CN109610850B - 一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，属于装配式建筑吊装技术领域，方法包括：三维激光扫描单元获取待装配预制件、目标施工场地的三维数据；建模单元分别建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型；路径计算单元通过蚁群算法计算待装配预制件进行装配的最佳预定路径；塔吊控制单元控制塔吊以最佳预定路径对待装配预制件进行安装；检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差，若是，塔吊控制单元对装配完成的预制件进行调整；若否，按照此方法继续安装下一件预制件。本发明能够解决现有技术中对预制件进行装配时所产生的工作时间长，工作效率低，准确性差的问题。

Description

一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法
技术领域
本发明涉及装配式建筑吊装技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法。
背景技术
节能减排是推进经济结构调整、转变的发展方式，实现经济和社会可持续发展的必然要求。装配式建筑是指由预制件在工地装配而成的建筑，其设计符合建筑功能和性能要求，符合可持续发展和绿色环保的设计原则，在我国建筑工程建设中被越来越多的采用。
目前，装配式建筑的吊装还主要是以人工吊装的方式为主，而人工吊装有着一系列的问题，人为主观因素影响吊装的精度，吊装现场工作时间长，劳动强度大；同时，通过人眼从现场进行分析判断获取方案，效率低，准确性差，拖慢了装配式建筑的吊装效率。因此，如何在复杂的装配场景中进行吊装路径规划、完成预制件的吊装是目前及需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中对预制件进行装配时所产生的工作时间长，工作效率低，准确性差的问题，提供一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，包括以下步骤：
S01：三维激光扫描单元对待装配预制件、目标施工场地进行三维激光扫描获得三维数据；
S02：基于BIM技术的建模单元根据三维数据分别建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型；
S03：路径计算单元通过蚁群算法计算待装配预制件进行装配的最佳预定路径；
S04：塔吊控制单元控制安装可旋转摄像头的塔吊以最佳预定路径对待装配预制件进行安装；
S05：检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差，若是，塔吊控制单元对装配完成的预制件进行调整；若否，按照此方法继续安装下一件预制件，直至完成所有待装配预制件的安装。
具体地，所述三维激光扫描单元对待装配预制件、目标施工场地进行三维激光扫描还包括将扫描到的待装配预制件、目标施工场地三维数据进行坐标变换，使其位于同一坐标系内。
具体地，所述建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型还包括：在同一坐标系内，根据至少一个待装配预制件的三维数据建立至少一个BIM单元模型1和根据目标施工场地的三维数据息建立BIM单元模型2。
具体地，所建立BIM单元模型1还包括根据待装配预制件的三维数据对待装配预制件进行配筋建模，得到待装配预制件配筋模型。
具体地，所述蚁群算法的具体步骤包括：
一定时间间隔T模拟生成蚂蚁，蚂蚁在三维模型中自由转移并释放信息素；
统计预制件起点到终点所有路径的信息素，输出最佳预定路径。
具体地，所述最佳预定路径通过无线通信模块发送到智能控制单元，智能控制单元控制塔吊控制单元使塔吊对预制件进行装配。
具体地，所述可旋转摄像头是360°高清摄像头，且摄像头安装在可360°旋转的伸缩调节杆上；所述摄像头控制模块控制摄像头的旋转方向；所述塔吊控制单元控制塔吊以实现预制件的装配。
具体地，所述检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差包括以下步骤：
待装配的预制件预设一接触式导电插件，两件预制件进行配装的过程中，两件预制件的接触式导电插件也进行配装；
若两件预制件进行配装后处于同一水平面，那么两件预制件的接触式导电插件成功导通，LED灯亮。
具体地，所述导电式插件为一次性导电式插件，在预制件完成准确装配后，自动失效。
具体地，所述完成某一预制件的安装还包括根据此预制件配筋模型匹配相应的配筋，将配筋按照最佳预定路径进行装备完成后继续装配下一预制件。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
(1)本发明通过运用蚁群算法计算预制件吊装过程中的最佳预定路径能够大大提高施工效率，减小劳动强度。
(2)本发明通过运用可旋转摄像头取代传统的人眼监测预制件的吊装，通过水平传感器检测预制件安装的位置，能够使预制件的装配精准度更高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1的方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施提供了一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，解决现有技术中对预制件进行装配时所产生的工作时间长，工作效率低，准确性差的问题，如图1所示，方法包括以下步骤：
S01：三维激光扫描单元对待装配预制件、目标施工场地进行三维激光扫描获得三维数据；其中，三维激光扫描单元将扫描到的待装配预制件、目标施工场地三维数据进行坐标变换，使其位于同一坐标系内；同时，除去三维数据中的环境因素，例如行人等。
S02：基于BIM技术的建模单元根据三维数据分别建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型；进一步地，在同一坐标系内，根据至少一个待装配预制件的三维数据建立至少一个BIM单元模型1和根据目标施工场地的三维数据息建立BIM单元模型2。更进一步地，BIM单元模型1包括至少一个预制件的BIM单元模型，对BIM单元模型1中每个预制件的BIM单元模型进行编码，以使每个预制件的BIM单元模型与其对应的预制件匹配。
更进一步地，BIM单元模型1还包括根据待装配预制件的三维数据对待装配预制件进行配筋建模，得到待装配预制件配筋模型。
S03：路径计算单元通过蚁群算法计算待装配预制件进行装配的最佳预定路径；具体地，蚁群算法的具体步骤包括：
S031：一定时间间隔T生成蚂蚁，蚂蚁在三维模型中自由转移并释放信息素；其中，首先对蚁群算法的参数进行初始化设置，蚂蚁生成时间间隔T、迭代次数Nc＝0、最大迭代次数Ncmax、预制件放置节点(a0,b0,c0)以及吊装目的地节点(a,b,c)，即在三维模型中通过蚂蚁寻找到从(a0,b0,c0)到(a,b,c)的最佳预定路径。进一步地，在(a0,b0,c0)节点上等时间间隔T生成蚂蚁，蚂蚁根据状态转移概率选择下一节点，并将走过的节点加入禁忌表中，其中蚂蚁在转移过程中会在路径上留有信息素，状态转移概率随信息素浓度而改变。
S032：统计预制件起点到终点所有路径的信息素，输出最佳预定路径。其中，当蚂蚁到达目的地节点(a,b,c)时，按原路返回；当蚂蚁返回节点(a0,b0,c0)时，更新信息素浓度，并令Nc＝Nc+1；若Nc＞Ncmax，则迭代结束，输出最佳预定路径。
更进一步地，最佳预定路径通过无线通信单元发送到智能控制单元，智能控制单元控制塔吊控制单元控制塔吊对预制件进行装配。
S04：塔吊控制单元控制安装可旋转摄像头的塔吊以最佳预定路径对待装配预制件进行安装；其中，可旋转摄像头是360°高清摄像头，且摄像头安装在可360°旋转的伸缩调节杆上；摄像头控制模块控制摄像头的旋转方向；所述塔吊控制单元控制塔吊以实现预制件的装配；智能控制单元可以控制缩杆的长短及方向。
S05：检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差，若是，塔吊控制单元对装配完成的预制件进行调整；若否，按照此方法继续安装下一件预制件，直至完成所有待装配预制件的安装。具体地，检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差包括以下步骤：
S051：待装配的预制件预设一接触式导电插件，两件预制件进行配装的过程中，两件预制件的接触式导电插件也进行配装；
S052：若两件预制件进行配装后处于同一水平面，那么两件预制件的接触式导电插件成功导通，LED灯亮。其中，导电式插件为一次性导电式插件，在预制件完成准确装配后，自动失效。
更进一步地，在完成某一预制件的安装还包括根据此预制件配筋模型匹配相应的配筋，将配筋按照最佳预定路径进行装备完成后继续装配下一预制件，直至完成所有预制件的配装。
实施例2
本实施例与实施例1具有相同的发明构思，是在实施例1基础上作出的进一步优化，提供了一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航系统，所述系统包括：三维激光扫描单元、建模单元、路径计算单元、无线信单元、智能控制单元、塔吊控制单元、图像采集单元、第二无线通信单元、显示单元、检测单元和电源单元。
进一步地，所述三维激光扫描单元将扫描到的待装配预制件、目标施工场地的三维数据输出至智能控制单元，智能控制单元将目标施工场地的三维数据输出至建模单元。
进一步地，建模单元分别对待装配预制件、目标施工场地建立三维模型输出至智能控制单元，智能控制单元将待装配预制件、目标施工场地的三维模型输出至路径计算单元。
进一步地，路径计算单元通过蚁群算法计算待装配预制件进行装配的最佳预定路径通过无线通信单元发送至智能控制单元。
进一步地，智能控制单元输出端与塔吊控制单元连接以控制塔吊控制单元工作。
进一步地，塔吊控制单元输出端与塔吊连接以控制塔吊对预制件进行装配。
进一步地，图像采集单元通过可旋转的360°高清摄像头采集预制件装配过程中的路径影像通过第二无线通信单元发送到智能控制器，智能控制器输出路径影像到显示单元，方便施工人员及时调整肉眼可见的路径误差信息。
进一步地，电源单元输出端与检测单元连接为检测单元的一次性导电式插件供电。
进一步地，电源单元输出端输出一定电压为智能控制单元、三维激光扫描单元、无线信单元、第二无线通信单元、图想采集单元、显示单元及检测单元供电。
以上具体实施方式是对本发明的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
三维激光扫描单元对待装配预制件、目标施工场地进行三维激光扫描获得三维数据；
基于BIM技术的建模单元根据三维数据分别建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型；
路径计算单元通过蚁群算法计算待装配预制件进行装配的最佳预定路径；
塔吊控制单元控制安装可旋转摄像头的塔吊以最佳预定路径对待装配预制件进行安装；
检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差，若是，塔吊控制单元对装配完成的预制件进行调整；若否，按照此方法继续安装下一件预制件，直至完成所有待装配预制件的安装；
所述检测单元检测装配完成预制件的位置是否出现偏差包括以下步骤：
待装配的预制件预设一接触式导电插件，两件预制件进行配装的过程中，两件预制件的接触式导电插件也进行配装；
若两件预制件进行配装后处于同一水平面，那么两件预制件的接触式导电插件成功导通，LED灯亮。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述三维激光扫描单元对待装配预制件、目标施工场地进行三维激光扫描还包括将扫描到的待装配预制件、目标施工场地三维数据进行坐标变换，使其位于同一坐标系内。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述建立待装配预制件、目标施工场地的三维模型还包括：根据至少一个待装配预制件的三维数据建立至少一个BIM单元模型1；根据目标施工场地的三维数据信息建立BIM单元模型2。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所建立BIM单元模型1还包括根据待装配预制件的三维数据对待装配预制件进行配筋建模，得到待装配预制件配筋模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述蚁群算法的具体步骤包括：
一定时间间隔T模拟生成蚂蚁，蚂蚁在三维模型中自由转移并释放信息素；
统计预制件起点到终点所有路径的信息素，输出最佳预定路径。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述最佳预定路径通过无线通信模块发送到智能控制单元，智能控制单元控制塔吊控制单元使塔吊对预制件进行装配。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述可旋转摄像头是360°高清摄像头，且摄像头安装在可360°旋转的伸缩调节杆上；所述摄像头控制模块控制摄像头的旋转方向；所述塔吊控制单元控制塔吊以实现预制件的装配。
8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述导电插件为一次性导电式插件，在预制件完成准确装配后，自动失效。
9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的装配式建筑施工导航方法，其特征在于：所述预制件安装完成后还包括根据此预制件配筋模型匹配相应的配筋，将配筋按照最佳预定路径进行装备完成后继续装配下一预制件。
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