CN113911919B - 基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制方法和系统，首先获取工作面周边环境的三维空间数据，进而剖分三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段，随后构建物料堆叠仿真方案，并对物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置，基于立体网格和智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定物料运输路线的适配度，随后利用配度的物料运输路线进行物料运输。本申请公开的智能塔吊通过将传统塔吊与物料网、空间状态感知、智能分析、自动控制等技术结合，实现了智能塔吊的无人驾驶和自主作业，优化了智能塔吊运输和堆叠物料时的空间利用率，避免了智能塔吊在操作过程中影响正常施工作业甚至产生安全隐患。

Description

基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制方法和系统

技术领域

本申请涉及塔吊领域，特别涉及基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制方法和系统。

背景技术

随着我国经济的发展，城市化进程加快，各种楼房和基础设施工程都在紧张的建设之中，塔吊作业半径大，作业高度高，所以其在工程建设中作用极大，塔吊也称塔式起重机，是建筑工地上最常用的一种起重设备，常用于房屋建筑和工厂设备安装，在施工过程中用处非常大，可以将钢筋、木材、模具和施工设备等从地面转运到高空或者地面上另一地点，可以节省人力、减轻劳动强度、加快工程进度、降低建设成本、提高施工质量、实现工程施工机械化，是建筑施工一种必不可少的工程设备。

但是传统塔吊需要驾驶员需爬至位于高空的驾驶舱内进行操作，十分依赖驾驶员的操作技能和熟练度，驾驶员在驾驶塔吊的过程中，容易出现判断、操作失误，指挥信号不明确，塔吊群相邻塔吊之间未及时发现对方相互靠近等情况，从而发生危险或操作失误。

发明内容

(一)申请目的

基于此，为了实现智能塔吊的无人驾驶和自主作业，以及优化智能塔吊运输和堆叠物料时的空间利用率，避免智能塔吊在操作过程中影响正常施工作业甚至产生安全隐患，本申请公开了以下技术方案。

(二)技术方案

本申请公开了基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制方法，包括：

获取工作面周边环境的三维空间数据；

剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段；

构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置；

基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度；

利用适配的所述物料运输路线进行物料运输。

在一种可能的实施方式中，所述剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段，包括：

将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据；

剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段；

剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

在一种可能的实施方式中，所述构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置，包括：

基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练；

基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，

根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

在一种可能的实施方式中，所述设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练，包括：

剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格；

基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合；

设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

在一种可能的实施方式中，所述基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度，包括：

基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合；

判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格；

基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

作为本申请的第二方面，本申请还公开了基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制系统，包括：

空间数据获取模块，用于获取工作面周边环境的三维空间数据；

描述字段生成模块，用于剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段；

作业位置确定模块，用于构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置；

适配度确定模块，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度；

物料运输模块，用于利用适配的所述物料运输路线进行物料运输。

在一种可能的实施方式中，所述描述字段生成模块包括：

空间划分单元，用于将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据；

网格剖分单元，用于剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段；

描述字段生成单元，用于剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

在一种可能的实施方式中，所述作业位置确定模块包括：

仿真方案构建单元，用于基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

分类器单元，用于设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练；

可行性校验单元，用于基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，

作业位置确定单元，用于根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

在一种可能的实施方式中，所述分类器单元包括：

网格剖分子单元，用于剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格；

向量生成子单元，用于基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合；

分类器子单元，用于设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

在一种可能的实施方式中，所述适配度确定模块包括：

网格组合确定单元，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合；

邻近网格判断单元，用于判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格；

适配度确定单元，用于基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

(三)有益效果

本申请公开的基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制方法和系统，通过将传统塔吊与物料网、空间状态感知、智能分析、自动控制等技术结合，实现了智能塔吊的无人驾驶和自主作业，优化了智能塔吊运输和堆叠物料时的空间利用率，避免了智能塔吊在操作过程中影响正常施工作业甚至产生安全隐患。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本申请，而不能理解为对本申请的保护范围的限制。

图1是本申请公开的基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制方法的流程示意图。

图2是本申请公开的基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制系统的结构框图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

下面参考图1详细描述本申请公开的基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制方法实施例。如图1所示，本实施例公开的方法主要包括有以下步骤100至步骤500。

步骤100，获取工作面周边环境的三维空间数据。

具体的，所述工作面指待运输物料所放置或待放置的建筑工程工作面区域，所述三维空间数据为图像、视频、点云数据中的至少一种，在所述工作面设置若干个激光雷达和/或摄像机，通过激光雷达采集所述工作面及周边环境的三维点云数据，所述摄像机采集所述工作面及周边环境的视频和/或图像数据，进而对所述三维点云数据、视频数据和/或图像数据进行处理获取所述工作面及其周边环境的内的目标的形状及位置的空间数据，所述目标分为动态目标和静态目标，所述静态目标包括建筑结构，工程设备等，所述动态目标包括施工人员、车辆、工程设施等。

步骤200，剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段。

具体的，对所述三维空间数据进行剖分，将其剖分为若干等体积的立体网格，并根据每个立体网格的特性对应生成所属立体网格的描述字段，进一步，步骤200包括步骤210至步骤230。

步骤210，将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据。

具体的，将所述三维空间数据按照是否存在目标分为空白空间数据和目标空间数据，所述空白空间数据为不存在目标的三维空间数据，所述目标空间数据为存在动态目标和/或静态目标的三维空间数据。

步骤220，剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段。

具体的，对划分后的空白空间数据进行进一步以立体网格为单位的剖分，得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格的位置，相邻网格情况等因素生成所述立体空间网格的空间描述字段。所述空间描述字段用于描述所述立体空间网格。

步骤230，剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

同样的，对划分后的目标空间数据进行进一步以立体网格为单位的剖分，得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格的网格位置、目标类型、目标大小、目标形状、相邻网格情况等因素生成所述立体目标网格的目标描述字段。所述目标描述字段用于描述所述立体目标网格。

步骤300，构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置。

具体的，所述物料堆叠仿真方案包括物料堆叠或起吊的位置、方向、角度、高度等因素，构建所述物料堆叠仿真方案后对其可行性进行校验，如果所述物料堆叠仿真方案校验合格，则按照该仿真方案进行物料堆叠作业，反之，则重新规划物料堆叠仿真方案，并再次进行校验，直至确定合适的物料堆叠仿真方案，进一步，所述步骤300包括步骤310至步骤330。

步骤310，基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

具体的，基于所述立体网格的网格描述字段确定所述工作面上的待堆叠和/ 或待起吊位置附近空间的坐标、面积、高度等信息以及现有堆叠物的形状、高度等信息，为所述物料堆叠仿真方案提供基础，基于所述网格描述字段以及所述待堆叠或待起吊物料的自重、占地面积、高度、形状等因素构建所述物料堆叠仿真方案，即物料堆叠或起吊的位置、方向、角度、高度等因素。

步骤320，设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练。

进一步，所述步骤320还包括步骤321至步骤323。

步骤321，剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格。

具体的，根据智能塔吊物料堆叠的稳定度设置具有较好稳定性的物料堆叠模板，对该模板进行空间剖分，获取若干立体模板网格。

步骤322，基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合。

具体的，获取每一个立体模板网格的自重，基于所有立体模板网格的自重和网格与相邻的接触网格之间的接触支撑关系生成若干立体模板网格的向量，形成向量集合。

步骤323，设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

具体的，设置分类器，将所述向量集合输入所述分类器对所述分类器进行训练。

步骤330，基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，

具体的，分类器训练完成后，将所述物料堆叠的仿真方案划分为若干立体物料网格，进而生成立体物料网格的自重和接触支撑关系的仿真向量集合，将所述仿真向量集合输入该分类器进行分类，判断是否有非稳定性的物料网格，如有，则重新构建所述物料堆叠的仿真方案，如没有，则检验通过。

步骤340，根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

具体的，利用通过校验的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

步骤400，基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度。

具体的，确定物料堆叠方案后，进行物料运输路线的规划，进一步，步骤400包括步骤410至步骤430。

步骤410，基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合。

具体的，根据所述智能塔吊作业位置确定物料运输起止点，进而根据立体网格规划物料运输路线，并获取物料运输路线占据的所有立体空间网格，生成立体空间网格组合。

步骤420，判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格。

步骤430，基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

具体的，基于所述网格描述字段，即目标网格描述字段，包括目标类型、目标大小、目标形状等和空间网格描述字段，包括空间网格的位置，相邻网格情况等因素确定运输路径是否与现场情况相匹配，如匹配，则确定使用该运输路线，反之则重新规划运输路线，直至确定最终运输路线。

需要说明的是，所述立体目标网格和立体空间网格根据工程现场情况实时更新，且运输路线确定后会对现场动态目标例如施工人员、车辆等发出提示音，以防出现危险。

步骤500，利用适配的所述物料运输路线进行物料运输。

具体的，所述运输路线确定后，智能塔吊则根据该运输路线及所述物料堆叠的仿真方案进行物料堆叠。

下面参考图2详细描述本申请公开的基于堆叠模型仿真的塔吊物料运输控制系统实施例。如图2所示，本实施例公开的系统包括：

空间数据获取模块，用于获取工作面周边环境的三维空间数据；

描述字段生成模块，用于剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段；

作业位置确定模块，用于构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置；

适配度确定模块，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度；

物料运输模块，用于利用适配的所述物料运输路线进行物料运输。

在至少一种实施方式中，所述描述字段生成模块包括：

空间划分单元，用于将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据；

网格剖分单元，用于剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段；

描述字段生成单元，用于剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

在至少一种实施方式中，所述作业位置确定模块包括：

仿真方案构建单元，用于基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

分类器单元，用于设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练；

可行性校验单元，用于基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验；

作业位置确定单元，用于根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

在至少一种实施方式中，所述分类器单元包括：

网格剖分子单元，用于剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格；

向量生成子单元，用于基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合；

分类器子单元，用于设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

在至少一种实施方式中，所述适配度确定模块包括：

网格组合确定单元，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合；

邻近网格判断单元，用于判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格；

适配度确定单元，用于基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

本文中的模块、单元或子单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，在实际实现时可以有其他的划分方式，例如多个模块和/或单元可以结合或集成于另一个系统中。作为分离部件说明的模块、单元、子单元在物理上可以是分开的，也可以是不分开的。作为单元显示的部件可以是物理单元，也可以不是物理单元，即可以位于一个具体地方，也可以分布到网格单元中。因此可以根据实际需要选择其中的部分或全部的单元来实现实施例的方案。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制方法，其特征在于，包括：

获取工作面周边环境的三维空间数据；

剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段；

构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置；

基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度；

利用适配的所述物料运输路线进行物料运输；其中，

所述剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段，包括：

将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据；

剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段；

剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置，包括：

基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练；

基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验；

根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在在于，所述设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练，包括：

剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格；

基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合；

设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度，包括：

基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合；

判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格；

基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

5.基于堆叠模型仿真的智能塔吊物料运输控制系统，其特征在于，包括：

空间数据获取模块，用于获取工作面周边环境的三维空间数据；

描述字段生成模块，用于剖分所述三维空间数据得到若干等体积的立体网格，并生成网格描述字段；

作业位置确定模块，用于构建物料堆叠仿真方案，并对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验，确定智能塔吊作业位置；

适配度确定模块，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线的适配度；

物料运输模块，用于利用适配的所述物料运输路线进行物料运输；其中，所述描述字段生成模块包括：

空间划分单元，用于将所述三维空间数据划分为空白空间数据和目标空间数据；

网格剖分单元，用于剖分所述空白空间数据得到若干等体积的立体空间网格，并基于所述立体空间网格生成空间描述字段；

描述字段生成单元，用于剖分所述目标空间数据得到若干等体积的立体目标网格，并基于所述立体目标网格生成目标描述字段。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述作业位置确定模块包括：

仿真方案构建单元，用于基于所述立体网格的网格描述字段构建物料堆叠仿真方案；

分类器单元，用于设置分类器，利用预设的物料堆叠稳定性模板对所述分类器进行训练；

可行性校验单元，用于基于所述分类器对所述物料堆叠仿真方案进行可行性校验；

作业位置确定单元，用于根据校验通过的物料堆叠仿真方案确定智能塔吊的作业位置。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述分类器单元包括：

网格剖分子单元，用于剖分所述物料堆叠稳定性模板得到若干立体模板网格；

向量生成子单元，用于基于所述立体模板网格的自重和相邻模板网格的接触支撑关系生成所述若干立体模板网格的向量集合；

分类器子单元，用于设置分类器，并基于所述向量集合对所述分类器进行训练。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述适配度确定模块包括：

网格组合确定单元，用于基于所述立体网格和所述智能塔吊作业位置规划物料运输路线，并确定所述物料运输路线占据的立体空间网格组合；

邻近网格判断单元，用于判断所述立体空间网格组合的邻近网格是否为立体目标网格；

适配度确定单元，用于基于所述网格描述字段确定所述物料运输路线的适配度。

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