CN108661112B - 基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法，所述方法包括使用基于灰尘测量的多功能挖掘机以在挖掘机现场图像中存在图案面积超限的人体目标图案时，及时停止输出挖掘机的动力。通过本发明，能够基于灰尘浓度检测在挖掘现场实现自动喷射式除灰。

Description

基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法。

背景技术

第一代挖掘机：电动机、内燃机的出现，使挖掘机有了先进而合适的电动装置，于是各种挖掘机产品相继诞生。1899年，第一台电动挖掘机出现了。第一次世界大战后，柴油发动机也应用在挖掘机上，这种柴油发动机(或电动机)驱动的机械式挖掘机是第一代挖掘机。

第二代挖掘机：随着液压技术的广泛使用，使挖掘机有了更加科学适用的传动装置，液压传动代替机械传动是挖掘机技术上的一次大飞跃。1950年德国的第一台液压挖掘机诞生了。机械传动液压化是第二代挖掘机。

第三代挖掘机：电子技术尤其是计算机技术的广泛应用，使挖掘机有了自动化的控制系统，也使挖掘机向高性能、自动化和智能化方向发展。机电一体化的萌芽约发生在1965年前后，而在批量生产的液压挖掘机上采用机电一体化技术则在1985年左右，当时主要目的是为了节能。挖掘机电子化是第三代挖掘机的标志。

挖掘机行业厂商大致可以分为四类。国内7成以上挖掘机被国外品牌所占据，国产品牌尚以小挖和中挖为主，但国产挖掘机份额正在逐步提升，2017年同比提高3.6%。

现有技术中，挖掘机现场灰尘浓度过高，对现场环境造成严重影响，同时施工环境下对周围是否存在人体的判断也无法实现，容易引起人员伤亡事故。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法，能够在挖掘机现场图像中，当存在图案面积超限的人体目标图案时，判断存在人体，并及时停止输出挖掘机的动力，还建立了基于灰尘浓度检测的自动喷射除灰机制，保证现场环境的同时，提高了现场拍摄设备的拍摄精度。

更具体地，本发明具备以下几个关键发明点：

（1）建立了基于灰尘浓度检测的自动喷射除灰机制，保证现场环境的同时，提高了现场拍摄设备的拍摄精度；

（2）在现场拍摄设备中，对拍摄图像执行与当前灰尘浓度对应力度的灰尘消除处理，进一步提高拍摄图像的质量；

（3）在挖掘机现场图像中，当存在图案面积超限的人体目标图案时，判断存在人体，并及时停止输出挖掘机的动力，缩短了现场对人体保护的应急速度；

（4）只对图像中相对更有效的亮度信号成分进行直方图均衡化处理，以有效减少图像处理的运算时间；

（5）为了克服将待处理子图像与各个基准对象图案的尺寸差异，首先对待处理子图像进行尺寸变换处理，以达成与基准对象图案的尺寸一致性，然后采用定制的特征提取模式进行特征匹配，以准确获取待处理子图像中的对象类型。

根据本发明的一方面，提供了一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法，所述方法包括使用基于灰尘测量的多功能挖掘机以在挖掘机现场图像中存在图案面积超限的人体目标图案时，及时停止输出挖掘机的动力，所述基于灰尘测量的多功能挖掘机包括：

灰尘测量仪，设置在挖掘机的铲斗附近，用于对挖掘机的铲斗附近场景的灰尘浓度进行现场测量，以获得当前灰尘浓度，并输出所述当前灰尘浓度；

水箱，设置在挖掘机的控制室附近，用于为加湿水体提供储存空间；

连接管道，一端与所述水箱连接，另一端与喷头连接，用于将所述水箱内的水体传送到所述喷头处；

喷头，设置在挖掘机的铲斗上，用于接收来自连接管道的水体，以用于现场喷射；

控制阀，位于所述连接管道和所述水箱的连接部，与所述灰尘测量仪连接，用于接收所述当前灰尘浓度，并在所述当前灰尘浓度超限时，打开所述连接管道，以便于所述连接管道将所述水箱内的水体传送到所述喷头处进行现场除湿喷射；

全景采集设备，设置在所述挖掘机的顶部，分别与所述灰尘测量仪和所述控制阀连接，包括图像传感器和灰尘消除器，所述图像传感器用于对挖掘机周围进行全景图像感应，以获得实时全景图像，所述灰尘消除器分别与所述控制阀和所述图像传感器连接，用于在所述当前灰尘浓度超限，对所述实时全景图像执行与所述当前灰尘浓度对应力度的灰尘消除处理，以获得并输出灰尘消除图像；

均衡化处理设备，与所述全景采集设备连接，用于接收所述灰尘消除图像，对所述灰尘消除图像中的亮度信号执行直方图均衡化处理而同时对所述灰尘消除图像中的两个色差信号不执行任何直方图均衡化处理以获得均衡化图像。

具体实施方式

下面将对本发明的实施方案进行详细说明。

当前，挖掘机施工现场对环境的保护不力，同时对现场施工人员的安全也无法得到保证。为了克服上述不足，本发明搭建一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法，所述方法包括使用基于灰尘测量的多功能挖掘机以在挖掘机现场图像中存在图案面积超限的人体目标图案时，及时停止输出挖掘机的动力，所述基于灰尘测量的多功能挖掘机能够同时解决上述各项问题。

根据本发明实施方案示出的基于灰尘测量的多功能挖掘机包括：

灰尘测量仪，设置在挖掘机的铲斗附近，用于对挖掘机的铲斗附近场景的灰尘浓度进行现场测量，以获得当前灰尘浓度，并输出所述当前灰尘浓度；

水箱，设置在挖掘机的控制室附近，用于为加湿水体提供储存空间；

连接管道，一端与所述水箱连接，另一端与喷头连接，用于将所述水箱内的水体传送到所述喷头处；

喷头，设置在挖掘机的铲斗上，用于接收来自连接管道的水体，以用于现场喷射；

控制阀，位于所述连接管道和所述水箱的连接部，与所述灰尘测量仪连接，用于接收所述当前灰尘浓度，并在所述当前灰尘浓度超限时，打开所述连接管道，以便于所述连接管道将所述水箱内的水体传送到所述喷头处进行现场除湿喷射；

全景采集设备，设置在所述挖掘机的顶部，分别与所述灰尘测量仪和所述控制阀连接，包括图像传感器和灰尘消除器，所述图像传感器用于对挖掘机周围进行全景图像感应，以获得实时全景图像，所述灰尘消除器分别与所述控制阀和所述图像传感器连接，用于在所述当前灰尘浓度超限，对所述实时全景图像执行与所述当前灰尘浓度对应力度的灰尘消除处理，以获得并输出灰尘消除图像；

均衡化处理设备，与所述全景采集设备连接，用于接收所述灰尘消除图像，对所述灰尘消除图像中的亮度信号执行直方图均衡化处理而同时对所述灰尘消除图像中的两个色差信号不执行任何直方图均衡化处理以获得均衡化图像；

边缘分析设备，与所述均衡化处理设备连接，用于接收所述均衡化图像，对所述均衡化图像执行边缘分析，以将边缘组成的多个区域从所述均衡化图像中分割出来，以作为多个边缘子图像输出；

归一化处理设备，与所述边缘分析设备连接，用于接收每一个边缘子图像，并对每一个边缘子图像执行以下处理：将所述边缘子图像分别基于各个基准对象图案的尺寸大小进行相应的尺寸变换处理，以获得各个尺寸变换子图像，每一个尺寸变换子图像与其对应的基准对象图案的尺寸相同，获取每一个基准对象图像的特征值以作为基准特征值，还用于获取与所述基准对象图像对应的尺寸变换子图像的特征值以作为变换特征值，计算上述二种特征值之差的绝对值以作为所述基准对象图像对应的绝对值，选择绝对值最小的基准对象图像对应的对象类型作为所述边缘子图像内的对象识别类型输出；

人体解析设备，与所述归一化处理设备连接，用于接收在所述均衡化图像中，对象识别类型为人体的一个或多个边缘子图像，并在所述一个或多个边缘子图像中存在图像面积超限的边缘子图像时，发出人体报警信号，否则，发出无人体信号；

动力输出设备，与所述挖掘机的柴油机，用于将所述挖掘机的柴油机的动力输出；

动力驱动设备，与所述动力输出设备连接，用于在接收到所述人体报警信号时，控制所述动力输出设备以停止将所述挖掘机的柴油机的动力输出。

接着，继续对本发明的基于灰尘测量的多功能挖掘机的具体结构进行进一步的说明。

在所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中：

所述获取每一个基准对象图像的特征值以作为基准特征值包括：以所述基准对象图像的左下角为坐标系的原点，获取所述基准对象图像内的待分析正方形，所述待分析正方形以所述基准对象图像的左下角为左下角，以预设长度阈值为边长且位于所述基准对象图像内的正方形，针对所述待分析正方形内的每一个像素点，将其横坐标与其纵坐标之差的平方与其像素值相乘，以作为其特征值，将所述待分析正方形内的各个像素点的特征值相加以获得所述分析正方形的特征值并作为基准特征值。

在所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中：

所述获取与所述基准对象图像对应的尺寸变换子图像的特征值以作为变换特征值包括：以所述尺寸变换子图像的左下角为坐标系的原点，获取所述尺寸变换子图像内的待分析正方形，所述待分析正方形以所述尺寸变换子图像的左下角为左下角，以预设长度阈值为边长且位于所述尺寸变换子图像内的正方形，针对所述待分析正方形内的每一个像素点，将其横坐标与其纵坐标之差的平方与其像素值相乘，以作为其特征值，将所述待分析正方形内的各个像素点的特征值相加以获得所述分析正方形的特征值并作为变换特征值。

在所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中：

在所述动力驱动设备中，还用于在接收到所述无人体信号时，控制所述动力输出设备保持将所述挖掘机的柴油机的动力输出。

所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中还可以包括：

现场显示设备，与所述全景采集设备和所述灰尘测量仪连接，用于现场显示所述灰尘消除图像和所述当前灰尘浓度。

在所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中：

所述控制阀还用于在所述当前灰尘浓度未超限时，关闭所述连接管道，以停止所述连接管道对所述水箱内的水体的传送。

在所述基于灰尘测量的多功能挖掘机中：

所述图像传感器还用于在所述当前灰尘浓度未超限时，直接将所述实时全景图像作为灰尘消除图像输出。

另外，实时发送设备，与所述全景采集设备和所述灰尘测量仪连接，用于基于ZIGBEE无线信道实时发送所述灰尘消除图像和所述当前灰尘浓度。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。

采用本发明的基于灰尘测量的多功能挖掘机，针对现有技术中挖掘机现场环境恶劣且安全性差的技术问题，只对图像中相对更有效的亮度信号成分进行直方图均衡化处理，以有效减少图像处理的运算时间，为了克服将待处理子图像与各个基准对象图案的尺寸差异，首先对待处理子图像进行尺寸变换处理，以达成与基准对象图案的尺寸一致性，然后采用定制的特征提取模式进行特征匹配，以准确获取待处理子图像中的对象类型，在此基础上，在挖掘机现场图像中，当存在图案面积超限的人体目标图案时，判断存在人体，并及时停止输出挖掘机的动力，缩短了现场对人体保护的应急速度，尤为关键的是，建立了基于灰尘浓度检测的自动喷射除灰机制，保证现场环境的同时，提高了现场拍摄设备的拍摄精度，在现场拍摄设备中，对拍摄图像执行与当前灰尘浓度对应力度的灰尘消除处理，进一步提高拍摄图像的质量。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于灰尘测量的多功能挖掘机的使用方法，所述方法包括使用基于灰尘测量的多功能挖掘机以在挖掘机现场图像中存在图案面积超限的人体目标图案时，及时停止输出挖掘机的动力，其特征在于，所述基于灰尘测量的多功能挖掘机包括：

灰尘测量仪，设置在挖掘机的铲斗附近，用于对挖掘机的铲斗附近场景的灰尘浓度进行现场测量，以获得当前灰尘浓度，并输出所述当前灰尘浓度；

水箱，设置在挖掘机的控制室附近，用于为加湿水体提供储存空间；

连接管道，一端与所述水箱连接，另一端与喷头连接，用于将所述水箱内的水体传送到所述喷头处；

喷头，设置在挖掘机的铲斗上，用于接收来自连接管道的水体，以用于现场喷射；

控制阀，位于所述连接管道和所述水箱的连接部，与所述灰尘测量仪连接，用于接收所述当前灰尘浓度，并在所述当前灰尘浓度超限时，打开所述连接管道，以便于所述连接管道将所述水箱内的水体传送到所述喷头处进行现场除湿喷射；

全景采集设备，设置在所述挖掘机的顶部，分别与所述灰尘测量仪和所述控制阀连接，包括图像传感器和灰尘消除器，所述图像传感器用于对挖掘机周围进行全景图像感应，以获得实时全景图像，所述灰尘消除器分别与所述控制阀和所述图像传感器连接，用于在所述当前灰尘浓度超限，对所述实时全景图像执行与所述当前灰尘浓度对应力度的灰尘消除处理，以获得并输出灰尘消除图像；

均衡化处理设备，与所述全景采集设备连接，用于接收所述灰尘消除图像，对所述灰尘消除图像中的亮度信号执行直方图均衡化处理而同时对所述灰尘消除图像中的两个色差信号不执行任何直方图均衡化处理以获得均衡化图像；

边缘分析设备，与所述均衡化处理设备连接，用于接收所述均衡化图像，对所述均衡化图像执行边缘分析，以将边缘组成的多个区域从所述均衡化图像中分割出来，以作为多个边缘子图像输出；

归一化处理设备，与所述边缘分析设备连接，用于接收每一个边缘子图像，并对每一个边缘子图像执行以下处理：将所述边缘子图像分别基于各个基准对象图案的尺寸大小进行相应的尺寸变换处理，以获得各个尺寸变换子图像，每一个尺寸变换子图像与其对应的基准对象图案的尺寸相同，获取每一个基准对象图像的特征值以作为基准特征值，还用于获取与所述基准对象图像对应的尺寸变换子图像的特征值以作为变换特征值，计算上述二种特征值之差的绝对值以作为所述基准对象图像对应的绝对值，选择绝对值最小的基准对象图像对应的对象类型作为所述边缘子图像内的对象识别类型输出；

人体解析设备，与所述归一化处理设备连接，用于接收在所述均衡化图像中，对象识别类型为人体的一个或多个边缘子图像，并在所述一个或多个边缘子图像中存在图像面积超限的边缘子图像时，发出人体报警信号，否则，发出无人体信号；

动力输出设备，与所述挖掘机的柴油机，用于将所述挖掘机的柴油机的动力输出；

动力驱动设备，与所述动力输出设备连接，用于在接收到所述人体报警信号时，控制所述动力输出设备以停止将所述挖掘机的柴油机的动力输出；

所述获取每一个基准对象图像的特征值以作为基准特征值包括：以所述基准对象图像的左下角为坐标系的原点，获取所述基准对象图像内的待分析正方形，所述待分析正方形以所述基准对象图像的左下角为左下角，以预设长度阈值为边长且位于所述基准对象图像内的正方形，针对所述待分析正方形内的每一个像素点，将其横坐标与其纵坐标之差的平方与其像素值相乘，以作为其特征值，将所述待分析正方形内的各个像素点的特征值相加以获得所述分析正方形的特征值并作为基准特征值；

所述获取与所述基准对象图像对应的尺寸变换子图像的特征值以作为变换特征值包括：以所述尺寸变换子图像的左下角为坐标系的原点，获取所述尺寸变换子图像内的待分析正方形，所述待分析正方形以所述尺寸变换子图像的左下角为左下角，以预设长度阈值为边长且位于所述尺寸变换子图像内的正方形，针对所述待分析正方形内的每一个像素点，将其横坐标与其纵坐标之差的平方与其像素值相乘，以作为其特征值，将所述待分析正方形内的各个像素点的特征值相加以获得所述分析正方形的特征值并作为变换特征值；

在所述动力驱动设备中，还用于在接收到所述无人体信号时，控制所述动力输出设备保持将所述挖掘机的柴油机的动力输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

现场显示设备，与所述全景采集设备和所述灰尘测量仪连接，用于现场显示所述灰尘消除图像和所述当前灰尘浓度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述控制阀还用于在所述当前灰尘浓度未超限时，关闭所述连接管道，以停止所述连接管道对所述水箱内的水体的传送。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述图像传感器还用于在所述当前灰尘浓度未超限时，直接将所述实时全景图像作为灰尘消除图像输出。