设计为塔式回转起重机。借助于这两个建筑用起重机10、11设立施工现场监控，所述施工现场监控允许对施工现场上的进度进行监控，例如示例性地绘出的建筑物20、21的进度监控。

出于该目的，这两个起重机配设有适宜的、呈三维的激光扫描仪形式的监控机构30、31。第一传感器30固定在吊钩12的区域中。传感器30的必要的供电经由空中调运车13的电流输送装置来提供。在附图图示中表明传感器30的侧面的并且向下指向的检测，然而本发明不局限于具体的检测区域或检测角，当然，在起重机悬臂下方和附近的施工现场区域通常是感兴趣的。

另一传感器装置31在这两个起重机10、11中安装在悬臂镇重物(Auslegergegenballast)15的区域中，所述另一传感器装置扫描位于镇重物后方的环境。之前所描述的内容在此也是适用的，3D激光扫描仪传感器装置31不一定局限于特定的检测区域。

这两个激光扫描仪传感器30、31随着悬臂旋转运动而运动，使得在起重机工作期间能够扫描施工现场的大的区域。图1示出起重机悬臂的工作半径40、41并且示出集成的传感器装置30、31的可检测的范围。由此，可在起重机工作进行时在相应的起重机运动中生成施工现场的完整图像。与起重机10、11的悬臂高度相结合，能够近似无间隙地检测整个施工现场。

这两个3D激光扫描仪传感器30、31与这两个起重机10、11的相应的起重机控制装置16通信并且连续地或基于请求将其检测数据传送给相应的控制装置16。为中央的施工现场监控设有中央计算单元40，所述中央计算单元以通信的方式与这两个起重机控制装置16连接以交换传感器装置30、31的传感器信号。也可以考虑直接将计算单元40与相应的传感器装置30、31连接。中央计算单元40和起重机10、11之间的通信被设计为双向的。

通过中央计算单元40能够根据当前的传感器信号确定施工现场上的当前状态。传感器装置30、31不仅检测建筑物20、21或者其施工进度，而且同样存在可以经由传感器装置30、31监控施工现场上的其它作业机器或其运动的可行性。基于此，能够借助于传感器数据实行碰撞监控，所述碰撞监控及早识别起重机10、11之间的可能的碰撞并且必要时采取对策。关于这一点例如可以考虑的是，中央单元40直接对相应的起重机控制装置16产生影响并且将用于远程控制起重机10、11的控制指令传输给机器。如果例如通过计算单元40识别到在这两个机器10、11之间即将发生碰撞，那么将相应的停止信号传输给一个或这两个起重机10、11并且立即停止机器。此外，这两个起重机控制装置16也能够彼此耦联以相互进行信息交换。

评估由中央计算单元40接收到的传感器数据要么能够连续地进行要么能够在需要时根据手动的用户请求来进行。根据本发明的系统据此提供如下可行性：也在运行中以电子的方式持续监控施工现场的当前状态。在此尤其有利的是，监控不必在现场进行，而是也能够借助于计算单元40通过从任意地点，如施工管理者的总部进行远程访问来实行。

Claims (13)

1.一种用于实时监控具有一个或多个作业机器的施工现场的当前状态的方法，其中安装在至少一个作业机器上的监控机构实时观察所述作业机器的周围环境并且生成相应的观察数据，其中所生成的所述观察数据由所述监控机构传输给至少一个计算单元以实时评估当前的施工现场状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一个或多个所述监控机构检测和观察在作业机器的邻近地区中的施工设备和/或施工现场对象和/或人员和/或其它作业机器，其中所述计算单元优选借助于所收集的所述观察数据根据施工计划来评估当前的施工进度。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述观察数据包括机器周围环境的二维或三维的图像显示。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算单元是中央计算单元，所述中央计算单元从一个或多个位于施工现场上的作业机器接收所述观察数据，评估所述观察数据并且选择性地显示当前的施工现场状态，优选以对手动的用户请求进行响应的方式或者自动地以周期性的间隔进行。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算单元借助于接收到的所述观察数据在一个或多个作业机器和施工现场对象和/或其它安置在所述施工现场上的作业机器之间实施防碰撞监控。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算单元是所观察的作业机器的机器控制装置的组成部分，其中所述机器控制装置考虑将所输送的观察数据用于控制一个或多个机器执行器。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述计算单元是中央计算单元，并且至少一个所述作业机器的所述观察数据用于远程控制所述施工现场上的一个或多个作业机器。

8.一种作业机器，尤其起重机，具有至少一个用于实时监控作业机器周围环境的监控机构，以及具有用于将所生成的观察数据传输给中央计算单元和/或所述作业机器的本地的机器控制装置的通信机构。

9.根据权利要求8所述的作业机器，所述作业机器用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.根据权利要求8或9所述的作业机器，其中所述监控机构包括激光扫描仪装置，尤其3D激光扫描仪，和/或收发器/应答器技术，如优选RFID和/或RuBee。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的作业机器，其特征在于，所述监控机构设置在所述作业机器的悬臂上，其中所述监控机构的供电优选经由所述悬臂的现有的能量供给装置，例如空中调运车的电流输送装置来提供。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的作业机器，其中所述监控机构附加地包括雷达模块，所述雷达模块由用于检测空间的附加信息的雷达发送器和接收器构成。

13.一种系统，所述系统包括根据权利要求8至12中任一项所述的用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的至少一个作业机器。