CN115277791A - 一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，属于建设工程现场检测的技术领域，包括移动终端、无线基站、数据孪生监控终端、三维感知系统；其中移动终端通过无线基站与数据孪生监控终端实现通信；无线基站用于进行移动终端和数据孪生监控终端之间的无线数据传输，保证移动终端和数据孪生监控终端之间的联络；三维感知系统用于采集各种工程数据；数据孪生监控终端用于获取三维感知系统的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端；本发明通过IVMD算法模型对工程数据进行处理，提高数字孪生分析的准确性，再通过数据孪生监控终端，实现工程现场准确及时检测。
Description
技术领域
本申请涉及建设工程现场检测的技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统。
背景技术
建筑是指人工建筑而成的资产，属于固定资产范畴，包括房屋和构筑物两大类，房屋是指供人居住、工作、学习、生产、经营、娱乐、储藏物品以及进行其他社会活动的工程建筑，与建筑物有区别的是构筑物，构筑物指房屋以外的工程建筑，如围墙、道路、水坝、水井、隧道、水塔、桥梁和烟囱等，建筑以木结构建筑为主，西方的传统建筑以砖石结构为主，现代的建筑则是以钢筋混凝土为主，建筑工程为建设工程的一部分，指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。
建筑施工是指工程建设实施阶段的生产活动，是各类建筑物的建造过程，也可以说是把设计图纸上的各种线条，在指定的地点，变成实物的过程，它包括基础工程施工、主体结构施工、屋面工程施工和装饰工程施工等，施工作业的场所称为建筑施工现场或叫施工现场，也叫工地，在建筑施工中，质量和安全是确保建设工程正常运行的必要条件，施工安全是各个行业工程建设中所遇到的安全问题，施工安全涵盖了在作业过程中所有的安全问题并且涉及管理、财务及后勤保障等相关内容，目前的建设工程施工现场安全异常检测还存在不足：
目前的建设工程施工现场多为安全管理人员进行巡视，由于施工人员较多，安全管理人员巡视不够全面，效率低，不便于及时发现安全隐患，容易出现安全事故。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，首先通过IVMD算法模型对工程数据进行处理，提高数字孪生分析的准确性，再通过数据孪生监控终端，实现工程现场准确及时检测。
本发明采用如下技术方案：
一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，包括移动终端、无线基站、数据孪生监控终端、三维感知系统；
其中移动终端通过无线基站与数据孪生监控终端实现通信，移动终端对施工人员进行定位，且施工人员通过移动终端进行呼救；
无线基站用于进行移动终端和数据孪生监控终端之间的无线数据传输，保证移动终端和数据孪生监控终端之间的联络；
三维感知系统用于采集各种工程数据，包括但不限于摄像探头、气体传感器、压力传感器，角度传感器，加速度传感器；
数据孪生监控终端用于获取三维感知系统的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端；
其中数据孪生监控终端通过IVMD算法模型实现监控，其中IVMD算法模型方法为：
S1、通过IVMD模型对输入的工程数据进行分解，分解函数表示为：
公式（1）中，
表示工程数据模态函数，
表示通信过程中输入工程数据
功率谱，
表示维纳滤波，
表示模态函数的基准频率，
表示频率，
表示数据序列
数，
和
表示通信次数；
表示工程数据模态函数稳定性，介于0-1之间，
表示在通信
过程中的具有波段数据信息的频率函数；
S2、计算工程数据瞬时频率均值；
S1步骤中分解出的各分量瞬时频率均值，瞬时频率均值曲线曲率函数为：
公式（2）中，
表示曲率半径，
表示瞬时频率均值，通过瞬时功率均值曲线曲率
的变化情况确定最优
值，得出瞬时频率均值计算；
S3、启动补偿，对计算出的工程数据瞬时频率均值进行精度补偿，得到补偿后的工程数据瞬时频率均值；
S31：首先输入瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信
息、IVMD模型误差信息和网络不稳定信息；
S32：计算瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、
IVMD模型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中的误差；
S33：补给瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、
IVMD模型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中误差造成的信号缺失，得到补偿后的工
程数据瞬时频率均值；
S4、将得到补偿后的工程数据瞬时频率均值，输入全连接层和Softmax分类器结合模型结构中，进行工程数据异常判断。
具体地，所述移动终端包括控制器、控制开关、充电接口、蓄电池、光伏板、蜂鸣器、对讲模块、摄像头和报警按钮，所述摄像头、报警按钮和对讲模块均通过导线与控制器电连接，所述控制器通过导线与蜂鸣器电连接，所述控制器通过导线与控制开关电连接，所述控制开关通过导线与蓄电池电连接，所述光伏板通过导线与蓄电池电连接，所述蓄电池通过导线与充电接口电连接。
具体地，所述控制开关和充电接口固定安装于移动终端的顶端，所述光伏板、蜂鸣器、对讲模块和摄像头均固定安装于移动终端的正面，所述移动终端的正面固定连接有防误碰保护罩，所述报警按钮安装于防误碰保护罩的内部。
具体地，所述移动终端的左右两侧面均固定连接有固定带，每个所述固定带的外表面均固定连接有魔术贴，所述移动终端的背面通过螺丝固定安装有后盖，所述后盖的背面固定连接有防护垫。
具体地，所述无线基站包括机箱、支撑板、升降架、固定板和无线收发器，所述机箱的上表面固定连接有两个支撑板，两个所述支撑板之间设有升降架，所述升降架的内部固定连接有固定板，所述无线收发器固定安装于固定板的上表面。
具体地，两个所述支撑板相互远离的一侧面均固定安装有把手，所述机箱的底面固定连接有安装板，所述安装板的上表面开设有四个安装孔，所述机箱的正面设有检修板，所述检修板的正面固定安装有控制面板。
具体地，所述机箱的内部固定安装有驱动电机，所述机箱的上表面固定镶嵌有轴承，所述升降架的底面开设有螺纹孔，所述驱动电机的输出端固定安装有丝杆，所述丝杆的顶端依次贯穿轴承和螺纹孔并延伸至升降架的内部，所述丝杆与螺纹孔螺纹连接，两个所述支撑板相互靠近的一侧面均开设有滑槽，每个所述滑槽的内部均滑动连接有滑块，两个所述滑块相互靠近的一侧面均与升降架固定连接。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，包括移动终端、无线基站、数据孪生监控终端、三维感知系统；其中移动终端通过无线基站与数据孪生监控终端实现通信，移动终端对施工人员进行定位，且施工人员通过移动终端进行呼救；无线基站用于进行移动终端和数据孪生监控终端之间的无线数据传输，保证移动终端和数据孪生监控终端之间的联络；三维感知系统用于采集各种工程数据，包括但不限于摄像探头、气体传感器、压力传感器，角度传感器，加速度传感器；数据孪生监控终端用于获取三维感知系统的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端；本发明首先通过IVMD算法模型对工程数据进行处理，提高数字孪生分析的准确性，再通过数据孪生监控终端，实现工程现场准确及时检测。
附图说明
图1为本发明基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统结构图；
图2为本发明中移动终端的控制系统结构示意图；
图3为本发明中移动终端的正视图；
图4为本发明中移动终端的后视图；
图5为本发明中无线基站的立体结构示意图；
图6为本发明中无线基站的正剖图。
附图标记说明：1、移动终端；101、控制器；102、控制开关；103、充电接口；104、蓄电池；105、光伏板；106、蜂鸣器；107、对讲模块；108、摄像头；109、报警按钮；2、无线基站；201、机箱；202、支撑板；203、升降架；204、固定板；205、无线收发器；3、数据孪生监控终端；10、魔术贴；11、后盖；12、防护垫；13、把手；14、控制面板；15、检修板；16、安装板；17、安装孔；18、滑槽；19、滑块；20、螺纹孔；21、丝杆；22、轴承；23、驱动电机；31、固定带，36、防误碰保护罩，4三维感知系统。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
本发明首先通过IVMD算法模型对工程数据进行处理，提高数字孪生分析的准确性，再通过数据孪生监控终端，实现工程现场准确及时检测。
如图1为一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，包括移动终端1、无线基站2、数据孪生监控终端3、三维感知系统4；
其中移动终端1通过无线基站2与数据孪生监控终端3实现通信，移动终端1对施工人员进行定位，且施工人员通过移动终端1进行呼救；
无线基站2用于进行移动终端1和数据孪生监控终端3之间的无线数据传输，保证移动终端1和数据孪生监控终端3之间的联络；
三维感知系统4用于采集各种工程数据，包括但不限于摄像探头、气体传感器、压力传感器，角度传感器，加速度传感器；
数据孪生监控终端3用于获取三维感知系统4的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端；
数据孪生监控终端3包括：建模单元，首先根据建筑工程现场构建的数字孪生体模型，按照层级结果进行建模；利用建模软件如3D Studio Max软件，进行三维动画渲染和制作来建筑工程现场环境数字孪生体的外观；再通过数据库请求和发送数据以构建所采集的实体数据和数字孪生体之间进行交互，整个三维外观模型和数据交互传输就组成最终的建筑工程现场数字孪生体模型，构建实体和孪生体之间的映射关系。
其中数据孪生监控终端3通过IVMD算法模型实现监控，其中IVMD算法模型方法为：
变分模态分解(variational mode decomposition，VMD)方法，该方法能够人为设定信号分解后得到模态分量的个数，因此能够精确、高效地处理含有噪声的信号。IVMD是变分模态分解方法的改进，继承了VMD信噪比高、鲁棒性强、快速准确等优点，通过引入粒子群优化算法，对方法中参数进行了寻优。
S1、通过IVMD模型对输入的工程数据进行分解，分解函数表示为：
公式（1）中，
表示工程数据模态函数，
表示通信过程中输入工程数据功
率谱，
表示维纳滤波，
表示模态函数的基准频率，
表示频率，
表示数据序列数，
和
表示通信次数；
表示工程数据模态函数稳定性，介于0-1之间，
表示在通信过
程中的具有波段数据信息的频率函数；
S2、计算工程数据瞬时频率均值；
S1步骤中分解出的各分量瞬时频率均值，瞬时频率均值曲线曲率函数为：
公式（2）中，
表示曲率半径，
表示瞬时频率均值，通过瞬时功率均值曲线曲率
的变化情况确定最优
值，得出瞬时频率均值计算；
S3、启动补偿，对计算出的工程数据瞬时频率均值进行精度补偿，得到补偿后的工程数据瞬时频率均值；
S31：首先输入瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信
息、IVMD模型误差信息和网络不稳定信息，
S32：计算瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、
IVMD模型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中的误差；
S33：补给瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、
IVMD模型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中误差造成的信号缺失，得到补偿后的工
程数据瞬时频率均值；
S4、将得到补偿后的工程数据瞬时频率均值，输入全连接层和Softmax分类器结合模型结构中，进行工程数据异常判断。
全连接层＋Softmax分类器”实现；首先经过一个全连接层把补偿后的工程数据瞬
时频率均值的按照工程数据类别转换为m×1维向量，m为工程数据类别个数，再通过
softmax分类器构造多元分类器，分为“正常运行”、“异常故障”类别；对于提取到的m个工程
数据瞬时频率均值
，每个特征
会对应有三个类别概率值
，计算公式为：
其中，
为Softmax分类器模型的参数，
表示类别标签；
最终所得到的输出类别概率
通过下式计算：
如图2为本发明中移动终端的控制系统结构示意图；
如图3为本发明中移动终端的正视图；图4为本发明中移动终端的后视图；所述移动终端1包括控制器101、控制开关102、充电接口103、蓄电池104、光伏板105、蜂鸣器106、对讲模块107、摄像头108和报警按钮109，所述摄像头108、报警按钮109和对讲模块107均通过导线与控制器101电连接，所述控制器101通过导线与蜂鸣器106电连接，所述控制器101通过导线与控制开关102电连接，所述控制开关102通过导线与蓄电池104电连接，所述光伏板105通过导线与蓄电池104电连接，所述蓄电池104通过导线与充电接口103电连接。
具体地，所述控制开关102和充电接口103固定安装于移动终端1的顶端，所述光伏板105、蜂鸣器106、对讲模块107和摄像头108均固定安装于移动终端1的正面，所述移动终端1的正面固定连接有防误碰保护罩36，所述报警按钮109安装于防误碰保护罩36的内部。
具体地，所述移动终端1的左右两侧面均固定连接有固定带31，每个所述固定带31的外表面均固定连接有魔术贴10，所述移动终端1的背面通过螺丝固定安装有后盖11，所述后盖11的背面固定连接有防护垫12。
如图5为本发明中无线基站的立体结构示意图；图6为本发明中无线基站的正剖图；具体地，所述无线基站2包括机箱201、支撑板202、升降架203、固定板204和无线收发器205，所述机箱201的上表面固定连接有两个支撑板202，两个所述支撑板202之间设有升降架203，所述升降架203的内部固定连接有固定板204，所述无线收发器205固定安装于固定板204的上表面。
具体地，两个所述支撑板202相互远离的一侧面均固定安装有把手13，所述机箱201的底面固定连接有安装板16，所述安装板16的上表面开设有四个安装孔17，所述机箱201的正面设有检修板15，所述检修板15的正面固定安装有控制面板14。
具体地，所述机箱201的内部固定安装有驱动电机23，所述机箱201的上表面固定镶嵌有轴承22，所述升降架203的底面开设有螺纹孔20，所述驱动电机23的输出端固定安装有丝杆21，所述丝杆21的顶端依次贯穿轴承22和螺纹孔20并延伸至升降架203的内部，所述丝杆21与螺纹孔20螺纹连接，两个所述支撑板202相互靠近的一侧面均开设有滑槽18，每个所述滑槽18的内部均滑动连接有滑块19，两个所述滑块19相互靠近的一侧面均与升降架203固定连接。
本发明提供一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，包括移动终端1、无线基站2、数据孪生监控终端3、三维感知系统4；其中移动终端1通过无线基站2与数据孪生监控终端3实现通信，移动终端1对施工人员进行定位，且施工人员通过移动终端1进行呼救；无线基站2用于进行移动终端1和数据孪生监控终端3之间的无线数据传输，保证移动终端1和数据孪生监控终端3之间的联络；三维感知系统4用于采集各种工程数据，包括但不限于摄像探头、气体传感器、压力传感器，角度传感器，加速度传感器；数据孪生监控终端3用于获取三维感知系统4的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端；本发明首先通过IVMD算法模型对工程数据进行处理，提高数字孪生分析的准确性，再通过数据孪生监控终端3，实现工程现场准确及时检测。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：包括移动终端（1）、无线基站（2）、数据孪生监控终端（3）、三维感知系统（4）；
其中移动终端（1）通过无线基站（2）与数据孪生监控终端（3）实现通信，移动终端（1）对施工人员进行定位，且施工人员通过移动终端（1）进行呼救；
无线基站（2）用于进行移动终端（1）和数据孪生监控终端（3）之间的无线数据传输，保证移动终端（1）和数据孪生监控终端（3）之间的联络；
三维感知系统（4）用于采集各种工程数据，包括但不限于摄像探头、气体传感器、压力传感器，角度传感器，加速度传感器；
数据孪生监控终端（3）用于获取三维感知系统（4）的工程数据，通过IVMD算法模型实现监控，并将监测结果发送给移动终端（1）；
其中数据孪生监控终端（3）通过IVMD算法模型实现监控，其中IVMD算法模型方法为：
S1、通过IVMD模型对输入的工程数据进行分解，分解函数表示为：
公式（1）中，
表示工程数据模态函数，
表示通信过程中输入工程数据功率
谱，
表示维纳滤波，
表示模态函数的基准频率，
表示频率，
表示数据序列数，
和
表示通信次数；
表示工程数据模态函数稳定性，介于0-1之间，
表示在通信过程
中的具有波段数据信息的频率函数；
S2、计算工程数据瞬时频率均值；
S1步骤中分解出的各分量瞬时频率均值，瞬时频率均值曲线曲率函数为：
公式（2）中，
表示曲率半径，
表示瞬时频率均值，通过瞬时功率均值曲线曲率的变
化情况确定最优
值，得出瞬时频率均值计算；
S3、启动补偿，对计算出的工程数据瞬时频率均值进行精度补偿，得到补偿后的工程数据瞬时频率均值；
S31：首先输入瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、
IVMD模型误差信息和网络不稳定信息；
S32：计算瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、IVMD模
型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中的误差；
S33：补给瞬时频率均值曲线曲率信息、曲率半径
信息、瞬时频率均值
信息、IVMD模
型误差信息和网络不稳定信息在计算过程中误差造成的信号缺失，得到补偿后的工程数据
瞬时频率均值；
S4、将得到补偿后的工程数据瞬时频率均值，输入全连接层和Softmax分类器结合模型结构中，进行工程数据异常判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：所述移动终端（1）包括控制器（101）、控制开关（102）、充电接口（103）、蓄电池（104）、光伏板（105）、蜂鸣器（106）、对讲模块（107）、摄像头（108）和报警按钮（109），所述摄像头（108）、报警按钮（109）和对讲模块（107）均通过导线与控制器（101）电连接，所述控制器（101）通过导线与蜂鸣器（106）电连接，所述控制器（101）通过导线与控制开关（102）电连接，所述控制开关（102）通过导线与蓄电池（104）电连接，所述光伏板（105）通过导线与蓄电池（104）电连接，所述蓄电池（104）通过导线与充电接口（103）电连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：所述控制开关（102）和充电接口（103）固定安装于移动终端（1）的顶端，所述光伏板（105）、蜂鸣器（106）、对讲模块（107）和摄像头（108）均固定安装于移动终端（1）的正面，所述移动终端（1）的正面固定连接有防误碰保护罩（36），所述报警按钮（109）安装于防误碰保护罩（36）的内部。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：所述移动终端（1）的左右两侧面均固定连接有固定带（31），每个所述固定带（31）的外表面均固定连接有魔术贴（10），所述移动终端（1）的背面通过螺丝固定安装有后盖（11），所述后盖（11）的背面固定连接有防护垫（12）。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：所述无线基站（2）包括机箱（201）、支撑板（202）、升降架（203）、固定板（204）和无线收发器（205），所述机箱（201）的上表面固定连接有两个支撑板（202），两个所述支撑板（202）之间设有升降架（203），所述升降架（203）的内部固定连接有固定板（204），所述无线收发器（205）固定安装于固定板（204）的上表面。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：两个所述支撑板（202）相互远离的一侧面均固定安装有把手（13），所述机箱（201）的底面固定连接有安装板（16），所述安装板（16）的上表面开设有四个安装孔（17），所述机箱（201）的正面设有检修板（15），所述检修板（15）的正面固定安装有控制面板（14）。
7.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生的建设工程现场检测管理系统，其特征在于：所述机箱（201）的内部固定安装有驱动电机（23），所述机箱（201）的上表面固定镶嵌有轴承（22），所述升降架（203）的底面开设有螺纹孔（20），所述驱动电机（23）的输出端固定安装有丝杆（21），所述丝杆（21）的顶端依次贯穿轴承（22）和螺纹孔（20）并延伸至升降架（203）的内部，所述丝杆（21）与螺纹孔（20）螺纹连接，两个所述支撑板（202）相互靠近的一侧面均开设有滑槽（18），每个所述滑槽（18）的内部均滑动连接有滑块（19），两个所述滑块（19）相互靠近的一侧面均与升降架（203）固定连接。
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