CN116307741B - 一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，涉及工程风险预测领域。本发明包括扫描单元、定位单元及大数据库，扫描单元具有多个放置于施工现场的扫描机构，扫描机构采集点云数据生成三维可视化模型，定位单元展示施工现场人员、设备及构件的位置信息，大数据库中包含有已发生的事故模型及事故分析报告，将当前分部分项工程的概况信息输入大数据库，与大数据库中相类似、相近工程项目信息进行比对和匹配，找出最接近当前分部分项工程的事故模型及事故分析报告进行展示，根据监控终端展示的多项数据进行风险评估。本发明将施工现场三维可视化模型及人员、设备、构件位置信息直观展示，便于实时风险评估。

Description

一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统

技术领域

本发明涉及工程风险预测领域，具体涉及一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统。

背景技术

公路桥梁工程是指公路跨越水域、山谷及一切交通通道的构造物的规划、设计、施工、养护、维修等全部工作。大型公路桥梁工程建设体量巨大，工期紧张，紧张的工期对工程的安全保障带来了巨大的压力。

目前，公路桥梁工程建设风险评估一般在施工前进行，并在施工中进行相应的预防性措施以减少风险因素。在施工过程中，往往存在实时产生的风险因素，然而，由于缺乏施工现场的环境、人员设备位置等多项实时数据，难以在施工中进行实时的风险评估，无法及时发掘施工过程中实时产生的风险因素。

发明内容

本发明的目的是开发一种实时获取施工现场多项实时数据，及时发掘施工中风险因素的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统。

本发明通过如下的技术方案实现：

一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，包括：

扫描单元，具有多个放置于施工现场的扫描机构，扫描机构采集点云数据生成三维可视化模型，扫描机构包括：

支架；

可打开和关闭的挡罩，设于支架上；

三维扫描仪，设于支架上且位于挡罩内侧；

驱动组件，设于支架上，用以驱动挡罩打开和关闭；

支座，可拆卸地设于支架上；

发电机，设于支座内；

叶轮，转动设于支座上并与发电机传动连接；

雨滴传感器，设于支座上；

其中，所述支座内设有控制电路，除所述驱动组件、发电机、雨滴传感器处于控制电路上外，所述控制电路上还设有充电控制器、电池、电压比较器及单片机，所述发电机、充电控制器、电池及驱动组件顺次电性连接，所述驱动组件、电压比较器及雨滴传感器与单片机电性连接，所述电压比较器的输入端与充电控制器的输出端连接；

定位单元，展示施工现场人员、设备及构件的位置信息，包括：

感知层，具有多个定位标签和定位基站，定位标签和定位基站之间通过UWB信道实时测距；

传输层，将感知层的多个测距信息汇聚进行传输；

解算层，具有的定位引擎将传输层传输的测距信息解算得出物理位置坐标；

应用层，具有的监控终端用于展示三维可视化模型中定位标签的实时定位；

其中，所述定位标签分为人员标签、设备标签和构件标签，将监控终端中人员、设备和构件的实时定位信息分类展示；

评估系统还包括大数据库，大数据库中包含有已发生的事故模型及事故分析报告，将当前分部分项工程的概况信息输入大数据库，与大数据库中相类似、相近工程项目信息进行比对和匹配，找出最接近当前分部分项工程的事故模型及事故分析报告展示在监控终端，根据监控终端展示的多项数据进行风险评估。

可选的，所述人员标签标识人员信息，包括人员的年龄、性别和工作岗位，所述人员标签设置在人员佩戴的安全帽上。

可选的，所述设备标签标识设备种类、重量、载重和工作荷载，所述设备标签设置在相应的设备上；设备体积较大时，采用多个设备标签对设备实时定位，多个设备标签吸附在设备的多个端部或边缘，以标识出设备的轮廓。

可选的，所述构件标签标识预制件信息，包括预制件的种类、尺寸数据及设计参数；采用多个构件标签对预制件实时定位，多个构件标签吸附在预制件的多个端部或边缘，以标识出预制件的轮廓。

可选的，所述监控终端还展示工程信息、施工信息、周边环境及气象信息、工程地质和水文地质信息以及施工过程中当前阶段的施工信息。

可选的，所述支架包括中轴，所述中轴上铰接有三个脚杆，所述中轴顶部设有基座，所述挡罩设于基座上，所述驱动组件设于基座内，所述基座上设有调整座，所述三维扫描仪设于调整座上。

可选的，所述挡罩包括形状相同且对称设置的左罩体和右罩体，所述左罩体和右罩体均呈长方体状，所述左罩体和右罩体相互远离的侧壁底端与基座转动连接，所述左罩体和右罩体相互靠近的边缘均设有一层密封圈。

可选的，所述驱动组件包括两个转动设置且互相平行的转轴，两所述转轴的两端分别与左罩体及右罩体底部连接，所述基座内设有驱动转轴转动的驱动源，所述驱动源处于控制电路上。

可选的，所述转轴上同轴设有第一锥齿轮，两转轴之间设有作为驱动源的双轴电机，所述双轴电机两侧输出轴的端部同轴设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合。

可选的，所述雨滴传感器未检测到雨滴并且发电机停止运转或运转产生的电压未达到电压比较器的阈值时，单片机控制驱动组件使挡罩打开；所述雨滴传感器检测到雨滴或发电机运转产生的电压达到或超过电压比较器的阈值时，单片机控制驱动组件使挡罩关闭。

本发明的有益效果是：

通过评估系统，可将施工现场的三维可视化模型以及人员位置信息、设备位置信息和构件位置信息直观展示，便于进行风险评估，及时发现人员、设备的风险因素，特别是构件的位置信息实时展示，便于构件在吊装过程中及时发现风险因素；评估系统展示了施工现场周围的环境及气象信息，利于综合分析施工风险，及时发现周围环境带来的不利于施工的风险因素；评估系统基于大数据，可比对和匹配出与当前施工项目最接近的现有事故模型及事故分析报告，通过现有事故模型和事故分析报告对照当前施工项目进行风险评估。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为扫描机构的结构示意图；

图2为驱动组件的结构示意图；

图3为控制电路的结构示意图；

图4为定位单元的系统架构图。

附图标记：1、支架；101、中轴；102、脚杆；103、基座；1031、双轴电机；1032、转轴；1033、第一锥齿轮；1034、第二锥齿轮；2、挡罩；201、左挡罩；202、右挡罩；3、三维扫描仪；4、支座；5、叶轮。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明创造的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明创造中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明公开了一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，包括扫描单元和定位单元，扫描单元对施工现场扫描并生成三维可视化模型，扫描单元的三维可视化模型作为定位单元定位功能展示的基础。

扫描单元包括多个扫描机构，如图1所示，扫描机构包括支架1，支架1包括中轴101，中轴101上铰接有三个脚杆102，中轴101顶部设有基座103，支架1为现有技术中的三脚架，具体结构不再赘述。基座103上设有调整座，调整座上设有三维扫描仪3。调整座可进行双轴倾角补偿以调整三维扫描仪3的姿态，三维扫描仪3可自行转动进行扫描。

基座103上设有长方体状的挡罩2，挡罩2将三维扫描仪3罩在内部。挡罩2包括形状相同且对称设置的左罩体和右罩体，左罩体和右罩体均呈长方体状，左罩体和右罩体相互远离的侧壁底端与基座103转动连接，左罩体和右罩体相互靠近的边缘均设有一层密封圈。左罩体和右罩体转动合拢可实现挡罩2的关闭，左罩体和右罩体相互靠近的边缘接触密封，实现将三维扫描仪3封闭在内部，避免灰尘或雨水等杂质落在三维扫描仪3上。左罩体和右罩体转动可实现挡罩2打开，三维扫描仪3不再被挡罩2遮挡，三维扫描仪3可进行扫描。

基座103内设有驱动左罩体和右罩体转动的驱动组件，如图2所示，驱动组件包括两个转动设置且互相平行的转轴1032，两转轴1032的两端分别与左罩体及右罩体底部连接，转轴1032转动带动相应的左罩体或右罩体转动。两转轴1032上分别同轴设有第一锥齿轮1033，两转轴1032之间设有双轴电机1031，双轴电机1031两侧输出轴的端部同轴设有第二锥齿轮1034，双轴电机1031两侧的第二锥齿轮1034分别与两转轴1032上的第一锥齿轮1033啮合。双轴电机1031运转，驱动两转轴1032同步反向转动，左罩体和右罩体同步反向转动，实现挡罩2的关闭和打开。

支架1中轴101的底端可拆卸连接有支座4，支座4底部转动设有叶轮5，支座4内部设有与叶轮5传动连接的发电机，支座4顶部或侧部设有雨滴传感器。支座4内部设有控制电路，控制电路结构如图3所示，发电机、双轴电机1031及雨滴传感器设于控制电路上，控制电路上还设有电池、充电控制器、电压比较器及单片机。中轴101内设有与双轴电机1031连接的线路，中轴101底部的线路末端设有插头，支座4顶部设有与插头对应的插座以实现将双轴电机1031接入控制电路。

环境中无风或风速较小时，叶轮5停止或慢速转动，发电机停止或慢速运转对电池充电，充电控制器输出的电压小于电压比较器的阈值，单片机控制双轴电机1031运转，使挡罩2处于打开状态。环境中未下雨，雨滴传感器未检测到雨滴时，单片机控制双轴电机1031运转，使挡罩2处于打开状态。

环境中风速较大时，叶轮5随风快速转动，发电机快速运转对电池充电，充电控制器输出的电压大于等于电压比较器的阈值，单片机控制双轴电机1031运转，使挡罩2处于关闭状态。环境中下雨时，雨滴传感器检测到雨滴时，单片机控制双轴电机1031运转，使挡罩2处于关闭状态。

挡罩2处于打开状态，需要同时具备环境中无风或风速较小以及未下雨这两个条件。挡罩2处于关闭状态，只需具备环境风速较大或下雨这两个条件中的任意一个即可。

多个扫描机构布置在施工现场，用以扫描现场环境（包括建设中的公路桥梁以及周围建筑物）并获取点云数据，通过后处理软件对采集的点云数据进行处理分析，转换成绝对坐标系中的三维空间位置坐标，建立结构复杂不规则场景的三维可视化模型。扫描机构的扫描频率可为一天一次，以更新三维可视化模型，也可根据施工进度对扫描频率调整，以调整三维可视化模型的更新频次。

定位单元采用UWB三维定位技术，定位单元包括感知层、传输层、解算层和应用层。定位单元系统架构如图4所示，多个定位基站设于施工现场不同位置，定位标签和定位基站之间通过UWB信道实时测距，测距信息通过无线网络上传到传输层，感知层还设置激励器，激励器可以校对人员位置的高度坐标，传输层将测距信息汇聚到解算层，定位引擎得出物理位置坐标，应用层支持三维可视化平台，监控终端用于展示三维可视化模型及定位标签的实时定位（三维位置信息）。

定位标签分为人员标签、设备标签和构件标签，将监控终端中的定位信息分类展示。人员标签可标识人员信息，包括年龄、性别、工作岗位等，人员标签设置在人员佩戴的安全帽上。设备标签标识起重机械、运输车辆、钻孔机械等各类设备信息，包括设备种类、重量、载重、工作荷载等，设备标签设置在相应的设备上，当设备体积较大时，可采用多个设备标签对设备实时定位，多个设备标签吸附在设备的多个端部或边缘，以标识出设备的轮廓。构件标签标识预制梁、预制板等各类预制件信息，包括预制件种类、尺寸数据及设计参数，由于预制件体积一般较大，且在施工现场移运和安装过程中，事故风险较高，可采用多个构件标签对预制件实时定位，多个构件标签吸附在预制件的多个端部或边缘，以标识出预制件的轮廓。

监控终端除了定位标签实时定位展示，还可展示工程信息、施工信息、周边环境及气象信息、工程地质和水文地质信息以及施工过程中当前阶段的施工信息。

评估系统还包括大数据库，大数据库中包含有已发生的事故模型及事故分析报告，在进行危险性较大的分部分项工程时，将当前分部分项工程的概况信息输入大数据库，与大数据库中相类似、相近工程项目信息进行比对和匹配，找出最接近当前分部分项工程的事故模型及事故分析报告展示在监控终端。在监控终端，还可将已建成建筑物的设计参数录入并展示。根据监控终端展示的多项数据，对施工中的危险性较大的分部分项工程进行风险评估。

通过评估系统，可将施工现场的三维可视化模型以及人员位置信息、设备位置信息和构件位置信息直观展示，便于进行风险评估，及时发现人员、设备的风险因素，特别是构件的位置信息实时展示，便于构件在吊装过程中及时发现风险因素；评估系统展示了施工现场周围的环境及气象信息，利于综合分析施工风险，及时发现周围环境带来的不利于施工的风险因素；评估系统基于大数据，可比对和匹配出与当前施工项目最接近的现有事故模型及事故分析报告，通过现有事故模型和事故分析报告对照当前施工项目进行风险评估。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，包括：

扫描单元，具有多个放置于施工现场的扫描机构，扫描机构采集点云数据生成三维可视化模型，扫描机构包括：

支架；

可打开和关闭的挡罩，设于支架上；

三维扫描仪，设于支架上且位于挡罩内侧；

驱动组件，设于支架上，用以驱动挡罩打开和关闭；

支座，可拆卸地设于支架上；

发电机，设于支座内；

叶轮，转动设于支座上并与发电机传动连接；

雨滴传感器，设于支座上；

其中，所述支座内设有控制电路，除所述驱动组件、发电机、雨滴传感器处于控制电路上外，所述控制电路上还设有充电控制器、电池、电压比较器及单片机，所述发电机、充电控制器、电池及驱动组件顺次电性连接，所述驱动组件、电压比较器及雨滴传感器与单片机电性连接，所述电压比较器的输入端与充电控制器的输出端连接；

定位单元，展示施工现场人员、设备及构件的位置信息，包括：

感知层，具有多个定位标签和定位基站，定位标签和定位基站之间通

过UWB信道实时测距；

传输层，将感知层的多个测距信息汇聚进行传输；

解算层，具有的定位引擎将传输层传输的测距信息解算得出物理位置

坐标；

应用层，具有的监控终端用于展示三维可视化模型中定位标签的实时

定位；

其中，所述定位标签分为人员标签、设备标签和构件标签，将监控终端中人员、设备和构件的实时定位信息分类展示；

评估系统还包括大数据库，大数据库中包含有已发生的事故模型及事故分析报告，将当前分部分项工程的概况信息输入大数据库，与大数据库中相类似、相近工程项目信息进行比对和匹配，找出最接近当前分部分项工程的事故模型及事故分析报告展示在监控终端，根据监控终端展示的多项数据进行风险评估；所述雨滴传感器未检测到雨滴并且发电机停止运转或运转产生的电压未达到电压比较器的阈值时，单片机控制驱动组件使挡罩打开；所述雨滴传感器检测到雨滴或发电机运转产生的电压达到或超过电压比较器的阈值时，单片机控制驱动组件使挡罩关闭。

2.根据权利要求1所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述人员标签标识人员信息，包括人员的年龄、性别和工作岗位，所述人员标签设置在人员佩戴的安全帽上。

3.根据权利要求1所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述设备标签标识设备种类、重量、载重和工作荷载，所述设备标签设置在相应的设备上；设备体积较大时，采用多个设备标签对设备实时定位，多个设备标签吸附在设备的多个端部或边缘，以标识出设备的轮廓。

4.根据权利要求1所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述构件标签标识预制件信息，包括预制件的种类、尺寸数据及设计参数；采用多个构件标签对预制件实时定位，多个构件标签吸附在预制件的多个端部或边缘，以标识出预制件的轮廓。

5.根据权利要求1所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述监控终端还展示工程信息、施工信息、周边环境及气象信息、工程地质和水文地质信息以及施工过程中当前阶段的施工信息。

6.根据权利要求1所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述支架包括中轴，所述中轴上铰接有三个脚杆，所述中轴顶部设有基座，所述挡罩设于基座上，所述驱动组件设于基座内，所述基座上设有调整座，所述三维扫描仪设于调整座上。

7.根据权利要求6所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述挡罩包括形状相同且对称设置的左罩体和右罩体，所述左罩体和右罩体均呈长方体状，所述左罩体和右罩体相互远离的侧壁底端与基座转动连接，所述左罩体和右罩体相互靠近的边缘均设有一层密封圈。

8.根据权利要求7所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述驱动组件包括两个转动设置且互相平行的转轴，两所述转轴的两端分别与左罩体及右罩体底部连接，所述基座内设有驱动转轴转动的驱动源，所述驱动源处于控制电路上。

9.根据权利要求8所述的基于大数据的公路桥梁工程建设风险评估系统，其特征在于，所述转轴上同轴设有第一锥齿轮，两转轴之间设有作为驱动源的双轴电机，所述双轴电机两侧输出轴的端部同轴设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合。