CN113264449B - 实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统。具体地，作业规划层用于生成生产计划。协同调度层可包括作业执行调度中心，用于处理生产计划，生成时序化控制指令。物联网集成接口可具有转译协调器，用于建立配置项表单，并根据时序化控制指令对应更新所述配置项表单，并由转译协调器对所述配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令。现场层可包括智能塔吊，用于响应作业指令。有利于智能塔吊识别场地和环境安全因素，将物料按照生产计划的流程和顺序，在规定时间内定点准确地搬运各种物料；另外还能够自主规划决策生产计划、以及进行及时地故障预警和故障处理，降低了塔吊对人的依赖性，提升了塔吊作业的安全性和效率。

Description

实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统和方法

技术领域

本申请涉及智慧工地技术领域，尤其涉及一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统和方法。

背景技术

塔吊即塔式起重机，是一种重要的工程设施。塔吊通过起升、变幅、回转等动作，能够对大型物料执行垂直方向和水平方向的移动输运，因此在建筑工地等场景下被广泛应用。不过传统的塔吊需要驾驶员在操作仓进行驾驶，依赖于驾驶员的技能和经验。

为了提升塔吊作业的便捷性和安全性，现有技术中存在一种能够辅助驾驶员操作的智能塔吊。智能塔吊在作业过程中主要利用各种传感器、摄像机等设施，进行作业状况的监控，进而通过仪表、显示器向驾驶员进行展示，以便驾驶员判断和调整操控。因此可以看出，现有的智能塔吊仅起到辅助驾驶员判断和调整的作用，无法自主地判断识别场地和环境安全因素；也无法自动地将物料按生产计划流程和顺序，在规定时间内定点准确搬运各种物料。

发明内容

本申请提供了一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统和方法，以期解决或部分解决背景技术中涉及的上述问题或现有技术中的其它至少一个不足。

本申请提出了这样一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统，可包括：作业规划层、协同调度层、物联网集成接口以及现场层。作业规划层可包括生产计划管理模块，用于生成生产计划。协同调度层可包括作业执行调度中心，用于处理生产计划，生成时序化控制指令。物联网集成接口可具有转译协调器，用于建立配置项表单，并根据时序化控制指令对应更新所述配置项表单，并由转译协调器对所述配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令；现场层可包括智能塔吊，用于响应作业指令。

在一些实施方式中，现场层还可包括：感知模块和工地智能模块。感知模块用于采集并上传智能塔吊和工地智能模块的环境数据。工地智能模块用于辅助智能塔吊响应作业指令，其中智能塔吊和工地智能模块还分别上传自身对应的控制数据、运行规划数据以及安全保障数据。

在一些实施方式中，现场层还用于确定环境数据、控制数据、运行规划数据以及安全保障数据的异常数据，并生成告警消息。

在一些实施方式中，物联网集成接口还用于将环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息加入数据消息堆栈。

在一些实施方式中，协同调度层还可包括：现场数据虚拟中心、现场状态管理和故障处理中心。现场数据虚拟中心可具有显示界面，用于读取并显示数据消息堆栈中存储的环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息。现场状态管理和故障处理中心用于根据所述环境数据、控制数据、运行规划数据以及安全保障数据，并结合告警消息，对现场层进行状态分析及监控，生成故障预警、实际作业动作质量评估结果、冲突判断结果以及故障预测结果。

在一些实施方式中，作业规划层还可包括：故障响应模块和安全认证模块。故障响应模块用于根据故障预警生成停机和维修指令。安全认证模块，用于根据环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息，并结合故障预测结果进行安全性评估，并对智能塔吊和工地智能模块进行安全审计，以及将响应不合规的审计结果，停止对时序化控制指令的授权，并进行现场语音广播提示。

在一些实施方式中，本申请还可包括云端支撑平台，其中云端支撑平台可包括：大数据分析模块、专家智能辅助模块、高级调度模块以及客户端。大数据分析模块用于与多个现场数据虚拟中心进行环境数据、控制数据、运行规划数据以及安全保障数据的共享，分别分析获得现场层的环境数据、控制数据、运行规划数据以及安全保障数据对应的大数据指标。专家智能辅助模块用于通过专家系统规则模型，为作业规划层提供辅助意见。高级调度模块用于与云端管理系统进行交互。客户端用于与使用者进行互动。

在一些实施方式中，协同调度层还可包括协同总线。协同总线用于为现场层、作业执行调度中心、现场数据虚拟中心、现场状态管理和故障处理中心、作业规划层以及云端支撑平台提供信息交互通道。

本申请还提供了这样一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同方法，可包括：由作业规划层生成生产计划；由协同调度层处理生产计划，生成时序化控制指令；由物联网集成接口建立配置项表单，并根据时序化控制指令对应更新配置项表单，并由物联网集成接口内置的转译协调器对所述配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令；以及由具有智能塔吊的现场层响应作业指令。

在一些实施方式中，在由具有智能塔吊的现场层响应作业指令之后，还可包括：由现场层获取自身的环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息；由协同调度层的现场状态管理和故障处理中心根据环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息，对现场层进行状态分析及监控，并生成故障预警；以及由作业规划层的故障响应模块根据故障预警生成停机和维修指令。

根据上述的实施方式的技术方案可至少获得以下至少一个有益效果：根据本申请一实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统及方法，以智能塔吊为核心，在工地覆盖无线物联网，接入感知模块，融合其他实现自主作业的工地智能模块，实现智能塔吊和工地智能模块的网格化协同，以及作业相关数据的共享。通过上述方式，并结合现场语音广播提示，有利于智能塔吊识别场地和环境安全因素，将物料按照生产计划的流程和顺序，在规定时间内定点准确地搬运各种物料；另外还能够自主规划决策生产计划、以及进行及时地故障预警和故障处理，降低了塔吊对人的依赖性，提升了塔吊作业的安全性和效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本申请的示例性实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统的结构示意图；

图2是根据本申请的示例性实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同的方法流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了元素的大小、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。另外，在本申请中，各步骤处理描述的先后顺序并不必然表示这些处理在实际操作中出现的顺序，除非有明确其它限定或者能够从上下文推导出的除外。

还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“…中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞（包括工程术语和科技术语）均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。

图1是根据本申请的示例性实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统的结构示意图。

如图1所示，本申请提供了一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统，可包括作业规划层4、协同调度层3、物联网集成接口2以及现场层1。作业规划层4可包括生产计划管理模块41，用于生成生产计划。协同调度层3可包括作业执行调度中心32，用于处理生产计划，生成时序化控制指令。物联网集成接口2可具有转译协调器21，用于建立配置项表单，并根据时序化控制指令对应更新所述配置项表单，并由转译协调器21对配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令。现场层1可包括智能塔吊11，用于响应作业指令。

在一些实施方式中，现场层1包括智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13。具体地，智能塔吊11又称为智能塔式机器人，用于根据作业指令在规定时间内将目标物料搬运至目标地点。在本申请中智能塔吊11的数量在此不做限制，可为智能塔吊集群。感知模块12可采用摄像头、传感器、激光或者毫米波雷达、激光或者超声测距仪等，用以分别采集智能塔吊11和工地智能模块13所处区域的环境数据。具体地，利用摄像头分别采集智能塔吊11和工地智能模块13所处区域的图像。利用传感器分别采集智能塔吊11和工地智能模块13所处区域的环境参数，例如采用光敏传感器采集光照度数值，采用风速传感器采集风速等。利用激光或者毫米波雷达分别探测智能塔吊11和工地智能模块13周围是否存在物体。利用激光或者超声测距仪分别探测智能塔吊11和工地智能模块13与周围物体之间的距离。需要说明的是，感知模块12可根据感知需求设置各种类型的感知设备，并不限于上述。

在一些实施方式中，感知模块12可直接对应设置在智能塔吊11的主体上，和/或工地智能模块13的主体上。当然，感知模块12也可设置在智能塔吊11，和/或工地智能模块13所处的环境中，在此不做限制。

在一些实施方式中，工地智能模块13可为智能运输工具、智能辅助装卸工具以及焊接机器人等，以辅助智能塔吊11完成搬运目标物料的指令。

在一些实施方式中，智能塔吊11和工地智能模块13的控制数据、运行规划数据、安全保障数据等还可通过无线物联网进行共享。

在一些实施方式中，当智能吊塔11或工地智能模块13的环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据等作业相关数据存在超过预设阈值的异常数据时，例如风速等级达到六级等，或者当现场层1存在其他异常问题时，例如感知设备12失灵等，则生成告警消息。进一步地，现场层1将作业相关数据以及告警消息上传至物联网集成接口2。

在一些实施方式中，智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13都接入了覆盖工地的无线物联网，并与物联网集成接口2进行交互。

在一些实施方式中，由于现场层1的智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13均具有多种多样的类型和不同的出厂厂商，因此执行的通信标准存在差异。为了便于现场层1和协同调度层3的信息交互，本申请设置物联网集成接口2作为现场层1和协同调度层3的过渡接口。

具体地，物联网集成接口2将现场层1上传的作业相关数据以及告警消息都按照统一的格式进行转化，并加入到对应的数据消息堆栈，例如将环境数据加入到环境数据堆栈，将告警消息加入告警消息堆栈等，以便协同调度层3按照时序机制进行读取。物联网集成接口2还可用于维护该数据消息堆栈。当然，物联网集成接口2还可用于将协同调度层3的批量的时序化控制指令分别转译为智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13能够识别的作业指令，进而实现现场层1与协同调度层3的信息交互。具体地，物联网集成接口2预先针对智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13分别建立对应的配置项表单，并根据协同调度层3的时序化控制指令，对应更新和维护该配置项表单。需要说明的是，每个配置项表单中均包含多个配置项，其中每个配置项均表明了针对智能塔吊11、感知模块12或工地智能模块13的控制指令。进一步地，由物联网集成接口2内置的转译协调器21分别按照智能塔吊11、感知模块12或工地智能模块13对应的通信协议所约定的格式和时序机制，将对应的配置表单中的多个配置项转译为智能塔吊11、感知模块12或工地智能模块13能够识别的作业指令。进一步地，将转译后的作业指令下达到现场层1，以便其识别及响应。

在本申请中，面对现场层1大量地、异构地、复杂地各种模块设施，本申请通过物联网集成接口2建立了相对统一和简化的传输机制，有利于屏蔽各部分的通信协议的差异性，便于信息交互。

在一些实施方式中，物联网集成接口2还设置有安全防火墙（未示出）。安全防火墙对现场层1的各种模块设施进行安全防护，保证现场层1各个模块设施的运行安全。具体地，对于传输给现场层1中各个模块设施特别是智能塔吊11的控制指令和数据，安全防火墙都要根据预设的安全策略，对其进行权限验证以及安全性的验证，以避免由木马和病毒发出的伪指令传递给现场层1的塔吊设施11，或没有权限的指令传递给现场层1的智能塔吊11等设施。

在一些实施方式中，协同调度层3包括协同总线31、作业执行调度中心32、现场数据虚拟中心33以及现场状态管理和故障处理中心34，其中将作业执行调度中心32、现场数据虚拟中心33以及现场状态管理和故障处理中心34作为工地现场中枢级中心。

具体地，协同总线31是现场层1、作业规划层4、云端支撑平台5以及工地现场中枢级中心之间的消息总线，解除了工地现场中枢级中心与现场层1、作业规划层4、云端支撑平台5之间的直接耦合，为其提供信息交互通道，进而极大地降低了本申请所述系统的搭载信息交互通道的工作量。通过协同总线31，现场层1的作业相关数据以及告警消息能够提供给对应的作业规划层4、云端支撑平台5、作业执行调度中心32、现场数据虚拟中心33以及现场状态管理和故障处理中心34中的任意一个或多个，从而实现智慧工地的透明化管理。另外，通过协同总线31还可以将作业规划层4、云端支撑平台5、作业执行调度中心32、现场数据虚拟中心33以及现场状态管理和故障处理中心34的时序化控制指令下达至现场层1，以便现场层1接收及响应该指令。

具体地，作业执行调度中心32利用协同总线31可获取生产计划管理模块41发送的生产计划，并将其解析为面向现场层1的智能塔吊11、感知模块12以及工地智能模块13的批量的时序化控制指令，并通过协同总线31以及物联网集成接口2将批量的时序化控制指令传递给现场层1。物联网集成接口2将时序化控制指令传递给现场层1的具体过程可参考上文，在此不再赘述。

具体地，现场数据虚拟中心32作为数据中心，可通过协同总线31从数据消息堆栈中读取现场层1的作业相关数据以及告警消息，并将其存储在历史数据库中，以便调用。另外，现场数据虚拟中心32还具有显示界面，可监控读取的实时作业相关数据、历史作业相关数据，并进行告警消息的显示，以实现智慧工地的透明化。

具体地，现场状态管理和故障处理中心33利用协同总线31从现场数据虚拟中心32获得现场层1的实时作业相关数据、历史作业相关数据，并从物联网集成接口2处获得现场层1的实时告警消息。进而对智能塔吊11、感知模块12和工地智能模块13进行状态分析和监控，需要说明的是该状态信息包括现场层1的各个模块设施的作业动作状态。更具体地，现场状态管理和故障处理中心33对现场层1的各个模块设施进行实时可视化的透明监控，可以查看各个模块设施的实时作业相关数据曲线和历史作业相关数据曲线，进而确定该模块设施当前的生产状态，以便在发生故障时快速做出处理决策，例如向故障响应模块42上报故障预警。现场状态管理和故障处理中心33还能够从作业执行调度中心31处获得时序化控制指令中各个控制指令对应的目标作业动作参数，实时地分析现场层1的各个模块设施在作业过程中的实际作业动作参数，以便对其实际作业动作的质量和冲突做出判断。另外，现场状态管理和故障处理中心33还能够对现场层1进行故障预测和维护。具体地，现场状态管理和故障处理中心33根据现场层1的各个模块设施的实时作业相关数据、历史作业相关数据以及实时告警消息，按照预设的故障预测规则，预判现场层1的各个模块设施是否存在故障风险，并将故障预测结果发送至安全认证模块43进行处理，避免出现事故以及现场层1的模块设施的损坏。故障预测规则可包括：静态阈值规则、动态阈值规则、统计分布规则、消息事件规则以及工程师自定义规则等。

在一些实施方式中，作业规划层4设置于智慧工地的远程中心，通过协同总线31实现与协同调度层3的各个中枢级中心的上下层交互。在本申请中作业规划层4可包括生产计划管理模块41、故障响应模块42和安全认证模块43。

具体地，生产计划管理模块41根据整个工程的施工进度安排，向作业执行调度中心32下达当前作业时段的生产计划的工单，即面向整个智慧工地的宏观作业计划。当然，该生产计划的工单是通过协同总线31传递给作业执行调度中心31的。

具体地，故障响应模块42通过协同总线31获得现场状态管理和故障处理中心34上报的故障预警；并根据故障情况，通过协同总线31和物联网集成接口2向现场层1下达停机等控制指令，当然该控制指令需由物联网集成接口2进行转译，以获得现场层1可识别的作业指令，具体转译规则参考上文，在此不再赘述。进一步地，故障响应模块42还可根据故障情况，远程向维修部门下达维修等指令，以辅助现场层1排除故障。

具体地，安全认证模块43首先通过协同总线31从现场状态管理和故障处理中心34获得现场层1的实时作业相关数据、历史作业相关数据、实时告警消息以及故障预测结果，并对此进行安全性评估。进一步地，安全认证模块43将对现场层1的智能塔吊11和工地智能模块13的施工作业进行安全审计，当审计结果为当前的施工作业不合规时，例如作业动作幅度过大、智能塔吊11的承重量超过阈值、风速过大等，则停止对当前控制指令的授权，并进行现场语音广播提示，为用户提供高效的、直观的安全提示。

另外，当智能塔吊11需要执行非常规作业动作时，安全认证模块43还可响应作业执行调度中心32的认证请求。换言之，安全认证模块43将根据智能塔吊11的作业相关数据，对该非常规作业动作进行安全认证，认证通过后，作业执行调度中心32方可将该非常规作业动作加入到对应的时序化控制指令中，并通过协通总线31和物联网集成接口2下达给现场层1的智能塔吊11。

在一些实施方式中，本申请还设置有云端支撑平台5。云端支撑平台5作为云计算和大数据中心，用于对作业规划层4提供后台数据支撑。云端支撑平台5可包括指标大数据分析模块51、专家智能辅助模块52、高级调度模块53以及客户端54。

具体地，大数据分析模块51作为云端的大数据中心，用于与不同智慧工地的多个现场数据虚拟中心33进行现场层1的作业相关数据的共享，以累计海量智慧工地的现场层1的作业相关数据。进一步地，通过人工智能数据分析算法挖掘获得现场层1各个设备模块的大数据指标。

具体地，专家智能辅助模块52通过专家系统规则模型，根据现场协同调度层3和作业规划层4的需求，对时序化控制指令的生成、冲突判别和决策、实际作业质量的评估、故障原因分析、安全性评估和非常规作业动作的认证等方面，提供辅助意见。

具体地，高级调度模块53用于与供应链管理（Supply chain management，SCM）、物料节能环保认证、生命周期管理等云端管理系统进行交互，实现高级别的资源调度和任务追踪、可视化管理等。

具体地，客户端54用于与使用者进行互动。具体地，建筑工程发包方、施工方、材料方等人员的移动终端可通过该客户端54与本申请的系统进行连接和互动。

根据本申请一实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统，以智能塔吊为核心，在工地覆盖无线物联网，接入感知模块，融合其他实现自主作业的工地智能模块，实现智能塔吊和工地智能模块的网格化协同，以及作业相关数据的共享。通过上述方式，有利于智能塔吊识别场地和环境安全因素，将物料按照生产计划的流程和顺序，在规定时间内定点准确地搬运各种物料；另外还能够自主规划决策生产计划、以及进行及时地故障预警和故障处理，降低了塔吊对人的依赖性，提升了塔吊作业的安全性和效率。

图2是根据本申请的示例性实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同的方法流程图。

如图2所示，本申请还提供了一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同方法，包括：

步骤S1，由作业规划层生成生产计划。

具体地，作业规划层设置于智慧工地的远程中心，通过协同总线实现与协同调度层的各个中枢级中心的上下层交互。在本申请中作业规划层可包括生产计划管理模块。生产计划管理模块根据整个工程的施工进度安排，向协同调度层的作业执行调度中心下达当前作业时段的生产计划的工单，即面向整个智慧工地的宏观作业计划。当然，该生产计划的工单是通过协同总线传递给该作业执行调度中心的。

步骤S2，由协同调度层处理生产计划，生成时序化控制指令。

具体地，协同调度层可包括协同总线和作业执行调度中心。协同总线是现场层、作业执行调度中心以及作业规划层之间的消息总线，解除了作业执行调度中心与现场层、作业规划层之间的直接耦合，为其提供信息交互通道，进而极大地降低了本申请所述方法所需的搭载信息交互通道的工作量。通过协同总线可以将生产计划管理模块的生产计划工单下达至作业执行调度中心，以便其接收及处理。

具体地，作业执行调度中心利用协同总线可获取生产计划管理模块发送的生产计划工单，并将其解析为面向现场层的智能塔吊、感知模块以及工地智能模块的批量的时序化控制指令。

步骤S3，由物联网集成接口建立配置项表单，并根据时序化控制指令对应更新配置项表单，并由物联网集成接口内置的转译协调器对配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令。

具体地，由于现场层的智能塔吊、感知模块和工地智能模块均具有多种多样的类型和不同的出厂厂商，因此执行的通信标准存在差异。为了便于现场层和协同调度层的信息交互，本申请将物联网集成接口作为现场层和协同调度层的过渡接口。通过物联网集成接口内置的转译协调器将协同调度层的批量的时序化控制指令分别转译为智能塔吊、感知模块和工地智能模块能够识别的作业指令，进而实现现场层与协同调度层的信息交互。具体地，物联网集成接口预先针对智能塔吊、感知模块和工地智能模块分别建立对应的配置项表单，并根据协同调度层的时序化控制指令，对应更新和维护该配置项表单。需要说明的是，每个配置项表单中均包含多个配置项，其中每个配置项均表明了针对智能塔吊、感知模块或工地智能模块的控制指令。进一步地，由物联网集成接口内置的转译协调器分别按照智能塔吊、感知模块或工地智能模块对应的通信协议所约定的格式和时序机制，将对应的配置表单中的多个配置项转译为智能塔吊、感知模块或工地智能模块能够识别的作业指令。进一步地，将转译后的作业指令下达到现场层，以便其识别及响应。

步骤S4，以及由具有智能塔吊的现场层响应作业指令。

具体地，智能塔吊又称为智能塔式机器人，用于根据作业指令在规定时间内将目标物料搬运至目标地点。在本申请中智能塔吊的数量在此不做限制，可为智能塔吊集群。

在一些实施方式中，在由具有智能塔吊的现场层响应作业指令之后，还包括：

由现场层获取自身的环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息。

具体地，现场层还可包括感知模块和工地智能模块。感知模块可采用摄像头、传感器、激光或者毫米波雷达、激光或者超声测距仪等，用以分别采集智能塔吊和工地智能模块所处区域的环境数据。具体地，利用摄像头分别采集智能塔吊和工地智能模块所处区域的图像。利用传感器分别采集智能塔吊和工地智能模块所处区域的环境参数，例如采用光敏传感器采集光照度数值，采用风速传感器采集风速等。利用激光或者毫米波雷达分别探测智能塔吊和工地智能模块周围是否存在物体。利用激光或者超声测距仪分别探测智能塔吊和工地智能模块与周围物体之间的距离。需要说明的是，感知模块可根据感知需求设置各种类型的感知设备，并不限于上述。

在一些实施方式中，感知模块可直接对应设置在智能塔吊的主体上，和/或工地智能模块的主体上。当然，感知模块也可设置在智能塔吊，和/或工地智能模块所处的环境中，在此不做限制。

在一些实施方式中，工地智能模块可为智能运输工具、智能辅助装卸工具以及焊接机器人等，以辅助智能塔吊完成搬运目标物料的指令。

在一些实施方式中，智能塔吊和工地智能模块的控制数据、运行规划数据、安全保障数据等还可通过无线物联网进行共享。

在一些实施方式中，当智能吊塔或工地智能模块的环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据等作业相关数据存在超过预设阈值的异常数据时，例如风速等级达到六级等，或者当现场层存在其他异常问题时，例如感知设备失灵等，则生成告警消息。进一步地，现场层将作业相关数据以及告警消息上传至物联网集成接口。

需要说明的是，为了便于现场层和协同调度层的信息交互，避免通信标准的差异化，本申请的物联网集成接口还可将现场层上传的作业相关数据以及告警消息都按照统一的格式进行转化，并加入到对应的数据消息堆栈，例如将环境数据加入到环境数据堆栈，将告警消息加入告警消息堆栈等，以便协同调度层按照时序机制进行读取。

由协同调度层的现场状态管理和故障处理中心根据环境数据、控制数据、运行规划数据、安全保障数据以及告警消息，对现场层进行状态分析及监控，并生成故障预警。

具体地，协同调度层的现场数据虚拟中心作为数据中心，可通过协同总线从数据消息堆栈中读取现场层的作业相关数据，并将其存储在历史数据库中，以便调用。现场状态管理和故障处理中心从现场数据虚拟中心的历史数据库中读取实时作业相关数据、历史作业相关数据，并从物联网集成接口2处获得现场层1的实时告警消息。进而对智能塔吊、感知模块和工地智能模块进行状态分析和监控，需要说明的是该状态信息包括现场层的各个模块设施的作业动作状态。更具体地，现场状态管理和故障处理中心对现场层的各个模块设施进行实时可视化的透明监控，可以查看各个模块设施的实时作业相关数据曲线和历史作业相关数据曲线，进而确定该模块设施当前的生产状态，以便在发生故障时快速做出处理决策，例如向故障响应模块上报故障预警。

由作业规划层的故障响应模块根据故障预警生成停机和维修指令。

具体地，作业规划层设置于智慧工地的远程中心，通过协同总线实现与协同调度层的各个中枢级中心的上下层交互。在本申请中作业规划层可包括故障响应模块。故障响应模块通过协同总线获得现场状态管理和故障处理中心上报的故障预警；并根据故障情况，通过协同总线和物联网集成接口向现场层下达停机等控制指令，当然该控制指令需由物联网集成接口进行转译，以获得现场层可识别的作业指令，具体转译规则参考上文，在此不再赘述。进一步地，故障响应模块还可根据故障情况，远程向维修部门下达维修等指令，以辅助现场层排除故障。

本申请的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同方法是实现本申请的上述系统的关键步骤，其原理与上述系统相同，具体的实现步骤可参考第一个实施例，在此不在赘述。

根据本申请一实施方式的实现智能塔吊的智慧工地物联网协同方法，以智能塔吊为核心，在工地覆盖无线物联网，接入感知模块，融合其他实现自主作业的工地智能模块，实现智能塔吊和工地智能模块的网格化协同，以及作业相关数据的共享。通过上述方式，有利于智能塔吊识别场地和环境安全因素，将物料按照生产计划的流程和顺序，在规定时间内定点准确地搬运各种物料；另外还能够自主规划决策生产计划、以及进行及时地故障预警和故障处理，降低了塔吊对人的依赖性，提升了塔吊作业的安全性和效率。

如上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种实现智能塔吊的智慧工地物联网协同系统，其特征在于，包括：

作业规划层，包括生产计划管理模块，用于生成生产计划；

协同调度层，包括作业执行调度中心，用于处理所述生产计划，生成时序化控制指令；

物联网集成接口，具有转译协调器，用于建立配置项表单，并根据所述时序化控制指令对应更新所述配置项表单，并由所述转译协调器对所述配置项表单中的配置项进行转译，获得作业指令；以及

现场层，包括智能塔吊，用于响应所述作业指令；

以及云端支撑平台；

所述现场层还包括：感知模块和工地智能模块，

所述感知模块，用于采集并上传所述智能塔吊和所述工地智能模块的环境数据；

以及所述工地智能模块，用于辅助所述智能塔吊响应所述作业指令；

其中，所述智能塔吊和所述工地智能模块还分别上传自身对应的控制数据、运行规划数据以及安全保障数据；

所述现场层还用于确定所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据以及所述安全保障数据的异常数据，并生成告警消息；

所述物联网集成接口还用于将所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据、所述安全保障数据以及所述告警消息加入数据消息堆栈；

所述协同调度层还包括：现场数据虚拟中心，具有显示界面，用于读取并显示所述数据消息堆栈中存储的所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据、所述安全保障数据以及所述告警消息；以及现场状态管理和故障处理中心，用于根据所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据以及所述安全保障数据，并结合所述告警消息，对所述现场层进行状态分析及监控，生成故障预警、实际作业动作质量评估结果、冲突判断结果以及故障预测结果；协同总线，用于为所述现场层、所述作业执行调度中心、所述现场数据虚拟中心、所述现场状态管理和故障处理中心、所述作业规划层以及所述云端支撑平台提供信息交互通道；

所述作业规划层还包括：故障响应模块，用于根据所述故障预警生成停机和维修指令；以及安全认证模块，用于根据所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据、所述安全保障数据以及所述告警消息，并结合所述故障预测结果进行安全性评估，并对所述智能塔吊和所述工地智能模块进行安全审计，以及将响应不合规的审计结果，停止对所述时序化控制指令的授权，并进行现场语音广播提示。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述云端支撑平台包括：

大数据分析模块，用于与多个所述现场数据虚拟中心进行所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据以及所述安全保障数据的共享，分别分析获得所述现场层的所述环境数据、所述控制数据、所述运行规划数据以及所述安全保障数据对应的大数据指标；

专家智能辅助模块，用于通过专家系统规则模型，为所述作业规划层提供辅助意见；

高级调度模块，用于与云端管理系统进行交互；以及客户端，用于与使用者进行互动。

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