一种施工现场应用的机器人监理系统的制作方法
本发明属于高速公路施工监理技术领域，涉及一种监理系统，具体为一种施工现场用的机器人监理系统。
背景技术：
旁站是高速公路施工监理质量控制的重要手段之一,在《公路工程施工监理规范》中对监理旁站项目有着明确的要求。现场旁站监理根据规范的相关要求，对施工企业现场质检人员到岗、特殊工种人员持证上岗以及施工机械、建筑材料准备情况；在现场跟班监督关键部位、关键工序的施工执行施工方案以及工程建设强制性标准情况；核查进场材料、建筑构配件、设备和混凝土的检验报告等，及时发现施工中存在的问题，避免质量缺陷和安全隐患，保证工程施工的进行。并根据合同及规范要求进行现场抽检；做好旁站监理记录和监理日记，保存旁站监理原始资料。
目前，高速公路施工监理多采用“全过程旁站”的方式，由监理工程师对承包人施工的隐蔽工程、关键工程部位、重要工序及工艺等，实行全过程的旁站监督。然而，部分大型工程施工等具有持续时间长，且必须连续作业的特点，但是当前监理人员素质及专业素质能力良莠不齐，长时间工作容易出现误判或漏判，另外，人员交接、疲劳作业也容易导致监督不到位，因此，水泥搅拌桩的施工质量收到严重影响。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明设计提供了一种施工现场应用的机器人监理系统，解决了监理工程师因长时间工作容易出现误判或漏判，以及人员交接、疲劳作业导致的监督不到位、影响水泥搅拌桩施工质量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种施工现场应用的机器人监理系统，包括设置于施工场所与施工设备处的信息采集系统、与信息采集系统进行通信的信息控制中心，以及与信息控制中心连接的客户端，其特征在于：所述的信息采集系统包括设置于施工设备上的数据监测模块，设置于施工场所内的无人机机器人；所述的数据监测模块包括设置于集料斗上的水泥浆比重采集测量模块、雷达测距模块，设置于定桩机上的压力采集模块，以及设置于钻机上的钻杆钻进速度监测模块与钻机旋转速度监测模块。
所述的信息控制中心包括主服务器、与主服务器连接的智能互动可视化屏，所述的主服务器与客户端通信连接。
所述的客户端为手持机或笔记本电脑。
所述的信息控制中心与信息采集系统进行通信的网络为4g网络、5g网络、无线网络或者有线网络；主服务器与客户端通信的网络为4g网络、5g网络、无线网络或者有线网络。
所述的无人机机器人包括机身、设置于机身上的无人机平台、设置于无人机平台上的无人机；所述机身上设置有电池组与动力系统，连接动力系统的控制单元以及设置于机身底部、连接动力系统的万向轮；所述无人机平台上设置有gps定位芯片或北斗定位芯片，与定位系统连接的激光制导系统，与机身上电池组连接的无线充电单元，以及与信息控制中心信息交互的音响麦克、灯光系统；所述无人机上设置有万向云台，高倍广角摄像机与红外感应器通过万向云台设置于无人机上。
所述的水泥浆比重采集测量模块悬挂于集料斗侧壁，包括进浆管(1)，连接进浆管(1)下部的比重计测量箱(3)，设置于比重计测量箱(3)上的比重测量仪(2)、连接比重计测量箱(3)下部的微型泵机(4)以及与微型泵机(4)另一端连接的出浆管(5)，集料管与进浆管(1)、出浆管(2)连接的连接口(6)以及设置于比重测量仪与主服务器之间的串口服务器。
所述的雷达测距模块包括设置于集料斗内部上方的测距雷达以及设置于桩机上的gps定位或北斗定位设备。
所述的压力采集模块包括设置于定桩机上的压力测量传感器，以及连接于压力表数据传输接口与主服务器之间的串口服务器。
所述的钻杆钻进速度监测模块包括设置于钻杆顶端的rtk精准定位设备。
所述的钻机旋转速度监测模块包括钻机自带的转速测量传感器，设置于钻机固定位置的红外感应点。
本发明的有益效果是：通过本发明的技术方案可实现施工现场的全部影像记录，达到实时留痕，有效的避免了因人员交接、疲劳作业导致的监督不到位，通过数据监测模块、红外线传感器以及旁站无人机机器人的全方位无死角实时影像记录及图像识别，能够更加有效地掌握施工人员动态、施工人员到位情况以及现场的施工过程，通过交互功能更可以实现上级的随机抽检，不仅能够更好地实现施工全过程管控，提升监理管理水平，还保证了施工单位严格按照设计和规范标准进行施工，确保了工程符合设计和规范的要求。
本发明中，数据监测模块实时测量并监测桩基浇筑浆压力值、流量、浆位、比重等信息，将监测数据传输给信息控制中心的主服务器，主服务器采用大数据分析方法，将分析得出的数据与施工规范要求数据进行比对，当监测到喷浆量不足，压力值偏小，施工时间超长等数据情况时，信息控制中心的异常报警系统进行声光报警提醒，并自动启动旁站无人机机器人。旁站无人机机器人通过gps定位芯片导航、激光制导控制移动到施工地点进行旁站施工监理，对异常过程信息进行拍摄，并将高清图像传回主服务器；在信息控制中心的智能互动可视化大屏上，自动弹出异常数据分析结果及现场视频信息，由监理人员进行远程识别和判定，并通过双向的音视频交互系统语音督导现场进行问题整改。
另外，远程监控人员可以通过客户端详细查看施工过程细节，针对重点问题可以通过客户端上的音视频交互系统与现场施工人员进行沟通，确保施工问题及时处理。
本发明通过数据监测模块预警、无人机实时影像记录分析及图像识别更有效的掌握人员动态、人员及设备的到位情况及现场施工情况，通过交互功能更可实现上级的随机抽检，更好地实现施工全过程的管控，提升监理管理水平，从而提高高速施工质量，具有良好的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明的总体架构图；
图2是本发明旁站无人机机器人的示意图；
图3是本发明系统的应用架构图；
图4是本发明中水泥浆比重采集测量模块的结构示意图。
图中，1、进浆管，2、比重测量仪器，3、比重测量箱，4、微型泵机，5、出浆管，6、连接口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细说明：
具体实施例，如图1、图3所示，一种施工现场应用的机器人监理系统，包括设置于施工场所与施工设备处的信息采集系统、与信息采集系统进行通信的信息控制中心，以及与信息控制中心连接的客户端，关键是：所述的信息采集系统包括设置于施工设备上的数据监测模块，设置于施工场所内的无人机机器人；所述的数据监测模块包括设置于集料斗上的水泥浆比重采集测量模块、雷达测距模块，设置于定桩机上的压力采集模块，以及设置于钻机上的钻杆钻进速度监测模块与钻机旋转速度监测模块。
本实施例中，数据监测模块主要用于定桩机和灰浆机集料斗内的数据监测，实时测量并监测桩基浇筑浆压力值、流量、浆位、比重等各项数据，将监测数据传输给信息控制中心，信息控制中心采用大数据分析方法，将分析得出的数据与施工规范要求数据进行比对，当监测到喷浆量不足，压力值偏小，施工时间超长等数据情况时，信息控制中心的异常报警系统进行声光报警提醒，并自动启动施工场所内的无人机机器人。无人机机器人移动到施工地点进行旁站施工监理，对异常过程信息进行拍摄，并将高清图像传回信息控制中心；监理人员通过信息控制中心接收到的数据远程督导对现场进行问题整改。另外，远程监理人员可通过笔记本电脑、手持机等客户端查看详细施工过程。
进一步的，信息控制中心包括接收并运算处理监测数据的主服务器，与主服务器连接、显示无人机拍摄图像与异常数据分析结果的智能互动可视化大屏，智能互动可视化大屏具有异常报警及音视频交互的功能，当监测数据异常时，主服务器给无人机机器人发出启动指令、控制智能互动可视化大屏进行异常报警并自动弹出异常数据分析结果及现场视频信息，监理人员通过音视频交互功能远程督导对现场进行问题整改。
进一步的，为了保证施工现场与信息控制中心之间的信息与数据的传递，信息控制中心与施工现场信息采集系统进行通信的网络为4g网络、5g网络、无线网络或者有线网络；信息控制中心的主服务器与客户端通信的网络为4g网络、5g网络、无线网络或者有线网络。机器人监理系统的通信网络全面覆盖，保证了施工现场与信息控制中心之间的信息传递。
进一步的，如图2所示，无人机机器人由机身、无人机平台和无人机三部分组成，并具有插电口，可实时充电，保障机器人24小时连续作业。万向轮、动力系统、控制单元、无线充电单元、gps定位芯片或北斗定位芯片及激光制导系统实现了无人机机器人的自动行驶(本实施例中采用gps定位芯片)；万向云台、高倍广角变焦摄像机的设置实现了无人机机器人的自动监控；音响麦克、灯光系统实现了无人机机器人的通讯服务等一系列的应用。红外感应器的设置使无人机机器人能够红外定向识别人员、自动追踪人员，远程监控人员可以通过通信网络对无人机机器人进行远程控制，详细查看施工过程细节，通过双向音视频交互功能及红外定向识别人员的功能与现场施工人员进行沟通，确认施工问题处理结构，并全程记录。
进一步的，如图4所示，本实施例中对于水泥浆比重的采集，设置在集料斗位置进行，将水泥浆比重采集测量模块悬挂于集料斗侧壁，微型泵机工作，将水泥浆抽取至进浆管1，水泥浆通过进浆管1流入比重计测量箱3，设置于比重计测量箱3上的比重计测量仪器2对水泥浆比重进行测量，测量完成后，微型泵机4工作，将比重计测量箱3内的水泥浆通过出浆管5排出至集料斗内。
本实施例中，进浆管1连接集料斗，从集料斗中抽取水泥浆；比重计测量仪器2为分体式音叉比重计量装置，可拆卸，具有数据传输接口，通过rs-485或rs-232接口传输数据到串口服务器，通过串口服务器连接到主服务器；比重计测量箱3采用漏斗型设计，方便水泥浆流动和清洗箱体；微型泵机4为涡轮型抽浆器，涡轮型抽浆器采用微型电机控制，体积小，用电量少，带有远程控制接口，可通过rs-485总线控制启停，方便进行水泥浆比重的测量；出浆管5同样连接集料斗，方便将水泥浆比重采集测量模块中的水泥浆输送至集料斗，出浆管5的弯头部分都采用弧形结构方便水泥浆的流动；另外，集料斗与进浆管1、出浆管5的连接口6均采用螺丝扣结构，可拆卸，方便清洗安装。
另外，由于水泥浆比重测量受温度、湿度等的环境影响较大，为了保障计量的准确性，本实施例中通过试验确认本采集方法根据环境影响的变动系数k，水泥浆的实际比重需要在测量值的基础上通过变动系数k进行校正，计算方法为：实际比重＝测量值×(1+变动系数k)。变动系数k的取值方式如下表表1所示，通过设置成按照一定时间间隔自动量测的方式建立监控体系，并能根据数据变化情况提高采集频率。因为集料斗内容易存在混合不均匀情况，所以需要设定的比重变化范围较大，当前结合历史测量数据及采集信息确认，当系统监测到水泥浆比重变化大于10％为异常情况，系统自动生成异常问题记录单，通知监理监控中心人员进行问题确认和跟踪处理。
表1
进一步的，利用雷达测距模块对集料斗的喷浆总量进行采集。设置于集料斗上方的测距雷达通过较为密集的分时采集集料斗液面高度，自动分析获得集料斗内浆位的变化，结合集料斗的断面面积计算注浆量(根据不同集料斗类型，设置了多种计算方法，主要是圆锥部体积：
进一步的，对于喷浆压力，本发明中，压力传感器设置于定桩机的喷浆管上，设置于定桩机上的压力采集模块首先通过rs-485接口采集定桩机自带的压力传感器测量所得的数据，由串口服务器转换成网络信号传输到信息控制中心的主服务器。而作为更好的改进，还可以给压力传感器外接压力表，同时在压力表处设置视频设备实时监测压力表读数，并将采集到的视频信息传递至信息控制中心的主服务器，以此对压力传感器测量所得的数据与采集到的视频数据进行二次核查，从而可以保证数据的一致性，防止人为记录失误或恶意修改数据。对比一致后获得初始浆液压力，主服务器通过流体力学计算公式，结合输浆管长度和高度以及浆液粘滞系数估算终端喷浆压力在合理范围之内(压力值不小于0.4mpa)，对于异常压力通过异常报警功能进行预警提示，并启动无人机机器人记录压力表值以及现场施工视频。
另外，由于喷浆管的尺寸是一定的，主服务器通过喷浆压力与喷浆管尺寸计算出喷浆管的流速，结合喷浆管喷浆的时间，计算出定桩机的喷浆总量，再将计算出的定桩机的喷浆总量与雷达测距模块采集、计算得出的喷浆总量数据进行二次比对，保证雷达测距模块采集、计算得出的喷浆总量的准确性。
进一步的，对于定桩机钻杆钻进速度的监测，本发明中，采用定桩机的钻杆上自带的rtk精准定位设备，通过rtk精准定位设备实现了对钻杆高程的高精度定位，该定位装置可设置采集频率，通过grps(通用分组无线服务技术)实时传输信号到信息控制中心的主服务器，，主服务器通过实时解析数据，记录不同时间点的高程位置，得到钻杆的钻进速度。
本发明中钻杆的钻进自带监测模块——转速测量传感器，本系统通过接入转速测量传感器采集到的转速信息，提取钻机的旋转速度。另外，为了提高数据的准确性，在钻机的固定位置设置红外感应点，旁站无人机机器人定时发射红外射线与红外感应点对应，从而进行转速的二次确认，并通过视频摄像头每小时随机记录5分钟钻机的运行情况，从而保证数据的准确性。
如图3所示，本机器人监理系统中各个环节的功能如下：
施工现场：数据的采集+传输、无人机实时定位生成飞行路径+图像记录分析、语音交互控制、施工问题提醒。
信息控制中心：施工现场管理、施工问题管理、施工标准管理、旁站监理规范管理、施工单位管理、施工人员管理、基础支撑(包括监理组织机构、监理人员管理、系统权限管理、公共代码管理、app接口服务)。
智能互动可视化大屏：施工现场工作记录、展示采集终端数据、异常报警进行声光图像提醒、监控无人机监测异常数据画面、远程控制无人机监控、远程工作督导等。
客户端：施工工程现场监控、施工问题督导、标准查询、机器人远程控制、音视频交互及人脸识别服务、登录管理、通信服务、接口服务等基础支撑服务组成。
进一步的，对各个环节不同功能的详细介绍如下：
一、信息控制中心
施工现场管理：实现对施工工程任务的编制、发布、查询、分析、监控等操作，可维护施工进度、计划、位置信息、施工单位等，保障与现场施工单位一致。
施工问题管理：实现施工问题的登记、审核、处理跟踪、类型维护、查询统计等功能，对施工问题进行存档管理，并记录全程处理的音视频、文档资料。
施工标准管理：实现对施工各阶段，分类施工规范和标准数据、图片等资料的维护更新管理，用于视频辅助识别功能。
旁站监理规范管理：用于维护旁站监理工作要求、工作规范、结合施工过程记录，辅助自动生成旁站监理记录。
施工单位管理：用于维护施工单位信息包括组织机构、资质证书等。
施工人员管理：用于维护施工人员的基本信息、资格证书等。
基础支撑功能：实现对监理组织机构、监理人员、系统权限、公共代码及app接口服务的管理功能。
二、客户端
施工工程现场监控功能：实时展示施工工程整体情况，包括当前施工工作进度，正在开展的施工现场作业情况，包括施工视频、施工问题、施工单位、施工人员等，并可进行追溯查询。
施工问题督导：实时提醒现场施工存在的问题，可查看详细信息和问题过程视频记录，远程问题督导，针对重点问题可进行实时的现场音视频交流，确保施工问题及时处理。
标准查询：实现施工标准规范、旁站监理规范等资料的查询、查看。
移动作业支撑：实现移动端的基础服务功能，包括音视频交互、人脸识别、登录、通信服务、接口服务等。
本发明通过设置数据监测模块，对施工现场的隐蔽部位、关键工程部位及重要工序和工艺进行质量监督，配合红外感应器及无人机机器人的全方位无死角的实时影像记录及图像识别，能够更加有效的掌握施工人员动态、施工人员到位情况以及现场的施工过程，通过交互功能更可以实现上级的随机抽检，不仅能够更好地实现施工全过程管控，提升监理管理水平，还保证了施工单位严格按照设计和规范标准进行施工，确保了工程符合设计和规范的要求。
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