一种适用于污染土开挖的高精度管控系统及方法与流程

本发明涉及一种适用于污染土开挖的高精度管控系统及方法，属于土方施工。

背景技术：

1、目前污染区域污染土处理主要依靠挖土机在坑底进行挖土聚堆，然后吊车吊运的方法实施。挖土区域和挖土深度主要通过设备内操作人员和坑顶指挥人员目视方式进行决策管理。这一方法存在如下明显不足：

2、(1)施工过程中可能会产生挥发气体对人体产生危害。

3、(2)放坡开挖等无围护体系较不适宜。容易出现四周越界挖掘情况。

4、(3)超欠挖难以避免。坑下缺少对照物，难以精确判断当前开挖深度，污染区域容易超挖或欠挖。

技术实现思路

1、针对现有技术中污染土处理中存在的上述问题，本发明提供了一种适用于污染土开挖的高精度管控系统及方法，能够自动判定是否超挖、欠挖，对驾驶员进行智能提醒，减少了人工辅助操作，提高施工效率和施工安全性。

2、为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

3、一种适用于污染土开挖的高精度管控系统，包括挖掘机，以及设置于挖掘机上的第一定位装置、第二定位装置、控制器、第一倾角传感器、第二倾角传感器和报警装置，还包括设置于施工场地内的定位基站；

4、挖掘机包括行走机构、驾驶室、动臂、斗杆和铲斗；

5、第一定位装置安装在驾驶室上，第二定位装置安装在动臂上，定位基站采集第一定位装置、第二定位装置的实时位置数据并发送至控制器；

6、第一倾角传感器设置于动臂顶部，用于获取动臂的倾角数据，第二倾角传感器设置于斗杆上，用于获取斗杆的倾角数据；

7、报警装置设置于驾驶室内；

8、控制器接收定位基站发送的位置数据，计算第一定位装置与第二定位装置的三维坐标；控制器还接收第一倾角传感器、第二倾角传感器的倾角数据；控制器基于预设的挖掘机的几何参数数据、第一定位装置与第二定位装置的三维坐标、第一倾角传感器与第二倾角传感器的倾角数据计算出铲斗的三维坐标；控制器内预设施工边界阈值，当铲斗的三维坐标超过施工边界阈值时，控制器向报警装置发出第一报警信息，报警装置发出警示信息。

9、进一步，适用于污染土开挖的高精度管控系统还包括设置于挖掘机上的有毒气体检测装置，所述有毒气体检测装置用于检测是否存在有毒气体、有毒气体的种类及含量，并将检测数据传递至控制器；

10、控制器内预设有毒气体阈值，当监测数据中的有毒气体含量超过设定的对应的有毒气体阈值时，控制器的报警提示模块向报警装置发送第二报警信号，报警装置发出警示信息。

11、进一步，控制器包括信息传输模块、数据存储模块、坐标计算模块和报警提示模块；

12、信息传输模块用于接收定位基站传输的位置数据，用于接收第一倾角传感器、第二信号倾角传感器的倾角数据；

13、数据存储模块用于存储数据；

14、坐标计算模块基于定位基站的位置数据，计算第一定位装置与第二定位装置的三维坐标，再结合第一倾角传感器、第二信号倾角传感器采集的倾角数据，计算得到铲斗实时三维坐标；

15、报警提示模块用于在铲斗实时三维坐标超出设定的施工边界阈值时发送第一报警信号。

16、相应地，本发明还提供了一种适用于污染土开挖的高精度管控方法，采用所述的污染土开挖的高精度管控系统进行污染土开挖及管控，所述方法包括如下步骤：

17、步骤一、在施工现场设置定位基站，在挖掘机上设置第一定位装置、第二定位装置、控制器、第一倾角传感器、第二倾角传感器和报警装置；

18、步骤二、在控制器内设置施工边界阈值，并输入挖掘机的几何参数；

19、步骤三、挖掘机进行污染土开挖过程中，控制器采集定位基站发送的第一定位装置、第二定位装置的实时位置数据，以及第一倾角传感器、第二倾角传感器的实时倾角数据，计算铲斗的位置数据，当铲斗的位置数据超出施工边界阈值时，向报警装置发送第一报警信号，报警装置发出警示信息。

20、进一步，步骤三中计算铲斗的位置数据具体包括如下步骤：

21、根据第一定位装置的位置a、第二定位装置的位置d的三维坐标确定竖直平面，并在竖直平面内建立局部坐标系，d点为坐标原点；

22、动臂与斗杆的铰接点记为c点，斗杆与铲斗的铰接点记为e点，铲斗尖端记为f点，根据d点与动臂之间的距离、第一倾角传感器实时倾角数据θ1、第二倾角传感器的实时倾角数据θ2、斗杆长度l2，分别计算出c点、e点的局部坐标以及f点的活动范围；结合动臂长度l1，计算出动臂与挖掘机主体之间的转动点b点的局部坐标，根据b点a点的角度和距离，计算出a点的局部坐标；

23、根据点a、d的空间三维坐标与局部坐标之间的对应关系，得到局部坐标系和三维坐标系的转化规则，基于转化规则计算出f点三维坐标范围。

24、进一步，挖掘机上还设置有毒气体检测装置；

25、步骤二中还包括，在控制器中预设有毒气体检测装置能够检测的有毒气体对应的有毒气体阈值；

26、步骤三中还包括，控制器接收有毒气体检测装置检测的有毒气体数据，当有毒气体数含量超过设定的相应的有毒气体阈值时，控制器向报警装置发送第二报警信号，报警装置发出警示信息。

27、本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明提供的适用于污染土开挖的高精度管控系统及方法，能够通过第一定位装置、第二定位装置采集两个点的三维坐标，通过第一倾角传感器、第二倾角传感器采集动臂倾角和斗杆倾角，结合挖掘机的几何参数能够计算出铲斗尖端的活动范围，通过在控制器内预设施工边界阈值，在铲斗尖端的活动范围超出施工边界阈值时，控制器控制报警装置发出警示信息。因此，本发明的适用于污染土开挖的高精度管控系统能够自动判定是否超挖、欠挖，对驾驶员进行智能提醒，减少了人工辅助操作，提高施工效率和施工安全性。而且还能够实现24h不间断作业，自动化定位代替目视管理，可在夜晚等光线不充足时段进行管控。另外，在控制器中预设有毒气体的阈值，通过有毒气体检测装置能够采集有毒气体的种类及含量，当采集的有毒气体的含量超过阈值时，控制器控制报警装置发出警示信息，从而达到对有毒气体进行监控、保证施工人员的生命安全。

技术特征：

1.一种适用于污染土开挖的高精度管控系统，其特征在于，包括挖掘机，以及设置于挖掘机上的第一定位装置、第二定位装置、控制器、第一倾角传感器、第二倾角传感器和报警装置，还包括设置于施工场地内的定位基站；

2.如权利要求1所述的适用于污染土开挖的高精度管控系统，其特征在于，

3.如权利要求1所述的适用于污染土开挖的高精度管控系统，其特征在于，

4.一种适用于污染土开挖的高精度管控方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的污染土开挖的高精度管控系统进行污染土开挖及管控，所述方法包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的适用于污染土开挖的高精度管控方法，其特征在于，

6.如权利要求4所述的适用于污染土开挖的高精度管控方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种适用于污染土开挖的高精度管控系统，包括挖掘机，以及设置于挖掘机上的第一定位装置、第二定位装置、控制器、第一倾角传感器、第二倾角传感器和报警装置，还包括设置于施工场地内的定位基站。该系统能够通过第一定位装置、第二定位装置采集两个点的三维坐标，通过第一倾角传感器、第二倾角传感器采集动臂倾角和斗杆倾角，结合挖掘机的几何参数能够计算出铲斗尖端的活动范围，通过在控制器内预设施工边界阈值，在铲斗尖端的活动范围超出施工边界阈值时，控制器控制报警装置发出警示信息。因此，该系统能够自动判定是否超挖、欠挖，对驾驶员进行智能提醒，减少了人工辅助操作，提高施工效率和施工安全性。

技术研发人员：程子聪,王瑾,衣俊,张悦娇
受保护的技术使用者：上海建工集团股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5