CN112017498B - 基于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及起重机作业人员实际操作培训系统技术领域，基于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统，其特征在于：包括实操培训模块、上位机模块和视频采集模块，所述视频采集模块实时采集所述实操培训模块的视频并将其传输至所述上位机模块进行处理分析及存储；所述实操培训模块包括定点停放区域、绕杆区域和稳钩区域，所述定点停放区域包括3个直径不相同的同心圆，所述绕杆区域内设置有若干标杆；本发明能够实现无人化培训的同时还能保证培训的可追溯性。
Description
技术领域
本发明涉及起重机作业人员实际操作培训系统技术领域，特别是基于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统。
背景技术
现今实操培训中，主要存在3D/VR模拟器培训与现场教练员培训两种模式，现有模拟机终究是程序，无法完全模拟现实操作中有可能出现的由于人为、环境引发的各类突发情况，并且通过模拟机呈现出来的画面普遍较差，画面以二维为主，无法让学员准确的体验到方位感与空间感，即使是最为先进的3D模拟器也与实际情况有较大差别。方位感与空间感的缺失会让学员在真机实际操作中无法准确判断载物的位置。而真机模拟又缺乏数据记录与分析，按部就班，无法根据学员操作的实际情况采取针对性的培训。市面上的模拟机未开发出一套适合实操教学的方法，只是设置场景模式由实操教练员进行培训。现场培训存在实操教练员培训水平不同培训效果不一、实操培训的收费较低等突出阻碍培训机构优质培训的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能够实现无人化培训的同时还能保证培训的可追溯性的于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统。
本发明采用以下方式来实现，包括实操培训模块、上位机模块和视频采集模块，所述视频采集模块实时采集所述实操培训模块的视频并将其传输至所述上位机模块进行处理分析及存储；所述实操培训模块包括定点停放区域、绕杆区域和稳钩区域，所述定点停放区域包括3个直径不相同的同心圆，所述绕杆区域内设置有若干标杆；所述实操培训模块的外延围设有边界，所述上位机模块将所述实操培训模块中的物体的原始位置预设为坐标点，利用所述坐标点和所述边界建立区域坐标系并预设坐标系的极限，所述上位机模块采集吊物在运行、停放、过杆的过程中所述吊物的运动轨迹的相对坐标进行分析计算得出结果，所述上位机模块包括登录模块，所述登录模块包括学员登录培训模块和管理员模块，所述学员登录培训模块与所述管理员模块均与记录查询模块相连；所述管理员模块包括包括学员信息录入模块和硬件参数设置模块；所述学员登录培训模块包括实时培训功能模块、硬件通信视频数据采集模块、实时分析模块和实时结果显示模块；所述视频采集模块将采集的视频传输至所述硬件通信视频数据采集模块，所述硬件通信视频数据采集模块处理视频并将其传输至所述实时分析模块，所述实时分析模块将分析好的数据传输至结果数据存储模块和所述实时结果显示模块，所述结果数据存储模块将数据传输至所述记录查询模块。
进一步的，所述标杆包括固定于地面上的底座，所述底座上设置有盒体，所述盒体内设置有一电路板，所述电路板与所述上位机模块无线连接；所述盒体的上方设置有具有弹性的立杆，所述立杆内部中空，所述立杆的上端套设有一可上下升降的传感器柱；所述传感器柱内设置有倾角传感器和加速度传感器，所述传感器柱内还设置有给所述倾角传感器与所述加速度传感器供电的供电机构。
进一步的，所述电路板包括MCU模块、充放电电路和无线通讯模块，所述MCU模块控制所述充放电电路和所述无线通讯模块。
进一步的，所述供电机构包括所述传感器柱内对称设置的导电槽和所述立杆上端对称设置的铜片，所述导电槽内对称设置有极性相反的电接触板，所述铜片嵌入所述导电槽内，所述铜片与所述MCU模块电连接。
进一步的，所述立杆的左右两侧依上而下等距离设置有若干对螺纹槽，所述传感器柱上的底端对称设置有螺纹通孔，所述传感器柱通过螺钉穿过对应的所述螺纹通孔与所述螺纹槽固定于所述立杆上。
进一步的，所述底座通过螺栓固定于地面上。
进一步的，所述视频采集模块为摄像头。
本发明的有益效果在于：本系统安装布置简易，由于本系统仅由摄像机与分析软件组成，不受场地与硬件限制，仅需要在场地中布置考试过程中需要的金属标杆与定点停放点，在合适方位布置摄像头即可完成场地搭建。后续系统升级与维护主要基于软件系统本身，可以通过远程方式即可完成系统维护。并且可以绝对真实的还原培训情景，能够实现无人化培训的同时还能保证培训的有效性与可追溯性。
附图说明
图1为本系统结构示意图。
图2为本发明上位机模块的使用流程图。
图3为标杆结构示意图。
图4为图3的立杆结构示意图。
图5为图2的AA向剖视图。
图6为图3的传感器柱结构示意图。
图7为图6的BB向剖视图。
图8为本发明的电路框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参照图1和图2，本发明一实施例中，基于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统，包括实操培训模块、上位机模块和视频采集模块，所述视频采集模块实时采集所述实操培训模块的视频并将其传输至所述上位机模块进行处理分析及存储；所述实操培训模块包括定点停放区域、绕杆区域和稳钩区域，所述定点停放区域包括3个直径不相同的同心圆，所述绕杆区域内设置有若干标杆；所述实操培训模块的外延围设有边界，所述上位机模块将所述实操培训模块中的物体的原始位置预设为坐标点，利用所述坐标点和所述边界建立区域坐标系并预设坐标系的极限，所述上位机模块采集吊物在运行、停放、过杆的过程中所述吊物的运动轨迹的相对坐标进行分析计算得出结果。进行定点停放的培训时，学员将起重机驶入所述定点停放区，根据起重机停止时所在停放点的位置，给予相应的判定结果；进行绕杆培训时，学员操作起重机绕着所述标杆行驶，通过所述标杆偏移的位置，碰杆、倒杆情况，给予相应的判定结果；进行稳钩培训时，在所述实操培训模块中设定指定位置大小的区域为稳钩区域，要求学员以一定速度将载物吊运进入所述稳钩区，通过吊载物的位置给予相应的判定结果。本系统使用时，使用红色宽度为10cm的油漆在场地外延画一个长方形作为边界，在进行所述实操培训模块的布置中，将定稳钩区、定点停放点、标杆、吊物预设为对比度反差较大的颜色；利用双目视觉识别原理采集所述实操培训模块的视频，在所述上位机模块中将所述同心圆的圆心、标杆的原始位置作为预设坐标点，利用所述坐标点与所述边界建立区域坐标系并预设所述坐标系的极限；所述上位机模块在进行分析时，所述上位机模块通过颜色识别算法，根据所述吊物的特定颜色可实时计算出在所述吊物在所述区域坐标系中的运行路线所对应的坐标点和活动轨迹，再进行数据识别，将整个过程中的目标运动轨迹通过相对坐标来的方式传达到所述上位机模块，通过所述上位机模块采样分析计算得出结果，即可识别吊物是否吊运出边界，以及判断路线、停放位置与预设坐标点的偏差距离。值得一提的是，所述颜色识别算法为现有技术，这里不进行详细说明，所述上位机模块包括登录模块，所述登录模块包括学员登录培训模块和管理员模块，所述学员登录培训模块与所述管理员模块均与记录查询模块相连；便于学员登录查询相关培训过程记录，及时追溯并复习；便于管理员登录查看学员培训过程，及时给与相关建议；所述管理员模块包括包括学员信息录入模块和硬件参数设置模块，所述管理员模块用于录入学员信息及设置相关硬件参数；所述学员登录培训模块包括实时培训功能模块、硬件通信视频数据采集模块、实时分析模块和实时结果显示模块；所述视频采集模块将采集的视频传输至所述硬件通信视频数据采集模块，所述硬件通信视频数据采集模块处理视频并将其传输至所述实时分析模块，所述实时分析模块将分析好的数据传输至结果数据存储模块和所述实时结果显示模块，所述结果数据存储模块将数据传输至所述记录查询模块。本系统管理员使用时，管理员登录所述上位机模块，录入学员信息及设置所述上位机模块的相关参数；学员使用时，学员登录所述上位机模块，通过所述实时培训功能模块选择实操培训区域，并进行实操培训由所述视频采集模块实时采集视频，采集的视频传输至所述硬件通信视频数据采集模块，处理后的视频传输至所述实时分析模块进行视频画面分析判断，同时由所述上位机模块将分析结果与设置的参数以及过往培训案例进行自动比对分析，给出培训情况以及调整方案，并及时的将结果传输至所述结果数据存储模块进行存储。
请参照图3至图5，本发明一实施例中，所述标杆包括固定于地面上的底座1，所述底座1上设置有盒体2，所述盒体2内设置有一电路板3，所述电路板与所述上位机模块无线连接；所述盒体2用于保护所述电路板3，所述盒体2的上方设置有用具有弹性的立杆4，所述立杆可使用如65Mn等金属材质制成，但不仅限与此，所述立杆4内部中空，使得与所述电路板连接的导线可以设置于立杆内部，避免导线外置，出现缠绕的问题，所述立杆4的上端套设有一可上下升降的传感器柱5；所述传感器柱5内设置有倾角传感器6和加速度传感器7，所述传感器柱5内还设置有给所述倾角传感器6与所述加速度传感器7供电的供电机构8。学员进行绕杆培训过程中，当所述标杆受到碰撞时产生倒杆或位移的情况时，所述倾角传感器6与所述加速度传感器7测量同时采集所述标杆受到碰撞时力与状态的变化情况，并将信号通过所述电路板3传输至所述上位机模块，所述上位机模块对采集到的信号进行分析，判断所述标杆是否出现倒杆或位移的情况，并综合所述视频采集模块采集的所述绕杆区视频，综合分析判断学员操作起重机进行绕杆训练的结果；本发明通过在所述立杆内设置的传感器以及标准化值的设定监测所述标杆的受力与状态，从而判断碰杆、倒杆情况，通过底座固定，避免人工复原所述标杆，保障培训过程的安全性与流畅性。本发明所使用的倾角传感器的品牌为：TELESKY，加速度传感器的品牌为：辉煌，但不仅限与此。
请参照图8，本发明一实施例中，所述电路板3包括MCU模块8、充放电电路9和无线通讯模块10，所述MCU模块8控制所述充放电电路9和所述无线通讯模块10。考试前，设定所述标杆的受力的基准值，考试过程中，当所述标杆受到碰撞时产生倒杆或位移的情况时，所述倾角传感器6与所述加速度传感器7测量同时采集所述标杆受到碰撞时力与状态的变化情况，并将信号传送所述MCU模块8，通过所述MCU模块8传输至所述无线通讯模块10，再由所述无线通讯模块10传输至所述上位机模块进行处理，给与最终的判断结果。本发明中所使用的MCU模块的品牌可以是STM32，无线通讯模块的型号为SI4463S4S-V1，但不仅限于此。
请参照图4至图7，本发明一实施例中，所述供电机构11包括所述传感器柱5内对称设置的导电槽12和所述立杆4上端对称设置的铜片13，所述导电槽12内对称设置有极性相反的电接触板，所述铜片13嵌入所述导电槽12内，所述铜片13与所述MCU模块8电连接。所述铜片13与所述导电槽12内极性相反的电接触板接触形成一个闭合电路，给相应的所述倾角传感器6及所述加速度传感器7供电。本发明中设置的供电机构采用的是铜片与电接触板接触的形式为所述倾斜角传感器与所述加速度传感器进行供电，与电线连接供电形式相比，解决了多根电线缠绕的问题，提高了供电安全。
请继续参照图3至图4，本发明一实施例中，所述立杆4的左右两侧依上而下等距离设置有若干对螺纹槽14，所述传感器柱5上的底端对称设置有螺纹通孔15，所述传感器柱5通过螺钉16穿过对应所述的螺纹通孔15与所述螺纹槽14固定于所述立杆4上。所述传感器柱5通过螺钉16固定不同高度的螺纹通孔15上，便于根据考试要求进行调节所述传感器柱5的高度。此外，可进行调换不同直径的传感器柱以适应实际使用。
请继续参照图3，本发明一实施例中，所述底座1通过螺栓固定于地面上，当所述立杆4彻底损坏时，可进行替换。
本发明一实施例中，所述视频采集模块为摄像头。
本系统的工作原理为：利用双目视觉识别原理在实操培训模块的场地内布置所述摄像头，将视觉信息数据化，在场地布置中预先将定稳钩区、定点停放点、标杆、吊物预设为对比度反差较大的颜色。管理员登录上位机模块，录入学员信息及设置上位机模块的相关硬件参数；学员培训时，登录上位机模块，通过实时培训功能模块选择实操培训区域，并进行实操培训，摄像头实时采集实操培训模块的视频，采集的视频传输至所述硬件通信视频数据采集模块，处理后的视频传输至所述实时分析模块进行视频画面分析判断，具体是，在上位机模块中将同心圆的圆心、标杆的原始位置作为预设坐标点，利用坐标点与边界建立区域坐标系并预设坐标系的极限；上位机模块在进行分析时，上位机模块通过颜色识别算法，根据吊物的特定颜色可实时计算出在吊物在区域坐标系中的运行路线所对应的坐标点和活动轨迹，再进行数据识别，从而将吊物在运行、停放、过杆的过程构造几何数学模型推断出定点、标杆、吊物等目标点与摄像头之间的位置，将整个过程中的目标运动轨迹通过相对坐标来的方式传达到上位机模块，通过上位机模块采样分析计算得出结果，即可识别吊物是否吊运出边界，以及判断路线、停放位置与预设坐标点的偏差距离；同时由上位机模块将分析结果与设置的参数以及过往培训案例进行自动比对分析，给出培训情况以及调整方案，并及时的将结果传输至结果数据存储模块进行存储，便于后续的对培训过程的追溯。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (1)
1.基于视频采集识别技术的起重机作业人员操作培训系统，其特征在于：包括实操培训模块、上位机模块和视频采集模块，所述视频采集模块实时采集所述实操培训模块的视频并将其传输至所述上位机模块进行处理分析及存储；所述实操培训模块包括定点停放区域、绕杆区域和稳钩区域，所述定点停放区域包括3个直径不相同的同心圆，所述绕杆区域内设置有若干标杆；所述实操培训模块的外延围设有边界，所述上位机模块将所述实操培训模块中的物体的原始位置预设为坐标点，利用所述坐标点和所述边界建立区域坐标系并预设坐标系的极限，所述上位机模块采集吊物在运行、停放、过杆的过程中所述吊物的运动轨迹的相对坐标进行分析计算得出结果,所述上位机模块包括登录模块，所述登录模块包括学员登录培训模块和管理员模块，所述学员登录培训模块与所述管理员模块均与记录查询模块相连；所述管理员模块包括学员信息录入模块和硬件参数设置模块；所述学员登录培训模块包括实时培训功能模块、硬件通信视频数据采集模块、实时分析模块和实时结果显示模块；所述视频采集模块将采集的视频传输至所述硬件通信视频数据采集模块，所述硬件通信视频数据采集模块处理视频并将其传输至所述实时分析模块，所述实时分析模块将分析好的数据传输至结果数据存储模块和所述实时结果显示模块，所述结果数据存储模块将数据传输至所述记录查询模块，所述标杆包括固定于地面上的底座，所述底座上设置有盒体，所述盒体内设置有一电路板，所述电路板与所述上位机模块无线连接；所述盒体的上方设置有具有弹性的立杆，所述立杆内部中空，所述立杆的上端套设有一可上下升降的传感器柱；所述传感器柱内设置有倾角传感器和加速度传感器，所述传感器柱内还设置有给所述倾角传感器与所述加速度传感器供电的供电机构，所述电路板包括MCU模块、充放电电路和无线通讯模块，所述MCU模块控制所述充放电电路和所述无线通讯模块，所述供电机构包括所述传感器柱内对称设置的导电槽和所述立杆上端对称设置的铜片，所述导电槽内对称设置有极性相反的电接触板，所述铜片嵌入所述导电槽内，所述铜片与所述MCU模块电连接，所述立杆的左右两侧依上而下等距离设置有若干对螺纹槽，所述传感器柱上的底端对称设置有螺纹通孔，所述传感器柱通过螺钉穿过对应的所述螺纹通孔与所述螺纹槽固定于所述立杆上，所述底座通过螺栓固定于地面上，所述视频采集模块为摄像头。
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