CN115307548A - 一种挖掘设备用动态监控装置及其存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种挖掘设备用动态监控装置及其存储介质，该装置包括：摄像头模组，所述摄像头模组用于获取挖掘设备的土方图像信息数据；控制处理模组，所述控制处理模组采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓及土方正面轮廓，基于土方侧面轮廓及土方正面轮廓，获取土方立体模型，计算铲斗每次土方量；所述控制处理模组还采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。本发明提供的一种挖掘设备用动态监控装置及其存储介质，通过图形拟合可以快速计算出土方量，便于对挖掘设备作业量进行有效管理。

Description

一种挖掘设备用动态监控装置及其存储介质
技术领域
本申请涉及土木工程技术领域，特别涉及一种挖掘设备用动态监控装置及其存储介质。
背景技术
在土木工程中，施工人员为了对现场设备的作业情况进行监控，通常会在作业设备上安装监控设备采集现场的作业信息，对于挖掘设备挖掘土方作业，精确的土方量，对工程总体规划、工程进度估计、工程劳务资金发放等多个方面有不容忽视的影响。
传统的挖掘设备用监控设备在监控区域的范围控制和灵活性上需要做诸多改造，不能对挖掘作业进行全程监控，且不能采集到挖掘设备土方量，难以对挖掘设备作业量有效监控和管理。
发明内容
（一）申请目的
基于此，为了捕捉挖掘设备的铲斗动态图像，以及通过土方图像有效计算挖掘设备的土方量，本申请公开了以下技术方案。
（二）技术方案
本申请公开了一种挖掘设备用动态监控装置，包括：
摄像头模组，所述摄像头模组用于获取挖掘设备的土方图像信息数据；
控制处理模组，所述控制处理模组采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓及土方正面轮廓，基于土方侧面轮廓及土方正面轮廓，获取土方立体模型，计算铲斗每次土方量；
所述控制处理模组还采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
在一种可能的实施方式中，所述摄像头模组包括摄像头、纵向旋转机构和横向旋转结构，所述纵向旋转机构和横向旋转结构用于摄像头纵向旋转和横向旋转以控制摄像头的监控范围。
在一种可能的实施方式中，所述挖掘设备用动态监控装置还包括可伸缩模组，所述可伸缩模组对摄像头伸缩调节，用于对摄像头的宽幅长度控制，所述可伸缩模组为具有收发数据功能的无线传输天线。
在一种可能的实施方式中，所述控制处理模组具体包括图像采集模块、定位模块和控制分析模块，所述图像采集模块与摄像头模组电连接，用于采集土方图像信息数据，所述定位模块用于获取挖掘设备的作业位置和运行速度。
在一种可能的实施方式中，所述控制分析模块基于土方图像信息数据的土方图像区域中的任意一点，获取土方图像的局部灰度拟合函数，计算土方图像加权平均灰度值，根据变分原理和梯度下降流方法，获取分割土方图像的几何轮廓模型。
在一种可能的实施方式中，所述控制分析模块将土方图像信息数据输入至所述几何轮廓模型，生成初级拟合建模，即土方侧面轮廓及土方正面轮廓，将初级拟合建模拟合处理，生成二级拟合建模，即土方立体模型。
在一种可能的实施方式中，所述控制分析模块通过将土方侧面轮廓拟合处理后为梯形，作为土方立体模型的底面，通过土方正面轮廓获取土方立体模型的高，便于计算铲斗每次土方量。
在一种可能的实施方式中，所述图像采集模块和定位模块均与控制分析模块电连接，所述控制分析模块通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
作为本申请的第二方面，本申请还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时进行如下处理：
通过摄像头模组获取挖掘设备的土方图像信息数据；
通过控制处理模组采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓及土方正面轮廓，基于土方侧面轮廓及土方正面轮廓，获取土方立体模型，计算铲斗每次土方量；
通过控制处理模组采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
（三）有益效果
本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置，通过摄像头模组获取挖掘设备的土方图像信息数据，通过控制处理模组采集、处理和分析土方图像信息数据，得到铲斗的土方立体模型，结合挖掘设备的作业位置和运行速度计算出挖掘设备的作业量，实现了对挖掘设备作业的多维数据的实时监控和分析，便于对挖掘设备作业量进行有效管理。
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1A是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的正视图。
图1B是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的俯视图。
图1C是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置中摄像头缩回主机壳体内时的示意图。
图1D是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的侧视图。
图2是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置安装示意图。
图3A是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的侧面轮廓示意图。
图3B是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的正面轮廓示意图。
图3C是本申请公开的一种挖掘设备用动态监控装置的立体模型示意图。
附图标记：100.摄像头模组，101.摄像头，102.纵向转轴，103.纵向转轴驱动电机，104.摄像头悬臂，105.横向转轴、106.横向转轴驱动电机、200.横向伸缩模组、201.伸缩杆、202.齿轮导轨、203.伸缩驱动机构、204.导轨齿轮、205.驱动电缆、206.伸缩机构外壳、207.可伸缩电缆；
300.控制处理模组，301.控制分析模块，302.图像采集模块，303.定位模块，400.电池，401.供电电缆，500.主机壳体，501.主机壳体凹槽；
600.装置布置区域，601.装置点位1，602.装置点位2，603.装置点位3，604.监控区域，700.挖掘机，701.铲斗，702.驾驶室顶部，800.挖掘作业面，801.挖掘施工区域，900.土方侧面轮廓，901.土方正面轮廓，902.土方立体模型。
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1A-图1D详细描述本申请公开的挖掘设备用动态监控装置的实施例。
如图1A和图1B所示，本实施例公开的挖掘设备用动态监控装置包括摄像头模组(100)、可伸缩模组(200)、控制处理模组(300)、电池(400)和主机壳体(500)，主机壳体(500)上设有主机壳体凹槽(501)，摄像头模组(100)可伸缩至主机壳体凹槽(501)内
摄像头模组(100)，摄像头模组(100)用于获取挖掘设备的土方图像信息数据，摄像头模组(100)包括摄像头(101)、纵向旋转机构和横向旋转结构，纵向旋转机构包括纵向转轴(102)和纵向转轴驱动电机(103)，纵向转轴驱动电机(103)输出轴与纵向转轴(102)键连接，纵向转轴(102)与摄像头(101)连接，纵向转轴(102)和纵向转轴驱动电机(103)使摄像头(101)可以在180度范围内纵向旋转。
如图1B和图1D所示，横向旋转机构包括摄像头悬臂(104)、横向转轴(105)和横向转轴驱动电机(106)，摄像头悬臂(104)与摄像头(101)固结，摄像头悬臂(104)上设有与摄像头(101)连接的横向转轴(105)，横向转轴(105)和横向转轴驱动电机(106)使摄像头(101)可以在360度范围内纵向旋转，纵向旋转机构和横向旋转结构用于摄像头(101)纵向旋转和横向旋转以控制摄像头(101)的监控范围。
当本实施例实施时，摄像头(101)沿如图1B的b方向由主机壳体(500)中的主机壳体凹槽(501)中向外滑出，进行工作；当运行完毕后，可以沿如图1C的a方向返回主机壳体凹槽(501)中，可灵活伸缩的设计及凹槽空间，保护摄像头(101)不受损坏。
如图1A所示，主机壳体(500)设有可伸缩模组(200)，可伸缩模组(200)包括伸缩杆(201)、齿轮导轨(202)、伸缩驱动机构(203)、导轨齿轮(204)、驱动电缆(205)、伸缩机构外壳(206)和可伸缩电缆(207)，横向转轴(105)一端与伸缩杆(201)连接，伸缩杆(201)上设有齿轮导轨(202)，主机壳体(500)内设有与齿轮导轨(202)啮合的导轨齿轮(204)，驱动电缆(205)与导轨齿轮(204)连接，用于驱动导轨齿轮(204)转动，伸缩杆(201)与可伸缩电缆(207)连接，对伸缩杆(201)进行限位，伸缩驱动机构(203)驱动导轨齿轮(204)正反转动，齿轮咬合齿轮导轨(202)，实现摄像头(101)的横向长短调节，用于对摄像头(101)的宽幅长度控制，范围可在10mm～300mm之间调节，可伸缩电缆(207)在伸缩机构外壳(206)内可以自由伸缩，可伸缩模组(200)为金属材质，同时被设计为具有收发数据功能的无线传输天线，用于无线通讯。
控制处理模组(300)采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓(900)及土方正面轮廓(901)，基于土方侧面轮廓(900)及土方正面轮廓(901)，获取土方立体模型(902)，计算铲斗(701)每次土方量，图3A、图3B和图3C分别为控制处理模组(300)获取的土方侧面轮廓(900)、土方正面轮廓(901)和土方立体模型(902)，控制处理模组(300)还采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗(701)每次土方量计算挖掘设备的作业量。
控制处理模组(300)包括图像采集模块(302)、定位模块(303)和控制分析模块(301)，图像采集模块(302)与摄像头模组(100)电连接，用于采集土方图像信息数据，定位模块(303)通过可伸缩模组(200)的天线功能定位的实时位置获取挖掘设备的作业位置并计算出挖掘设备的运行速度。
控制分析模块(301)基于土方图像信息数据的土方图像区域中的任意一点，获取土方图像的局部灰度拟合函数，计算土方图像加权平均灰度值，根据变分原理和梯度下降流方法，获取分割土方图像的几何轮廓模型，控制分析模块(301)将土方图像信息数据输入至几何轮廓模型，生成初级拟合建模，即土方侧面轮廓(900)及土方正面轮廓(901)，将初级拟合建模拟合处理，生成二级拟合建模，即土方立体模型(902)。控制分析模块(301)通过将土方侧面轮廓(900)拟合处理后为梯形，作为土方立体模型(902)的底面，通过土方正面轮廓(901)获取土方立体模型(902)的高，便于计算铲斗(701)每次土方量。
图像采集模块(302)和定位模块(303)均与控制分析模块(301)电连接，所述控制分析模块(301)通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗(701)每次土方量计算挖掘设备的作业量。
电池(400)设置于主机壳体(500)内，电池(400)通过供电电缆(401)为本装置提供电力支撑。
本方案是通过将挖掘设备用动态监控装置装配到挖掘设备驾驶室上方进行工作的，具体的一个实施例如图2所示，挖掘设备为挖掘机(700)，结合挖掘机(700)的平视图和俯视图，在挖掘机(700)的驾驶室顶部(702)的平面前部，配置3个本实施例装置于装置布置区域（600）中的装置点位1(601)、装置点位2(602)、装置点位3(603)的标示处。布置区域的三处摄像头(101)位置从左侧部、中部、右侧部，形成的监控区域(604)，可以完全覆盖铲斗(701)在挖掘作业面(800)的挖掘施工区域(801)的实时挖掘操作动态。
三处摄像头(101)会实时采集跟踪捕捉挖掘机(700)铲斗(701)左部、中部、右部的土方图像信息，并在控制处理模组(300)中建立如图3A所示铲斗(701)土方模型，其中图3A和图3B为初级拟合建模，在图3A图中建立了侧面挖掘土方侧面轮廓(900)，在图3B图中建立挖掘土方正面轮廓(901)，经过拟合处理，形成图3C中以ABCD梯形为底面，以CF为高的土方立体模型（902），进而快速计算出铲斗(701)挖方体积。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时进行如下处理：
通过摄像头模组(100)获取挖掘设备的土方图像信息数据；
通过控制处理模组(300)采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓(900)及土方正面轮廓(901)，基于土方侧面轮廓(900)及土方正面轮廓(901)，获取土方立体模型(902)，计算铲斗(701)每次土方量；
通过控制处理模组(300)采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗(701)每次土方量计算挖掘设备的作业量。
综上，本发明通过上述方式实现了土方的图形识别，并通过图形拟合可以快速计算出土方量，同时挖掘设备的实时作业位置、运行速度也通过控制处理模组(300)中的定位模块(303)采集和运算获得，并通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗(701)每次土方量计算挖掘设备的作业量，实现了对挖掘设备作业的多维数据的实时监控和分析，便于对挖掘设备作业量进行有效管理。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，均仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示它们的重要程度及顺序等。
本文中的装置、单元或模组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，例如多个装置和/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装置、单元、模组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 (9)

1.一种挖掘设备用动态监控装置，其特征在于，包括：
摄像头模组，所述摄像头模组用于获取挖掘设备的土方图像信息数据；
控制处理模组，所述控制处理模组采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓及土方正面轮廓，基于土方侧面轮廓及土方正面轮廓，获取土方立体模型，计算铲斗每次土方量；
所述控制处理模组还采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摄像头模组包括摄像头、纵向旋转机构和横向旋转结构，所述纵向旋转机构和横向旋转结构用于摄像头纵向旋转和横向旋转以控制摄像头的监控范围。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括可伸缩模组，所述可伸缩模组对摄像头伸缩调节，用于对摄像头的宽幅长度控制，所述可伸缩模组为具有收发数据功能的无线传输天线。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制处理模组具体包括图像采集模块、定位模块和控制分析模块，所述图像采集模块与摄像头模组电连接，用于采集土方图像信息数据，所述定位模块用于获取挖掘设备的作业位置和运行速度。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制分析模块基于土方图像信息数据的土方图像区域中的任意一点，获取土方图像的局部灰度拟合函数，计算土方图像加权平均灰度值，根据变分原理和梯度下降流方法，获取分割土方图像的几何轮廓模型。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制分析模块将土方图像信息数据输入至所述几何轮廓模型，生成初级拟合建模，即土方侧面轮廓及土方正面轮廓，将初级拟合建模拟合处理，生成二级拟合建模，即土方立体模型。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制分析模块通过将土方侧面轮廓拟合处理后为梯形，作为土方立体模型的底面，通过土方正面轮廓获取土方立体模型的高，便于计算铲斗每次土方量。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述图像采集模块和定位模块均与控制分析模块电连接，所述控制分析模块通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时进行如下处理：
通过摄像头模组获取挖掘设备的土方图像信息数据；
通过控制处理模组采集及分析土方图像信息数据，获取土方侧面轮廓及土方正面轮廓，基于土方侧面轮廓及土方正面轮廓，获取土方立体模型，计算铲斗每次土方量；
通过控制处理模组采集挖掘设备的作业位置和运行速度，通过挖掘设备的作业位置、运行速度以及铲斗每次土方量计算挖掘设备的作业量。
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