用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置与流程

1.本发明涉及脚手架技术领域，具体涉及一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置。


背景技术：

2.附着式脚手架是指搭设一定高度并附着于工程结构上，依靠自身的升降设备和装置，可随工程结构逐层爬升或下降，具有防倾覆、防坠落装置的外脚手架；附着式脚手架主要由附着式脚手架架体结构、附着支座、防倾装置、防坠落装置、升降机构及控制装置等构成。它能够将高处作业变为低处作业，将悬空作业变为架体内部作业，安全性和便捷性较好，被广泛应用于建筑施工中。
3.目前，全钢附着式升降脚手架是建筑工地中最常用的外部脚手架，但其在运行和提升过程中依然存在控制不同步、障碍物阻挡和环境扰动等问题，严重影响了附着式脚手架的提升效率和安全性，并可能引起脚手架倾覆、坠落等安全问题。其中，障碍物阻挡情况是相对较为常见的一类问题，因施工产生的建筑垃圾、因施工人员活动而带来的生活垃圾、施工时放置的施工设备等都易成为阻碍脚手架移动、升降，或阻碍其他正常施工进程的障碍物。而针对这些障碍物，目前常用的处理办法是在脚手架移动前，直接由施工人员进行障碍物排查，或是，采用脚手架上设置的监控装置确认是否存在障碍物，再安排施工人员清障。但是，此类方法，对于障碍物的认定实际上都需要人为判断，障碍物的寻找也需要在监控设备中逐个寻找，且现有的监控设备并无法充分涵盖障碍物确认所需要的完整视角，障碍物判定效率较低，精准度也不高。


技术实现要素：

4.本发明意在提供一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置，能够以较少的扫描机构完成精准、高效地完成障碍物扫描，实现障碍物的智能扫描判定，扫描操作具备较高的动态性，能够为附着式脚手架的安全运作提供可靠数据参考。
5.为达到上述目的，本发明提供如下方案：
6.方案一：
7.用于附着式脚手架的障碍物扫描装置，包括扫描机构和控制系统；
8.所述扫描机构包括扫描仪和旋转轨道；所述扫描仪与旋转轨道通过滑动底座滑动连接；扫描仪与滑动底座转动连接；所述扫描仪用于扫描障碍物信息；所述扫描机构设有数个，且分别设于脚手架机位中的关键机位处；所述旋转轨道的旋转轴线与关键机位的竖向中轴线平行；
9.所述控制系统与扫描机构建立通信连接；所述控制系统包括规划模块、三维重构模块和调整模块；所述规划模块用于根据脚手架基础参数和建筑物基础参数，按照规划策略确定关键机位；所述建筑物基础参数包括建筑物外立面异形结构参数；所述三维重构模块用于根据扫描仪的扫描信息进行障碍物的三维虚拟模型构建；
10.所述调整模块用于按照调整策略控制调整各扫描仪的位置；所述调整策略包括：在单一扫描仪扫描到疑似障碍物时，调用该扫描仪扫描得到的疑似障碍物信息，并由三维重构模块预建立为估计模型；基于估计模型，确定待补充视角，并转换为扫描仪的转动参数和移动参数；并根据转动参数和移动参数调整扫描仪位置。
11.本方案的工作原理及优点在于：首先，本方案设置的扫描机构数量较少，仅在关键机位处设置扫描机构，而并非像常规扫描机构设置方案一样，在脚手架内部的每个节点均安装扫描仪。由于脚手架内部机位等会对扫描区域造成遮挡，为消除遮挡的影响，常规方案中，往往通过增加扫描仪数量来补足遮挡区域，此类方案的运作成本较高，扫描数据量较大，数据处理工作量较大。而本方案则精简了扫描机构数量，通过设置旋转轨道、滑动底座等机构为扫描仪构建了充足的可移动空间，扫描仪通过在旋转轨道上移动、转动能够形成不一样的扫描角度，使得单个扫描仪能够获得更广的扫描范围。
12.并且，本方案中由控制系统对扫描机构进行智能控制，调整模块能够根据扫描得到的疑似障碍物信息，配合以三维重构模块的三维虚拟模型构建功能，智能确定所缺乏的障碍物视角信息，并综合调用扫描仪(包括不同扫描机构的扫描仪)对视角进行智能补充，进而可扫描到完整、准确的障碍物；能够以较少的扫描机构完成精准、高效地完成障碍物扫描，扫描操作具备较高的动态性。能够为附着式脚手架的安全运作提供可靠数据参考。
13.进一步，所述脚手架基础参数自脚手架搭设工程图中提取得到；所述建筑物基础参数还包括建筑物外立面基础结构参数。
14.有益效果：自脚手架搭设工程图中能够获取得到充分脚手架基础参数信息，信息采集路径可靠、信息量充足；且建筑物基础参数数据充足；便于后续准确规划确定关键机位位置。
15.进一步，所述三维重构模块还根据脚手架基础参数和建筑物基础参数，建立脚手架及建筑物的三维虚拟模型，即基准虚拟模型；且所述障碍物的三维虚拟模型构建在基准虚拟模型中，所述障碍物的三维虚拟模型跟随疑似障碍物信息更新而动态调整。
16.有益效果：将障碍物模型设置在基准虚拟模型中，障碍物的位置显示更为直观，更便于观察。并且，障碍物的三维虚拟模型处于动态调整状态下，随着扫描仪扫描信息的增加，障碍物确认的精准度和可靠度相应增加，本方案能够快速定位障碍物的同时，能够保证较高的障碍物扫描全面度和精准度。
17.进一步，所述规划策略包括：根据基准虚拟模型，得到脚手架机位排布图；并将建筑物直立面对应的脚手架机位区域定为第一区域，将建筑物异形面对应的脚手架机位区域定为第二区域；
18.将第一区域中的脚手架机位划分为3x3的第一脚手架排布矩阵，并选取每个第一脚手架排布矩阵中心处的脚手架机位作为关键机位；
19.将第二区域中的脚手架机位划分为3x3的第二脚手架排布矩阵，并选取每个第二脚手架排布矩阵单条对角线上的脚手架机位作为关键机位。
20.有益效果：本方案一脚手架机位为基础，将建筑物直立面和建筑物异形面分别划分为第一、第二脚手架排布矩阵，区域划分较为一致和标准；并且，选取第一脚手架排布矩阵中的中心点位作为关键机位，能够以最少的机位数量，充分满足单个第一脚手架排布矩阵的扫描需求。选取第二脚手架排布矩阵中的对角线点位作为关键机位，在异形面存在起
伏的情况下，也能够实现全面扫描。
21.进一步，所述调整策略还包括：在日常状态下，以10
°
/分钟的角度调整频次和5cm/分钟的位移调整频次，控制调整扫描仪位置。
22.有益效果：在日常状态下，扫描机构执行动态扫描，能够有序地扫描脚手架情况；动态的扫描模式也有助于达成以较少量的扫描机构实现大范围全面扫描的高效扫描效果。
23.进一步，所述调整策略还包括：实时采集脚手架的提升信号；若出现提升信号，则对应确定提升路径，并控制调整提升路径四周的扫描仪位置，使得扫描仪的扫描域面向提升路径。
24.有益效果：在脚手架存在提升动作时，动态调整扫描仪对提升路径进行集中式扫描，障碍物扫描机动性较高，且能够为脚手架提升提供移动参考。
25.进一步，所述控制系统还包括预警模块；所述预警模块用于在提升路径上出现疑似障碍物时，进行提升风险预警。
26.有益效果：预警模块可为脚手架提升提供移动参考，有助于降低脚手架提升过程中的事故发生率。
27.进一步，所述扫描仪为摄像仪或激光测距传感器。
28.有益效果：摄像仪和激光测距传感器的体积较小，且均能够快速收集场景相关信息，运作高效，且易安装。
29.进一步，所述旋转轨道的轨道线为半螺旋线。
30.有益效果：本方案采用的半螺旋线型的轨道线布局对应的旋转轨道，能够让扫描仪在周向和轴向上同步移动，相比于单纯半圆线性的轨道线布局的旋转轨道(仅能够提供周向移动)，轨道提供的移动范围更广，更便于调整得到不同的扫描角度，达到更高的扫描覆盖率。
31.方案二：
32.用于附着式脚手架的障碍物扫描方法，采用如方案一所述的一种用于附着式脚手架的障碍物扫描装置进行障碍物扫描。
33.本方案的效果及优点在于：通过利用方案一的用于附着式脚手架的障碍物扫描装置，能够以更少的扫描机构，达到更精准的、更可靠的障碍物扫描效果，且扫描过程具备动态性，能够与脚手架的提升运作、建筑物的外立面结构动态关联；扫描动作具备较高的灵活性。
附图说明
34.图1为本发明用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置实施例一的扫描机构的第一结构示意图；
35.图2为本发明用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置实施例一的扫描机构的第二结构示意图；
36.图3为本发明用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置实施例一的扫描机构的第三结构示意图；
37.图4为本发明用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置实施例一的控制系统结构示意图；
38.图5为常规的扫描机构排布结构示意图；
39.图6为本发明用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置实施例一的扫描机构排布结构示意图。
具体实施方式
40.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
41.说明书附图中的标记包括：建筑物外墙面1、连接块2、旋转轨道3、滑动底座4、球铰5、扫描仪6、附着支座7。
42.实施例一：
43.实施例基本如附图1、图2、图3和图4所示：用于附着式脚手架的障碍物扫描装置，包括扫描机构和控制系统；
44.所述扫描机构包括扫描仪6和旋转轨道3；所述扫描仪6与旋转轨道3通过滑动底座4滑动连接；扫描仪6与滑动底座4转动连接；所述扫描仪6用于扫描障碍物信息；所述扫描机构设有数个，且分别设于脚手架机位中的关键机位处；所述脚手架机位具体指脚手架的附着支座7(即附墙支座)；所述旋转轨道3的旋转轴线与关键机位的竖向中轴线平行。
45.具体地，所述扫描仪6为摄像仪或激光测距传感器。本实施例中，采用激光测距传感器，相比于摄像仪，激光测距传感器更不易被外界环境(如天气、光照强度等)影响，能够采集到更可靠的数据信息。所述旋转轨道3的轨道线为半螺旋线。半螺旋线的参数根据脚手架机位的尺寸而定，本实施例中，所述旋转轨道3的首部底面和尾部底面均固定设有连接块2，所述连接块2与建筑物外墙面1通过螺钉、螺栓等可拆卸连接，可保证旋转轨道3位置稳固。所述滑动底座4内设有微控制器、微型电机和电源，所述微控制器用于控制滑动底座4移动。所述扫描仪6与滑动底座4之间通过球铰5铰接，所述微控制器还用于控制改变铰接角度以改变扫描仪6的扫描角度。可选地，也可通过旋转编码器连接扫描仪6和滑动底座4，由旋转编码器旋转扫描仪6以智能调整扫描以的扫描角度。
46.所述控制系统与扫描机构建立通信连接；所述控制系统包括规划模块、三维重构模块和调整模块；所述规划模块用于根据脚手架基础参数和建筑物基础参数，按照规划策略确定关键机位；所述建筑物基础参数包括建筑物外立面异形结构参数。具体地，所述脚手架基础参数自脚手架搭设工程图中提取得到，具体包括：架体形式、架体高度、架体步高、步数、步宽、架体跨度、架体离墙距离、导轮距离、机位数、相邻机位高差、机位间距、机位结构尺寸等；所述建筑物基础参数还包括建筑物外立面基础结构参数。
47.具体地，所述规划策略包括：根据基准虚拟模型，得到脚手架机位排布图；并将建筑物直立面对应的脚手架机位区域定为第一区域，将建筑物异形面对应的脚手架机位区域定为第二区域；
48.如附图6所示，将第一区域中的脚手架机位划分为3x3的第一脚手架排布矩阵，并选取每个第一脚手架排布矩阵中心处的脚手架机位作为关键机位；
49.将第二区域中的脚手架机位划分为3x3的第二脚手架排布矩阵，并选取每个第二脚手架排布矩阵单条对角线上的脚手架机位作为关键机位。且相邻的第二脚手架排布矩阵中，选取的关键机位连线相平行。
50.这样设置，选取第一脚手架排布矩阵中的中心点位作为关键机位，能够以最少的
机位数量，充分满足单个第一脚手架排布矩阵的扫描需求。选取第二脚手架排布矩阵中的对角线点位作为关键机位，在异形面存在起伏的情况下，也能够实现全面扫描。并且，相比于常规的扫描仪6排布方式(如附图5所示)，本方案在每个3x3的脚手架机位区域内，能够节省3至5个扫描机构，能够大幅降低成本。
51.所述三维重构模块用于根据扫描仪6的扫描信息进行障碍物的三维虚拟模型构建；所述三维重构模块还根据脚手架基础参数和建筑物基础参数，建立脚手架及建筑物的三维虚拟模型，即基准虚拟模型；优选地，三维重构模块可直接根据脚手架搭设工程图进行基准虚拟模型构建，相比于根据基础参数构建基准虚拟模型，根据脚手架搭设工程图构建时无需再做参数转化，模型构建过程更简洁。且所述障碍物的三维虚拟模型构建在基准虚拟模型中，所述障碍物的三维虚拟模型跟随疑似障碍物信息更新而动态调整。
52.所述调整模块用于按照调整策略控制调整各扫描仪6的位置；所述调整策略包括：在单一扫描仪6扫描到疑似障碍物时，调用该扫描仪6扫描得到的疑似障碍物信息，并由三维重构模块预建立为估计模型，具体地，单一扫描仪6扫描得到的为疑似障碍物的单一视角信息，三维重构模块根据单一视角信息建立估计模型；基于估计模型，确定待补充视角，并转换为扫描仪6的转动参数和移动参数；并根据转动参数和移动参数调整扫描仪6位置。
53.所述调整策略还包括：在日常状态下，以10
°
/分钟的角度调整频次和5cm/分钟的位移调整频次，控制调整扫描仪6位置。所述日常状态指扫描仪6均未扫描到疑似障碍物的情况。
54.所述调整策略还包括：实时采集脚手架的提升信号；若出现提升信号，则对应确定提升路径，并控制调整提升路径四周的扫描仪6位置，使得扫描仪6的扫描域面向提升路径。
55.所述控制系统还包括预警模块；所述预警模块用于在提升路径上出现疑似障碍物时，进行提升风险预警。所述提升风险预警方式包括以短信通知等形式向工作人员发送风险预警信息，或以广播方式在附着式脚手架运作现场播报风险预警信息等。
56.本实施例还提供一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法，采用如上述的一种用于附着式脚手架的障碍物扫描装置进行障碍物扫描。
57.本实施例提供的一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置，通过智能精选扫描机构的设置位置，配合以半螺旋式的旋转轨道3设计，为扫描仪6提供了较大的移动空间，再配合以控制系统中调整模块对于各扫描仪位置的动态调控，使得物理视域角一定的扫描仪能够拥有更大的、动态的视域，进而保证本方案能够以较少的扫描机构完成精准、高效地完成障碍物扫描，实现障碍物的智能扫描判定，扫描操作具备较高的动态性，且能够为附着式脚手架的安全运作提供可靠数据参考。并且，控制系统的规划模块还能够针对不同的脚手架结构和建筑物结构，智能选取适宜的关键机位，系统运作具备通用性。
58.相比于目前惯常采用的障碍物扫描方法，常规方法中往往在每个脚手架机位处均设置了扫描装置，由于脚手架的框架结构较为交错复杂，脚手架自身结构，如脚手架机位本身就易于对扫描装置的扫描区域造成遮挡，扫描区域受限，就需要更多的扫描装置来辅助完成全面性的障碍物扫描。而本方案中则不存在上述问题，让扫描仪6处于关键机位的可控的动线上，扩大了扫描仪6的可扫描区域，解决了扫描区域受限问题，并能够有效精简扫描仪6数量。并由控制系统配合实现了扫描资源的动态调用，每个扫描仪6的利用率更高。
59.实施例二：
60.用于附着式脚手架的障碍物扫描装置，在实施例一的基础上，在控制系统中增加了判定模块和指挥模块。
61.所述判定模块用于按照判定策略判定疑似障碍物类型。所述判定模块内还预设有类型库；所述类型库中存储有脚手架中常见的障碍物类型的基础信息和对应的图像信息，其中，障碍物类型的基础信息包括类别名称，如生活垃圾类、施工垃圾类、施工工具类等；详细的物品名称，如纸箱、纸盒、金属杆件、锤子、扳手等；物品危险等级，如纸箱纸盒的危险等级为低，大型金属杆件的危险等级为高等；物品可动性，如圆柱形障碍物的可动性为高，立方体型障碍物的可动性为低，质量较小的障碍物的可动性为高，质量较大的障碍物的可动性为低等。所述判定策略包括：调用三维重构模块建立得到的障碍物的三维虚拟模型，并调用类型库中的图像信息数据与之进行遍历匹配；并以匹配度最高的图像信息为基础，对应确定障碍物类型及相关的基础信息。
62.所述指挥模块用于根据确定的障碍物位置和障碍物类型，指挥脚手架修改提升路径。当障碍物位置处于脚手架提升路径上时，基于障碍物类型进行进一步判定，若障碍物类型对应的物品危险等级为低或无风险，则保留原提升路径；若障碍物类型对应的物品危险等级为高或中风险，则修改原提升路径，修改操作包括：平移原提升路径至无障碍物处；或暂停提升操作，预先安排人员清除障碍物，再执行原提升路径。当障碍物位置不处于脚手架提升路径上时，基于障碍物类型进行进一步判定，若障碍物类型对应的物品可动性为高，则在基准虚拟模型中采用障碍物的三维虚拟模型进行障碍物的动线预演，若预演的障碍物动线与提升路径存在交叉，则修改原提升路径，修改操作包括：平移原提升路径至不存在交叉处；若预演的障碍物动线与提升路径不存在交叉，则保留原提升路径。
63.本实施例提供的一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置，能够对障碍物的类型进行进一步细致判定，并能够进一步为脚手架提升运作提供更为细致的指挥参考，整体装置功能更丰富。
64.实施例三：
65.用于附着式脚手架的障碍物扫描装置，在实施例一的基础上，在扫描机构上增加了用于辅助告警的蜂鸣器。本实施例中，所述蜂鸣器安装于旋转轨道3的外侧面，且所述蜂鸣器与预警模块建立通信连接，在预警模块发出提升风险预警时，距离提升路径上疑似障碍物位置最近的扫描机构上的蜂鸣器对应发出蜂鸣，以提醒避障。
66.本实施例提供的一种用于附着式脚手架的障碍物扫描方法及装置，相比于实施例一，提升风险预警方式更为直观，能够及时、有效地完成告警。
67.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。