CN111857178A - 一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,包括无人机和输出终端系统,该无人机包括主控模块、电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、用电设备检查模块,所述主控模块与其他模块以及输出终端系统连接。本发明的优点为:通过使用无人机进行施工现场监管工作,包括使用无人机进行现场的环境监测和自主巡检,能够有效监控施工过程安全状态,减少事故发生,并且可以通过手动控制无人机对现场临时用电设备进行检查,较于传统的人工巡视,更加灵活机动且效率高,能够取得较好的效果,保证施工现场安全巡检的可靠性,进一步拓展了无人机的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,尤其涉及一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统。
背景技术
随着经济水平的提高和科学技术的不断进步,建筑业已经成为支撑国民经济的重要产业。而我国建筑业始终以粗放的施工和管理模式进行着,即使目前一些单位逐渐重视精益化,但总体来讲管理水平较低、管理方式粗放,仍然处于低效无序的状态。而与此同时带来的是,施工现场安全事故和人员伤亡时有发生,对项目本身而言,会造成工期延误,进而引发索赔等经济损失,除此之外,对社会也将带来不良影响。因此建筑行业管理人员需不断思考新的生产和管理模式,以实现安全施工的目的,保障现场人员的生命权益。
对于施工现场这类安全风险较大的周边环境,危险源主要来自自然、机械以及人员本身,宜采用远程自动化实时监测。目前各种新技术不断被提出,并加以实践,其中无人机作为航拍利器被广泛应用于各个领域,如国家生态环境保护、矿产资源勘探、海洋环境监测、土地利用调查和国土资源监测等等。其所述的无人机指的是无人驾驶、由无线电遥控或自身程序控制飞行且能够重复使用的飞行器。其广阔的应用领域和市场前景,使得更好发挥无人机的使用功效成为人们实践中不断地探索和创新所在。
传统的建造和管理模式难以实现全面和高效率,而且耗费较大人力和物力,导致单项成本较高,而无人机的性能优势可以弥补其不足,设备和系统的成本大幅度降低,同时实现了安全施工以及应急救援的可能性。综合比较目前的无人机,发现现有的无人机作用单一,如果仅仅使用其中一种功能,就无法满足施工现场人们对不同用途的需求,无法及时全面的对施工现场进行安全巡检,进而影响无人机使用的效率,同时也会增加维护的成本。
发明内容
为了将无人机更好的应用在房建施工领域,使用无人机进行现场监管工作,本发明提供一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,使现场安全巡检更加有效,减少事故发生,保证现场施工安全性。
技术方案:
一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,包括无人机和输出终端系统,所述无人机包括主控模块、电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、用电设备检查模块,所述主控模块分别与电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、以及用电设备检查模块连接,所述主控模块与输出终端系统连接,所述输出终端系统为计算机软件程序和相关硬件设施。
进一步,所述电源模块包括蓄电池和太阳能充电。所述电源模块与电机连接。
所述飞行监控模块包括超声波传感器、惯性传感器、气压传感器、红外传感器。
所述避障监控模块包括电磁场检测传感器、毫米波距传感器和视觉传感器。
所述GPS模块包括GPS定位装置。
所述图像模块包括高精度光学相机和红外热像仪。
所述人员搜寻模块包括RFID阅读器。
所述环境监测模块包括PM2.5检测仪、PM10检测仪、气体检测仪以及烟雾传感器。
所述语音模块包括语音识别系统和声音传感器。
所述用电设备检查模块包括用电检测装置用来检测现场临时用电设备,所述用电检测装置包括连接支座、固定铆钉、导向杆、伸缩杆、检测元件、触头,所述连接支座两侧通过转动轴与导向杆连接,并由固定铆钉固定,所述导向杆下端两侧分别由固定铆钉固定两截导向杆,导向杆的下端部与伸缩杆的上端部通过转动轴固定;所述伸缩杆下端与检测元件连接,所述检测元件与触头连接;当无人机悬停至检测目标附近时,通过手动控制遥控器上的调节方向按键,使转动轴调整检测方向以及伸缩杆调整检测距离,触头用于直接接触,以检查电路是否漏电、过载、破损或者接线是否正确,并通过检测元件反馈检测信息,使得检测更加灵活。
与现有技术相比较,本发明的有益效果如下:
本发明实现了一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,通过飞行监控模块的加入,可以实现对施工现场的实时、重点监测,同时采用避障监控模块能够有效的保证无人机飞行的可靠性与安全性,而通过手/自动切换模块,可实现自主巡航和手动控制的切换,在整个作业过程中实现任意切换,使得无人机的操作更加灵活,通过GPS模块的加入,可以实现对无人机的定位以及对施工现场进行三维地形测绘,通过高精度光学相机和红外热像仪的结合使用,大大优化了目标检测结果,通过人员搜寻模块的加入,可以实现对人员的精确查找定位,保证了应急救援的可靠性,通过环境监测模块的加入,实现了对施工现场的空气质量监测,通过语音模块的加入,可以实现广播通知以及采集是否有人员求救声的功能,通过用电设备检查模块的加入,可以实现远程对用电设备的检查,减少了高危外业工作量,提高巡检的效率,保证了现场施工的安全性。
附图说明
图1是本发明的原理示意图;
图2是本发明中人员搜寻的原理示意图;
图3是本发明中用电检测装置的结构示意图;
图4是本发明中用电参数采集系统的结构示意图;
附图标记说明如下:
1-连接支座;2-固定铆钉;3-导向杆;4-伸缩杆;5-检测元件;6-触头;7-转动轴;
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明的保护范围不限于此:
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚完整,下面结合附图及实施
例,对本发明作进一步详细说明。显然,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并非用于限定本发明。
如图1所示,一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统:其包括无人机和输出终端系统,所述无人机包括主控模块、电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、用电设备检查模块,所述的主控模块与其他模块以及输出终端系统连接。
其中,电源模块包括蓄电池和太阳能充电,当无人机处于运行状态时,由蓄电池提供动力驱动电机,并可通过太阳能充电对蓄电池进行充电,延长无人机的续航时间。进一步的,当无人机的电量不足时,自动沿设定的航线返回至现场控制室进行无线充电。
其中,飞行监控模块包括超声波传感器、惯性传感器、气压传感器、红外传感器,通过超声波传感器检测无人机与周围可能出现的障碍物之间的距离,通过惯性传感器检测和测量加速度、倾斜,通过气压传感器测量无人机周围气体的绝对压强,用于海拔高度的测量,通过红外传感器感应障碍物辐射出的红外线,将以上传感器共同使用,可在系统中预先制定施工现场的巡航路线,进而实现无人机在施工现场的自主巡航和悬停飞行,并可通过输出终端系统完全了解无人机的飞行状态。进一步的,通过手/自动切换模块,可实现自主巡航/手动控制切换,在整个作业过程中实现任意切换,并由专业的无人机操作员进行手动控制,使得无人机的操作更加灵活。
其中,GPS模块包括GPS定位装置,可以获取无人机的当前所在位置,以控制无人机的飞行轨迹。此外,也可对施工现场进行三维地形的在线测绘,并输出至终端系统以便实时查看现场状况。
其中,避障监控模块包括电磁场检测传感器、毫米波距传感器和视觉传感器,通过视觉传感器计算出物体与物体之间的距离,为避障监控模块的决策提供依据,而电磁场传感器能够检测出线路四周的磁场分布,为避障监控模块进行位置的测试和判别,毫米波距传感器则将周围的环境讯息转变为通讯报,为避障监控模块提供数据讯号。多手段、全方位数据采集保证了障碍规避的准确性及可靠性。当无人机处于自主巡航的巡航状态时,当检测到施工现场的障碍物时,能够快速地识别,并且悬停下来,通过精确的感知以后完成对障碍自动的避开,并且规划合理的线路,选择最优的路径重新返回至预设航线,保证了无人机的可靠性。
其中,图像模块包括高精度光学相机和红外热像仪,通过高精度光学相机全方位采集施工现场高清图像,并将数据发送至终端系统,可以作为地形地貌、高空俯拍和施工现场安全巡检的依据,实现监测数据的可视化,也可对现场人员的活动以及机械设备的放置进行监测。进一步的,红外热像仪能够探测施工现场100米范围内的红外辐射,并将数据发送至终端系统,通过系统的处理转换成为目标的热图像,便可根据图像来进一步计算出物体各个不同部位相应的温度值,进而用于检测施工现场的火灾隐患,也可用于识别现场设备的内部缺陷或破损,如导线接口处接触不良,保证现场人员作业的安全性。
其中,如图2所示的人员搜寻的原理示意图,人员搜寻模块包括RFID阅读器,施工现场人员配备有智能安全帽,在安全帽中置有RFID标签,事先将现场人员的信息绑定于RFID标签内,当无人机进行现场安全巡检时,通过RFID阅读器自动获取每个人的信息,并将信息传输至主控模块,由主控模块将人员信息上传至输出终端系统,可以在作业时间对现场人员进行精确查找定位,也可在非作业时间检查施工现场是否有人员停留或其他特殊状况,保证现场人员的安全性。
其中,环境监测模块包括PM2.5检测仪、PM10检测仪、气体检测仪以及烟雾传感器,PM2.5检测仪和PM10检测仪用于空气中颗粒物的检测,而且可以动态监测各个地方的数据,灵活性高,烟雾传感器用于测量空气中的烟雾数据,以实现绿色、环保施工,现场除了颗粒物较多外,空气成分也较为复杂,通过气体检测仪对现场的有毒、有害气体进行监测,实现对施工现场的空气质量监测,保证现场人员作业的安全性和施工环境的可靠性。
其中,语音模块包括语音识别系统和声音传感器,通过终端系统启动语音识别系统触发安装于塔吊上的喇叭进而广播通知现场人员,进一步的,通过声音传感器能够检测现场是否有人员求救声或者其他声音。
其中,用电设备检查模块包括用电检测装置,通过转动轴7调整检测方向以及伸缩杆4来调整检测距离,如图4所示的用电参数采集系统的结构示意图,用电参数采集系统包括数据采集模块、数据传输模块和数据接收模块,数据采集模块包括触头6,用于直接接触获取被检测设备或者线路中的电信号,数据传输模块包括检测元件5,由数模转换模块、内置嵌入式处理器模块以及无线通信模块组成,其中数模转换模块和无线通信模块均与内置嵌入式处理器模块相连,通过数模转换模块将电信号转化为数字信号,经过内置嵌入式处理器模块对数据进行处理、协议封装后,通过无线通信模块经由GPRS网络将数据传送至输出终端系统,实现用电参数数据的采集处理,用于判断回路中电流是否达到报警设定值,以检查电路是否漏电、过载、破损或者接线是否正确,同时可以保存各种电参数信息,建立施工现场用电检测数据库,实现规范化管理,当无人机处于手动控制状态时,通过由专业操作员手动控制无人机悬停至用电设备附近适宜位置,并通过远程控制遥控器上调节方向按键控制转动轴和伸缩杆,使得触头与用电设备接触,可以实现远程对用电设备的检查,无需身处现场,不必对现场工作产生过多干扰,减少了巡视检查中露天工作的难度,使得检测更加灵活,避免了现场人员的触电伤害,提高了现场人员作业的安全性。
其中,输出终端系统为计算机软件程序和相关硬件设施,用于实现与无人机的交互,现场人员通过计算机同步收看与操控,来对无人机的巡检进行监控,进行施工现场的安全管理。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,故在不脱离本发明技术方案的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明所述的构造、特征及原理所做的各种非实质性的改进,均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于,包括无人机和输出终端系统,所述无人机包括主控模块、电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、用电设备检查模块,所述主控模块分别与电源模块、飞行监控模块、避障监控模块、GPS模块、手/自动切换模块、图像模块、人员搜寻模块、环境监测模块、语音模块、以及用电设备检查模块连接,所述主控模块与输出终端系统连接,所述输出终端系统为计算机软件程序和相关硬件设施。
2.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述电源模块包括蓄电池和太阳能充电。
3.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述飞行监控模块包括超声波传感器、惯性传感器、气压传感器、红外传感器。
4.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述避障监控模块包括电磁场检测传感器、毫米波距传感器和视觉传感器。
5.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述GPS模块包括GPS定位装置,所述图像模块包括高精度光学相机和红外热像仪。
6.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述环境监测模块包括PM2.5检测仪、PM10检测仪、气体检测仪以及烟雾传感器,所述语音模块包括语音识别系统和声音传感器。
7.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述人员搜寻模块包括能够识别现场人员信息的RFID阅读器。
8.根据权利要求1所述的一种用于房建施工现场安全巡检的无人机系统,其特征在于:所述用电设备检查模块包括用电检测装置用来检测现场临时用电设备,所述用电检测装置包括连接支座(1)、固定铆钉(2)、导向杆(3)、伸缩杆(4)、检测元件(5)、触头(6),所述连接支座(1)两侧通过转动轴(7)与导向杆(3)连接,并由固定铆钉(2)固定,所述导向杆(3)下端两侧分别由固定铆钉(2)固定两截导向杆(3),导向杆(3)的下端部与伸缩杆(4)的上端部通过转动轴(7)固定;所述伸缩杆(4)下端与检测元件(5)连接,所述检测元件(5)与触头(6)连接;当无人机悬停至检测目标附近时,通过手动控制遥控器上的调节方向按键,使转动轴(7)调整检测方向以及伸缩杆(4)调整检测距离,触头(6)用于直接接触,以检查电路是否漏电、过载、破损或者接线是否正确,并通过检测元件(5)反馈检测信息,使得检测更加灵活。
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