CN110430538B - 隧道生产指挥驾驶舱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了隧道生产指挥驾驶舱，包括有舱体，设置于舱体内的中控器，设置于舱体且分别与中控器连接的定位信息采集模块、辅助驾驶操控机构、显示模块、中控语音录播模块和中控无线通讯设备。本发明对隧道内的隧道生产用智能化机械设备进行远程辅助驾驶，且对隧道施工进行决策分析和操控调整，保证隧道施工的质量、提高施工效率。

Description

隧道生产指挥驾驶舱
技术领域
本发明涉及隧道施工领域，具体是一种隧道生产指挥驾驶舱。
背景技术
随着国家基础设施建设行业的发展，智慧工地、品质工程创建已成为项目的重要建设目标，施工建造技术机械化、自动化、信息化、智能化是必然趋势。
在隧道施工中，传统的工艺落后，效益低，工作环境恶劣，易发职业病，突发事故极易导致群死群伤，施工和管理难度大。特别是在当前经营规模迅速扩大的阶段，隧道工程施工风险急急攀升，管理手段已经难以适应生产需求和企业的快速发展的管理需求，在这种情况下，为保持和提高与规模扩张速度相匹配的发展质量，进一步提升企业核心能力和服务水平，改进施工工艺，提升信息化管理水平已成为当务之急，实现建造过程自动化，管理方式科学化，是目前施工建造领域的主要探索方向。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种隧道生产指挥驾驶舱，对隧道内的隧道生产用智能化机械设备进行远程辅助驾驶，且对隧道施工进行决策分析和操控调整，保证隧道施工的质量、提高施工效率。
本发明的技术方案为：
隧道生产指挥驾驶舱，包括有舱体，设置于舱体内的中控器，设置于舱体且分别与中控器连接的定位信息采集模块、辅助驾驶操控机构、显示模块、中控语音录播模块和中控无线通讯设备；
所述的隧道内设置有多种隧道生产用智能化机械设备，每个隧道生产用智能化机械设备上均设置有驾驶端控制器、分别与驾驶端控制器连接的参数采集模块、传感器采集模块、开关量采集模块、图像监控模块、定位模块、驾驶操控机构、驾驶端语音录播模块和驾驶端无线通信设备；
每个隧道生产用智能化机械设备上的驾驶端无线通信设备均通过布设于隧道内的无线通信网络与中控无线通讯设备连接，即隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将驾驶参数信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱将设定的参数指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将传感器采集信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将机械设备的开关量信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱将设定的驾驶操控指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备、隧道生产用智能化机械设备根据驾驶操控指令操控驾驶操控机构进行驾驶、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将采集的图像信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱的中控器将实时图像信息发送到显示模块上进行显示、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱进行语音交互实现远程语音辅助驾驶；
所述的隧道内的工作人员佩戴有定位标签，所述的隧道生产用智能化机械设备上的定位模块和工作人员佩戴的定位标签均通过设置于隧道内的UWB定位基站与隧道生产指挥驾驶舱的定位信息采集模块连接，隧道生产指挥驾驶舱的中控器将各定位信息叠加至隧道模型地图上并发送到显示模块上进行显示；
所述的中控器接收隧道生产用智能化机械设备实时运行中的信息数据并进行辅助决策分析，根据分析结果生成对应的控制指令，然后将控制指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备进行远程辅助驾驶。
所述的隧道内还设置有照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统，所述的照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统上采集的开关量信息通过各自的无线通信模块发送给中控无线通讯设备，辅助驾驶操控机构输入开关量控制信息然后通过中控无线通讯设备传输给照明控制系统、通风控制系统或电源控制系统的无线通信模块，照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统根据开关量控制信息进行相应的启停操控。
所述的隧道内设置有多个无线摄像头采集模块，多个无线摄像头采集模块均通过无线通信网络与中控无线通讯设备连接，中控器将无线摄像头采集模块采集的实时图像信息发送至显示模块上进行显示。
所述的隧道洞口设置有门禁系统，所述的门禁系统将采集的进出隧道的人员信息通过无线通信网络发送给中控无线通讯设备，便于随时查看。
所述的隧道生产指挥驾驶舱的中控器将各定位信息叠加至隧道模型地图上并发送到显示模块上进行显示的具体操作是：跟据采集的定位坐标系与施工坐标系间的几何关系，建立起坐标转换函数关系，实时将采集的定位坐标转换为施工坐标系下的坐标；按照隧道设计线型，建立起隧道整体模型，隧道整体模型上每个点的定位坐标与图纸保持一致；将各隧道生产用智能化机械设备的机械模型放置到其定位模块定位的施工坐标位置处，从而使得每个机械模型都被放到隧道整体模型的正确位置上，实现机械设备分布情况的模型三维可视化。
所述的中控器通过无线通信网络或是本地上传的方式接受隧道三维激光扫描信息、隧道地质超前预报信息、全站仪监控量测信息和隧道设计图纸信息，然后隧道三维激光扫描信息发送给集成隧道超欠挖在线检测平台，隧道地质超前预报信息发送给集成隧道超前地质预报平台，全站仪监控量测信息发送给隧道监控量测信息化平台，隧道设计图纸信息发送给隧道实体质量管理平台，上述各平台对相应的信息进行处理分析，制成对应的显示图表，当操作人员需要进行查看时，打开对应的平台调取需要查看的图表发送至显示模块进行显示查看，便于隧道生产指挥舱指挥人员全面了解隧道的状态，做出合理的决策。
所述的中控器通过信息化整合，将多种生产数据与辅助生产数据进行集成实现科学决策，具体步骤为：跟据工期要求，分配节点工期，并动态追踪落实；按照工艺，启动生产任务，并追溯任务执行情况，分析执行中遇到的安全质量问题，以及影响进度的问题，结合超前地质预报信息、监控量测信息、超欠挖控制质量、实体质量检测信息，揭示的隧道围岩地质状况，对超前预加固、开挖工法、循环进尺、安全步距进行安排设定，然后设定的指令信息发送至隧道生产用智能化机械设备上，控制隧道生产用智能化机械设备进行相应的操作使其满足设定的指令信息的要求。
所述的显示模块包括有显示屏和投影仪，所述的中控语音录播模块和驾驶端语音录播模块均包括有语音播放器和麦克风；所述的中控无线通讯设备和驾驶端无线通信设备均选用WIFI无线通信设备。
所述的隧道内固定设置有多个语音播放器，每个语音播放器均设置有对应的定位标签，中控器通过辅助驾驶操控机构选取相应定位标签的语音播放器并发送语音信息实现远程语音播放；所述的隧道内设置有多个手持式语音通讯终端，所述的手持式语音通讯终端通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱的中控无线通讯设备通信连接。
本发明的优点：
（1）、本发明通过在隧道内搭建无线通信网络和UWB定位基站，然后使得隧道生产指挥驾驶舱与各隧道生产用智能化机械设备实现信息互联，即可将隧道生产用智能化机械设备的定位信息、参数信息、传感器采集信息、开关量采集信息、定位信息、图像监控信息发送给隧道生产指挥驾驶舱，隧道生产指挥驾驶舱实现远程监控、辅助操控和语音指导驾驶；
（2）、本发明的隧道生产指挥驾驶舱实时隧道内的施工状况和施工进度，根据施工中的问题及时进行远程辅助处理，也可对施工进度进行监控，保证施工的顺利进行；
（3）、本发明隧道生产指挥驾驶舱实时通过语音对讲、远程辅助操从而调整各隧道生产用智能化机械设备的工作状态，指挥工作面工作交叉，保证工作面间的合理间距和通行的畅通，尽可能减少工作面间的互相干扰，且避免长时间处于恶劣的处于恶劣环境，减少职业健康危害；
（4）、本发明与门禁系统连接，实时掌握进出隧道的人员信息，实现对进出人员进行实名制管理，实时显示隧道内作业人员数量；
（5）、本发明隧道生产指挥驾驶舱通过信息化整合，将多种生产数据与辅助生产数据进行集成实现科学决策，从而指导施工，保证了隧道施工的效率和安全性；
（6）、本发明的显示模块包括有显示屏和投影仪，投影仪是为项目迎检和宣传学习中心，主要呈现项目介绍、全景漫游、双屏触控交互、语音智能讲解、自动化生产机械工装介绍和隧道施工生产工艺。
附图说明
图1是本发明隧道生产指挥驾驶舱的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
隧道生产指挥驾驶舱，包括有舱体，设置于舱体内的中控器11，设置于舱体且分别与中控器11连接的定位信息采集模块12、辅助驾驶操控机构13、显示模块14、中控语音录播模块15和中控无线通讯设备16；
隧道内设置有多种隧道生产用智能化机械设备2，每个隧道生产用智能化机械设备2上均设置有驾驶端控制器21、分别与驾驶端控制器21连接的参数采集模块22、传感器采集模块23、开关量采集模块24、图像监控模块25、定位模块26、驾驶操控机构27、驾驶端语音录播模块28和驾驶端无线通信设备29；
每个隧道生产用智能化机械设备2上的驾驶端无线通信设备29均通过布设于隧道内的无线通信网络与中控无线通讯设备16连接，即隧道生产用智能化机械设备2通过无线通信网络将驾驶参数信息发送给隧道生产指挥驾驶舱1、隧道生产指挥驾驶舱1将设定的参数指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备2、隧道生产用智能化机械设备2通过无线通信网络将传感器采集信息发送给隧道生产指挥驾驶舱1、隧道生产用智能化机械设备2通过无线通信网络将机械设备的开关量信息发送给隧道生产指挥驾驶舱1、隧道生产指挥驾驶舱1将设定的驾驶操控指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备2、隧道生产用智能化机械设备2根据驾驶操控指令操控驾驶操控机构27进行驾驶、隧道生产用智能化机械设备2通过无线通信网络将采集的图像信息发送给隧道生产指挥驾驶舱1、隧道生产指挥驾驶舱1的中控器将实时图像信息发送到显示模块14上进行显示、隧道生产用智能化机械设备2通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱1进行语音交互实现远程语音辅助驾驶；
隧道内的工作人员佩戴有定位标签3，隧道生产用智能化机械设备上的定位模块和工作人员佩戴的定位标签均通过设置于隧道内的UWB定位基站与隧道生产指挥驾驶舱的定位信息采集模块连接，隧道生产指挥驾驶舱的中控器将各定位信息叠加至隧道模型地图上并发送到显示模块上进行显示，即跟据采集的定位坐标系与施工坐标系间的几何关系，建立起坐标转换函数关系，实时将采集的定位坐标转换为施工坐标系下的坐标；按照隧道设计线型，建立起隧道整体模型，隧道整体模型上每个点的定位坐标与图纸保持一致；将各隧道生产用智能化机械设备的机械模型放置到其定位模块定位的施工坐标位置处，从而使得每个机械模型都被放到隧道整体模型的正确位置上，实现机械设备分布情况的模型三维可视化；且隧道整体模型上体现出掌子面、初支、二衬、仰拱的当前施工的里程，从而直观的体现出隧道各工作面的进度情况，进度数据来源于施工作业时机械设备的定位标签的定位坐标、定位坐标坐标按照设计线型反算成里程获得，掌子面的里程是通过凿岩台车作业时的定位坐标得到，初支的里程是跟据湿喷机械手作业时的定位坐标得到，二衬是跟据二衬台车作业时的定位坐标得到，仰拱数据是通过仰拱栈桥所在位置的定位坐标得到，使得隧道生产进度情况一目了然。
隧道整体模型上还标记都各段的围岩等级，围岩的初始化数据来源于设计图纸，施工过程中，通过超前地质预报，获取到与图纸不一致的情况时，会在生产指挥舱内予以警告显示，经设计单位、业主单位确定后，进行围岩等级变更，并将围岩的情况予以修改和调整。
隧道内还设置有照明控制系统4、通风控制系统5、电源控制系统6、多个无线摄像头采集模块7、多个语音播放器9和多个手持式语音通讯终端10，隧道洞口设置有门禁系统8；照明控制系统4、通风控制系统5和电源控制系统6上采集的开关量信息通过各自的无线通信模块发送给中控无线通讯设备16，辅助驾驶操控机构13输入开关量控制信息然后通过中控无线通讯设备16传输给照明控制系统4、通风控制系统5或电源控制系统6的无线通信模块，照明控制系统4、通风控制系统5和电源控制系统6根据开关量控制信息进行相应的启停操控；多个无线摄像头采集模块7均通过无线通信网络与中控无线通讯设备16连接，中控器11将无线摄像头采集模块7采集的实时图像信息发送至显示模块14上进行显示；每个语音播放器9均设置有对应的定位标签，中控器通过辅助驾驶操控机构选取相应定位标签的语音播放器9并发送语音信息实现远程语音播放；手持式语音通讯终端10通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱的中控无线通讯设备16通信连接；门禁系统8将采集的进出隧道的人员信息通过无线通信网络发送给中控无线通讯设备16，便于随时查看；
中控器11接收隧道生产用智能化机械设备2实时运行中的信息数据并进行辅助决策分析，根据分析结果生成对应的控制指令，然后将控制指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备2进行远程辅助驾驶。
中控器11通过无线通信网络或是本地上传的方式接受隧道三维激光扫描信息、隧道地质超前预报信息、全站仪监控量测信息和隧道设计图纸信息，然后隧道三维激光扫描信息发送给集成隧道超欠挖在线检测平台，隧道地质超前预报信息发送给集成隧道超前地质预报平台，全站仪监控量测信息发送给隧道监控量测信息化平台，隧道设计图纸信息发送给隧道实体质量管理平台，上述各平台对相应的信息进行处理分析，制成对应的显示图表，当操作人员需要进行查看时，打开对应的平台调取需要查看的图表发送至显示模块14进行显示查看，便于隧道生产指挥舱指挥人员全面了解隧道的状态，做出合理的决策。
中控器11通过信息化整合，将多种生产数据与辅助生产数据进行集成实现科学决策，具体步骤为：跟据工期要求，分配节点工期，并动态追踪落实；按照工艺，启动生产任务，并追溯任务执行情况，分析执行中遇到的安全质量问题，以及影响进度的问题，结合超前地质预报信息、监控量测信息、超欠挖控制质量、实体质量检测信息，揭示的隧道围岩地质状况，对超前预加固、开挖工法、循环进尺、安全步距进行安排设定，然后设定的指令信息发送至隧道生产用智能化机械设备上，控制隧道生产用智能化机械设备进行相应的操作使其满足设定的指令信息的要求。
其中，显示模块14包括有显示屏和投影仪，中控语音录播模块15和驾驶端语音录播模块28均包括有语音播放器和麦克风；中控无线通讯设备16和驾驶端无线通信设备29均选用WIFI无线通信设备。
隧道生产用智能化机械设备2包括有三臂凿岩台车、多功能钻机、湿喷机械手、多功能拱架安装机、衬砌养护台车、液压式仰拱栈桥、液压式衬砌台车和沟槽滑膜台车，但不限于上述设备，隧道内的机械施工设备通过技术改进都可以改装成智能化机械设备，实现远程监控、辅助操控和语音指导驾驶功能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：包括有舱体，设置于舱体内的中控器，设置于舱体且分别与中控器连接的定位信息采集模块、辅助驾驶操控机构、显示模块、中控语音录播模块和中控无线通讯设备；
所述的隧道内设置有多种隧道生产用智能化机械设备，每个隧道生产用智能化机械设备上均设置有驾驶端控制器、分别与驾驶端控制器连接的参数采集模块、传感器采集模块、开关量采集模块、图像监控模块、定位模块、驾驶操控机构、驾驶端语音录播模块和驾驶端无线通信设备；
每个隧道生产用智能化机械设备上的驾驶端无线通信设备均通过布设于隧道内的无线通信网络与中控无线通讯设备连接，即隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将驾驶参数信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱将设定的参数指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将传感器采集信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将机械设备的开关量信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱将设定的驾驶操控指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备、隧道生产用智能化机械设备根据驾驶操控指令操控驾驶操控机构进行驾驶、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络将采集的图像信息发送给隧道生产指挥驾驶舱、隧道生产指挥驾驶舱的中控器将实时图像信息发送到显示模块上进行显示、隧道生产用智能化机械设备通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱进行语音交互实现远程语音辅助驾驶；
所述的隧道内的工作人员佩戴有定位标签，所述的隧道生产用智能化机械设备上的定位模块和工作人员佩戴的定位标签均通过设置于隧道内的UWB定位基站与隧道生产指挥驾驶舱的定位信息采集模块连接，隧道生产指挥驾驶舱的中控器将各定位信息叠加至隧道模型地图上并发送到显示模块上进行显示；
所述的中控器接收隧道生产用智能化机械设备实时运行中的信息数据并进行辅助决策分析，根据分析结果生成对应的控制指令，然后将控制指令通过无线通信网络发送给隧道生产用智能化机械设备进行远程辅助驾驶。
2.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的隧道内还设置有照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统，所述的照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统上采集的开关量信息通过各自的无线通信模块发送给中控无线通讯设备，辅助驾驶操控机构输入开关量控制信息然后通过中控无线通讯设备传输给照明控制系统、通风控制系统或电源控制系统的无线通信模块，照明控制系统、通风控制系统和电源控制系统根据开关量控制信息进行相应的启停操控。
3.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的隧道内设置有多个无线摄像头采集模块，多个无线摄像头采集模块均通过无线通信网络与中控无线通讯设备连接，中控器将无线摄像头采集模块采集的实时图像信息发送至显示模块上进行显示。
4.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的隧道洞口设置有门禁系统，所述的门禁系统将采集的进出隧道的人员信息通过无线通信网络发送给中控无线通讯设备，便于随时查看。
5.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的隧道生产指挥驾驶舱的中控器将各定位信息叠加至隧道模型地图上并发送到显示模块上进行显示的具体操作是：跟据采集的定位坐标系与施工坐标系间的几何关系，建立起坐标转换函数关系，实时将采集的定位坐标转换为施工坐标系下的坐标；按照隧道设计线型，建立起隧道整体模型，隧道整体模型上每个点的定位坐标与图纸保持一致；将各隧道生产用智能化机械设备的机械模型放置到其定位模块定位的施工坐标位置处，从而使得每个机械模型都被放到隧道整体模型的正确位置上，实现机械设备分布情况的模型三维可视化。
6.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的中控器通过无线通信网络或是本地上传的方式接受隧道三维激光扫描信息、隧道地质超前预报信息、全站仪监控量测信息和隧道设计图纸信息，然后隧道三维激光扫描信息发送给集成隧道超欠挖在线检测平台，隧道地质超前预报信息发送给集成隧道超前地质预报平台，全站仪监控量测信息发送给隧道监控量测信息化平台，隧道设计图纸信息发送给隧道实体质量管理平台，上述各平台对相应的信息进行处理分析，制成对应的显示图表，当操作人员需要进行查看时，打开对应的平台调取需要查看的图表发送至显示模块进行显示查看，便于隧道生产指挥舱指挥人员全面了解隧道的状态，做出合理的决策。
7.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的中控器通过信息化整合，将多种生产数据与辅助生产数据进行集成实现科学决策，具体步骤为：跟据工期要求，分配节点工期，并动态追踪落实；按照工艺，启动生产任务，并追溯任务执行情况，分析执行中遇到的安全质量问题，以及影响进度的问题，结合超前地质预报信息、监控量测信息、超欠挖控制质量、实体质量检测信息，揭示的隧道围岩地质状况，对超前预加固、开挖工法、循环进尺、安全步距进行安排设定，然后设定的指令信息发送至隧道生产用智能化机械设备上，控制隧道生产用智能化机械设备进行相应的操作使其满足设定的指令信息的要求。
8.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的显示模块包括有显示屏和投影仪，所述的中控语音录播模块和驾驶端语音录播模块均包括有语音播放器和麦克风；所述的中控无线通讯设备和驾驶端无线通信设备均选用WIFI无线通信设备。
9.根据权利要求1所述的隧道生产指挥驾驶舱，其特征在于：所述的隧道内固定设置有多个语音播放器，每个语音播放器均设置有对应的定位标签，中控器通过辅助驾驶操控机构选取相应定位标签的语音播放器并发送语音信息实现远程语音播放；所述的隧道内设置有多个手持式语音通讯终端，所述的手持式语音通讯终端通过无线通信网络与隧道生产指挥驾驶舱的中控无线通讯设备通信连接。
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