CN112327734B - 一种基于互联网的工程机械远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于互联网的工程机械远程监控系统，包括：监控终端和远程监控中心，其中监控终端安装在工程机械上，用于实时监测工程机械运行状态，并将获取的运行状态数据发送到远程管控中心；远程监控中心与监控终端通信连接，用于接收监控终端发送的工程机械运行状态数据，并根据获取的工程机械运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息。本发明有助于管理者在异常初期发现工程状态的问题，并第一时间分配运维人员到现场进行运维处理，避免工程机械在异常状态下依然高负荷的工作，以导致故障的发生。

Description

一种基于互联网的工程机械远程监控系统

技术领域

本发明涉及工程机械远程监控技术领域，特别是一种基于互联网的工程机械远程监控系统。

背景技术

目前，大型施工现场中，通常设置有不同种类的工程机械(如挖掘机、铲土机、起重机等)来协助施工现场的作业，在实际的作业中，工程机械通常会因为高负荷作业、或施工现场恶劣环境影响等，导致工程机械容易出现异常情况。

现有技术中，针对工程机械的异常情况监测，通常是由实际操作的工程人员凭经验判断，当发现异常问题时，向施工现场的管理部门汇报。但是上述方式存在以下问题：

通过工程人员判断工程机械是否出现异常，主观性强，通常是到了工程机械产生故障了，才能够被发现了，错过了工程机械出现异常初期的运维最佳时间，导致运维成本增加，同时不便于管理。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于互联网的工程机械远程监控系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明示出一种基于互联网的工程机械远程监控系统，包括：监控终端和远程监控中心，其中监控终端安装在工程机械上，用于实时监测工程机械运行状态，并将获取的运行状态数据发送到远程监控中心；远程监控中心与监控终端通信连接，用于接收监控终端发送的工程机械运行状态数据，并根据获取的工程机械运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息。

一种实施方式中，监控终端包括状态监测模块和通信模块；状态监测模块设置在工程机械中，用于采集工程机械运行状态数据，并将获取的工程机械运行状态数据通过通信模块发送到远程监控中心。

一种实施方式中，通信模块包括5G通信单元、4G通信单元、或自组网通信单元等中的一种或多种。

一种实施方式中，状态监测模块包括速度监测单元、振动监测单元、电源监测单元、温度监测单元、气压监测单元、加速度监测单元等中的一种或多种。

一种实施方式中，远程监控中心包括接收模块和异常分析模块；接收模块用于与监控终端进行通信连接，接收由监控终端发送的工程机械运行状态数据；异常分析模块用于根据接收到的工程机械运行状态数据对工程机械运行状态进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息。

一种实施方式中，状态监测模块包括第一振动监测单元和第二振动监测单元；第一振动监测单元设置在工程机械的发动机上，用于监测工程机械发动机的第一振动信号，并发送到远程监控中心；第二振动监测单元设置在工程机械的外表面，用于监测工程机械整机的第二振动信号，并发送到远程监控中心；远程监控中心的异常分析模块包括振动异常分析单元，振动异常分析单元用于根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态。

一种实施方式中，振动异常分析单元中，根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态，具体包括：1)将获取的第一振动信号和第二振动信号对应到统一的时间轴中；2)根据获取的第二振动信号对第一振动信号进行修正，获取修正后的第一振动信号；3)根据修正后的第一振动信号，从中提取反映工程机械发动机振动特性的特征参数，并根据提取的特征参数采用训练好的异常分析模型进行异常分析，获取工程机械发动机工作状态的异常分析结果。

本发明的有益效果为：通过在工程机械中设置监控终端，来获取实时获取工程机械的运行状态数据，并将获取的运行状态数据通过无线移动网络传输到远程监控中心集中管理，其中远程监控中心能够根据接收到的工程机械运行状态数据为基础，对工程机械的运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，能够及时发出异常警报信息，有助于管理者在异常初期发现工程状态的问题，并第一时间分配运维人员到现场进行运维处理，避免工程机械在异常状态下依然高负荷的工作，以导致故障的发生。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的框架结构图；

图2为本发明一种实施方式中监控系统的框架结构图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1，其示出一种基于互联网的工程机械远程监控系统，包括：监控终端和远程监控中心，其中监控终端安装在工程机械上，用于实时监测工程机械运行状态，并将获取的运行状态数据发送到远程监控中心；远程监控中心与监控终端通信连接，用于接收监控终端发送的工程机械运行状态数据，并根据获取的工程机械运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息。

上述实施方式中，通过在工程机械中设置监控终端，来获取实时获取工程机械的运行状态数据，并将获取的运行状态数据通过无线移动网络传输到远程监控中心集中管理，其中远程监控中心能够根据接收到的工程机械运行状态数据为基础，对工程机械的运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，能够及时发出异常警报信息，有助于管理者在异常初期发现工程状态的问题，并第一时间分配运维人员到现场进行运维处理，避免工程机械在异常状态下依然高负荷的工作，以导致故障的发生。

同时通过远程监控中心集中处理由监控终端采集的工程状态运行数据，能够利用远程监控中心运算能力和能源充足的情况，将信息处理的部分设置在远程监控中心中，能够有效地提高监控系统的可靠性和持续性。

一种实施方式中，监控终端包括状态监测模块和通信模块；状态监测模块设置在工程机械中，用于采集工程机械运行状态数据，并将获取的工程机械运行状态数据通过通信模块发送到远程监控中心。

一种实施方式中，通信模块包括5G通信单元、4G通信单元、或自组网通信单元等中的一种或多种。

一种实施方式中，状态监测模块包括速度监测单元、振动监测单元、电源监测单元、温度监测单元、气压监测单元、加速度监测单元等中的一种或多种。

一种实施方式中，工程机械运行状态数据包括：移动速度、振动信号、蓄电池剩余电量、电流电压信息、液压系统温度信息、气压信息、加速度信息等。

一种实施方式中，监控终端还包括定位单元，用于获取工程机械的实时定位信息并发送到远程监控中心；远程监控中心还能够根据获取的定位信息监测工程机械是否在设定的工作区域内工作，当超出范围是发出警报信息。

远程监控中心根据接收到的运行状态数据，和设定的异常状态阈值表进行比对，分析工程机械是否存在异常状态。例如：将蓄电池剩余电量数据和设定的电量阈值进行比对，当蓄电池剩余电量小于设定的阈值，则发出电量低的异常警报消息；将接收到的液压系统温度信息和设定的温度阈值进行比对，当液压系统温度高于设定的第一阈值时，则发出过过热预警信息，当液压系统温度高于设定的第二阈值时，则发出过热停运警报信息。

一种实施方式中，远程监控中心包括接收模块和异常分析模块；接收模块用于与监控终端进行通信连接，接收由监控终端发送的工程机械运行状态数据；异常分析模块用于根据接收到的工程机械运行状态数据对工程机械运行状态进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息。

一种实施方式中，工程机械包括挖掘机械、铲土运输机械、起重机械、压实机械、桩工机械、钢筋混凝土机械、路面机械等，其中上述工程机械配备有发动机、液压系统、传动装置、变速装置等工程机械基础装置。

针对工程机械中发动机为关键的部件，而发动机存在的异常问题通常不易被察觉，因此，本申请还专门针对工程机械发动机的工作状态提出了一种发动机状态异常监测技术方案：

一种实施方式中，参见图2，状态监测模块包括第一振动监测单元和第二振动监测单元；第一振动监测单元设置在工程机械的发动机上，用于监测工程机械发动机的第一振动信号，并发送到远程监控中心；第二振动监测单元设置在工程机械的外表面，用于监测工程机械整机的第二振动信号，并发送到远程监控中心；远程监控中心的异常分析模块包括振动异常分析单元，振动异常分析单元用于根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态。

一种实施方式中，振动异常分析单元中，根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态，具体包括：1)将获取的第一振动信号和第二振动信号对应到统一的时间轴中其中第一振动信号和第二振动信号的采样频率相同，即相同的时间长度中所包含的采样点的数量相同；2)根据获取的第二振动信号对第一振动信号进行修正，获取修正后的第一振动信号；3)根据修正后的第一振动信号，从中提取反映工程机械发动机振动特性的特征参数，并根据提取的特征参数采用训练好的异常检测模型进行异常分析，获取工程机械发动机工作状态的异常分析结果。

一种实施方式中，当振动异常分析单元获取的工程机械发动机工作状态为异常时，异常分析模块发出工程机械发动机异常警报信息。

上述实施方式中，通过在工程机械的发动机上以及工程机械的机身外表面(如操作室外部、底盘外部、车身外部)分别设置第一振动监测单元(如振动信号采集传感器)和第二振动监测单元，分别采集发动机自身的振动信号，以及整个工程机械的振动机身的振动信号，并通过采集的两个振动信号协同检测发动机的工作状态，能够避免工程机械在工作的过程中，由于现场环境恶劣导致工程机械自身作业产生的振动、摇晃而导致对发动机本身振动信号监测的影响，通过第二振动信号对第一振动信号进行修正，获取能够真实反映发动机本身振动信息的振动信号，有助于远程监控中心在修正过的第一振动信号的基础上对进行进一步的特征提取，并将特征信息输入值基于振动信号的异常检测模型进行异常分析，获取工程机械发动机工作的异常分析结果。

一种实施方式中，基于振动信号的异常检测模型，可以采用基于LSTM(LSTM：LongShort-Term Memory，长短期记忆网络)的异常检测模型；也可以采用其他现有的基于振动信号进行异常检测分析的检测模型。

针对异常检测过程中的原始信号获取，本申请还具体提出一种根据第二振动信号对第一振动信号进行修正的信号处理方法，以获取进行异常检测时所需的目标对象。

一种实施方式中，振动异常分析单元中，根据获取的第二振动信号对第一振动信号进行修正，具体包括：

1)获取相同时间段内的第一振动信号和第二振动信号；

2)对第一振动信号和第二振动信号分别进行经验模态分解，获取第一振动信号的G个IMF分量

和趋势分量

以及获取跌振动信号的G个IMF分量

和趋势分量

3)采用高频低频分界参数g_f，分别将第一振动信号和第二振动信号中的前g_f个IMF分量标记为高频分量，并将第g_f+1到G个IMF分量标记问低频分量；

4)针对获取的第一振动信号的高频分量

进行修正，其中采用的高频分量修正函数为：

式中，

表示修正后的第一振动信号的第g个高频分量，其中g＝1,2,…g_f，

表示获取的第一振动信号的第g个高频分量，

表示获取的第二振动信号的第g个高频分量，β表示第一调节因子，其中β∈[0.7,1]，γ表示第二调节因子，其中γ∈[0.35,0.55]；

5)根据修正后的第一振动信号的高频分量和第一振动信号的低频分量以及趋势分量

进行重构，获取修正后的第一振动信号。

上述实施方式中，由于设置在发动机上的振动监测单元采集到的第一振动信号，其可能会收到来自外部因素的干扰，无法准确反映发动机振动特征信息；因此通过设置在工程机械机身上的振动监测单元采集到的第二振动信号作为参考，来反映外部因素干扰的特性，从而对第一振动信号进行修正。上述实施方式中首先采用经验模态分解来获取振动信号的IMF分量来反映振动信号的特征信息，由于外部影响因素通常存在于高频分量中，因此针对第一振动信号的高频分量进行修正处理，其中修正函数中加入了第二振动信号高频分量特征信息作为参考，能够有效以第二振动信号特征信息为基础，区域高频信号中的外部干扰因素(如噪声干扰、工程机械因摇晃、颠簸造成的无效干扰信息等)最大程度地还原出能够真实反映发动机振动特征信息的振动信号，以使得后续能够根据修正后的振动信号进行特征提取和异常检测处理，有效地提高了异常检测的准确度和可靠性。

一种实施方式中，振动异常分析单元中，高频低频分界参数g_f的获取具体包括：

1)初始化当前分量因子m＝1，以表示当前针对第m个IMF分量进行处理；

2)针对当前的分量因子m，计算相应的高频低频分界适应值，其中采用的高频低频分界适应值计算函数为：

式中，Point(m)表示对分量因子m的高频低频分界适应值，

和

分别表示第一振动信号中第m个和第m+1个IMF分量的过零率，

表示第二振动信号中第m个IMF分量的过零率，

表示预设的标准噪声信号的第m个IMF分量的过零率，

表示第一调节因子，

表示第二调节因子，其中

3)将获取的当前高频低频分界适应值Point(m)和设定的阈值Point(T)进行比较，如果Point(m)>Point(T)，则将当前分量因子m作为高频低频分界参数g_f，g_f＝m；否则更新分量因子m＝m+1，并跳转至步骤2)，继续下一轮的高频低频分界适应值计算；

在一种实施方式中，针对特殊情况可能导致的上述异常分析单元中无法自适应设定高频低频分界参数g_f的取值的情况：

若m+1>G，则将高频低频分界参数g_f设定为g_f＝R，R表示预设的标准高频低频分界参数取值。

针对经验模态分解中，准确区分IMF分量中的高频分量和低频分量是准确修正第一振动信号的基础，上述实施方式中，针对工程机械施工现场中存在的外部干扰因素的特性，特别提出了一种高频低频分界参数自适应设置的技术方案，该方案中，以更能够反映外部干扰因素影响的第二振动信号为基础，对第一振动信号的IMF分量进行横向和纵向的特征分析，其中引入高频低频分界适应值来反映高低频分界的特性，能够有效地根据外部干扰因素的，以及第一振动信号自身的特性自适应地区分其中的高频分量和低频分量，从而根据获取的高频分量进行处理消除外部干扰因素的影响。为后续进一步进行的异常检测处理奠定了基础。

在一种实施方式中，振动异常分析单元中，获取修正后的第一振动信号的高频分量

后，还包括：

对获取的高频分量进行增强调优处理，其中采用的增强调优函数为：

式中，

表示增强调优后的第一振动信号的第g个IMF分量的中第n个采样点的幅值，

表示修正后的第一振动信号的第g个IMF分量的中第n个采样点的幅值，T(g)表示设定的针对第g个IMF分量的阈值，sgn(*)表示符号函数，其根据*的正负取1或-1。

分别对修正后的第一振动信号的高频分量中各IMF分量进行增强调优处理，输出增强调优后的第一振动信号的高频分量

根据增强调优后的第一振动信号的高频分量和第一振动信号的低频分量以及趋势分量

进行重构，获取修正后的第一振动信号。

为进一步提高修正后的第一振动信号的性能，上述实施方式中，在根据IMF分量重构出最终输出的第一振动信号之前，还针对高频分量进行增强调优处理，进一步提出高频分量中存在的噪声干扰，从而进一步提高修正后的第一振动信号的性能。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种基于互联网的工程机械远程监控系统，其特征在于，包括：监控终端和远程监控中心，其中监控终端安装在工程机械上，用于实时监测工程机械运行状态，并将获取的运行状态数据发送到远程监控中心；远程监控中心与监控终端通信连接，用于接收监控终端发送的工程机械运行状态数据，并根据获取的工程机械运行状态数据进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息；

所述监控终端包括状态监测模块和通信模块；状态监测模块设置在所述工程机械中，用于采集所述工程机械运行状态数据，并将获取的工程机械运行状态数据通过通信模块发送到所述远程监控中心；

所述状态监测模块包括速度监测单元、振动监测单元、电源监测单元、温度监测单元、气压监测单元、加速度监测单元中的一种或多种；

所述远程监控中心包括接收模块和异常分析模块；接收模块用于与所述监控终端进行通信连接，接收由监控终端发送的所述工程机械运行状态数据；异常分析模块用于根据接收到的工程机械运行状态数据对工程机械运行状态进行异常分析，当分析到存在异常状态时，发出警报信息；

所述状态监测模块包括第一振动监测单元和第二振动监测单元；第一振动监测单元设置在所述工程机械的发动机上，用于监测工程机械发动机的第一振动信号，并发送到所述远程监控中心；第二振动监测单元设置在工程机械的外表面，用于监测工程机械整机的第二振动信号，并发送到远程监控中心；所述远程监控中心的所述异常分析模块包括振动异常分析单元，振动异常分析单元用于根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态；

所述振动异常分析单元中，根据接收的第一振动信号和第二振动信号分析工程机械发动机状态，具体包括：1)将获取的第一振动信号和第二振动信号对应到统一的时间轴中；2)根据获取的第二振动信号对第一振动信号进行修正，获取修正后的第一振动信号；3)根据修正后的第一振动信号，从中提取反映工程机械发动机振动特性的特征参数，并根据提取的特征参数采用训练好的异常检测模型进行异常分析，获取工程机械发动机工作状态的异常分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于互联网的工程机械远程监控系统，其特征在于，所述通信模块包括5G通信单元、4G通信单元、或自组网通信单元中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于互联网的工程机械远程监控系统，其特征在于，所述振动异常分析单元中，根据获取的第二振动信号对第一振动信号进行修正，具体包括：

1)获取相同时间段内的所述第一振动信号和所述第二振动信号；

2)对第一振动信号和第二振动信号分别进行经验模态分解，获取第一振动信号的G个IMF分量

和趋势分量

以及获取跌振动信号的G个IMF分量

和趋势分量

3)采用高频低频分界参数g_f，分别将第一振动信号和第二振动信号中的前g_f个IMF分量标记为高频分量，并将第g_f+1到G个IMF分量标记问低频分量；

4)针对获取的第一振动信号的高频分量

进行修正，其中采用的高频分量修正函数为：

式中，

表示修正后的第一振动信号的第g个高频分量，其中g＝1，2，…g_f，

表示获取的第一振动信号的第g个高频分量，

表示获取的第二振动信号的第g个高频分量，β表示第一调节因子，其中β∈[0.7,1]，γ表示第二调节因子，其中γ∈[0.35,0.55]；

5)根据修正后的第一振动信号的高频分量和第一振动信号的低频分量以及趋势分量

进行重构，获取所述修正后的第一振动信号。

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