一种吊装作业空间建模方法及系统与流程

本发明属于吊装作业技术领域，具体涉及一种吊装作业空间建模方法及系统。

背景技术：

随着经济的发展，建设工程趋向于大型化、复杂化，吊装物呈现结构尺寸大、外形多样化等特点，而吊装作业也面临场地受限、视线阻挡、吊装精度高、工期紧等问题，因此对吊装作业提出更高的要求。吊装方案是保证吊装作业顺利的重要环节，其优劣直接关系到吊装作业的效率、安全和经济性。

传统的吊装方案主要通过考察吊装现场、调查可用起重机、查阅起重机性能参数等后，以人工方式制定，不仅制定过程非常繁琐，而且由于方案确定之后不能通过实验立即得到其方案执行的效果，使得吊装效率和方案可行性等不能在实际施工之前进行有效的分析和验证。

针对上述人工方式制定吊装方案的不足，国内外开始借助计算机仿真技术进行吊装仿真，从而提高吊装方案制定效率，提前分析方案可行性，降低方案制定成本。随着以计算机辅助设计为代表的设计自动化技术日益完善并被广泛应用，吊装规划仿真系统使吊装方案设计的效率和水平都得到了极大提升。

进行吊装仿真时需要起重机模型和吊装空间模型的信息，才能进行吊装规划计算。起重机模型可由制造商提供，并且固定不变；而只有确定吊装场地后，才能获得吊装空间模型。因此，快速精确地获得吊装空间模型是吊装规划仿真系统的关键。

数字测绘技术通过摄影测量设备、激光扫描仪等先进测量设备安装于无人运载体上进行空间信息的采集，将空间信息以数字形式储存，并通过计算机程序处理的技术，其测量精度高、速度快、自动化程度高。无人机携带摄影测量设备和激光扫描仪是目前常见的数字测绘方法。

吊装现场的空间类型主要有以下三类：（1）空旷区域，吊装空间周围没有高层建筑、高压线或树木；（2）复杂环境或禁飞区，吊装空间附近有高压线或树木等危险或不规则障碍物，或者法律规定的禁飞区；（3）狭窄空间，吊装空间周围为高层建筑。因此，需要可以应用于三种类型吊装现场的吊装作业空间快速建模方法与系统。

针对以上三种吊装现场，由于吊装作业主要是垂直方向上作业，因此吊装空间多为垂直方向尺寸大，而水平方向范围小。现有数字测绘设备多设计为水平方向空间信息采集，而垂直方向上空间信息采集功能不强。因此，难以用一种现有的数字测绘设备可适用于三种吊装现场的空间信息采集。

现有技术主要靠人工使用皮尺、激光测距仪或全站仪等设备，获取吊装空间信息，利用计算机辅助制图技术建立吊装空间模型；或者根据已有的图纸资料，建立空间模型。

现有技术存在以下问题：

（1）人工获取吊装空间信息的方式存在人为干扰因素过多，从而影响测量结果。并且一次测量不能得到完整数据，需要多次往返现场，耗费大量人力、物力和时间后得到的结果也不够精确。当遇到复杂环境时，很多区域是人无法接近进行测量的，因此造成信息的缺失。测量时会进行高空作业，危险性高。

（2）基于已有图纸建立的吊装空间模型会与实际情况存在差距，精确度不高。并且，有图纸资料的吊装场地是很少，大多数的吊装场地是没有图纸资料的；即使有图纸资料，完整的也很少。

（3）人工测量和建模方式的效率和精度均较低，信息不完整，影响吊装规划仿真的效果。

（4）现有数字测绘设备对吊装空间信息采集有局限性，在垂直方向上的空间信息采集能力不强。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种吊装作业空间建模方法及系统。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种吊装作业空间建模方法，包括：

另一方面，本发明还提供一种吊装作业空间建模系统，包括：

采集吊装空间信息，所述吊装空间信息包括信息采集时的基准坐标、采集时间信息与空间信息；

获取吊装空间信息；

基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型。

进一步的，所述的吊装作业空间建模方法，还包括：将三维模型转换为符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

物理世界的吊装空间信息通过以上方法转换为吊装仿真模块可使用的吊装空间三维模型。

进一步的，所述的吊装作业空间建模方法，还包括：存储获取的吊装空间信息。

另一方面，本发明还提供一种吊装作业空间建模系统，包括：

吊装空间信息采集模块，用于采集吊装空间信息，所述吊装空间信息包括信息采集时的基准坐标、采集时间信息与空间信息；

信息获取模块，用于获取吊装空间信息；

空间信息融合模块，基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

空间模型生成模块，用于将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型。

进一步的，所述的吊装作业空间建模系统，

还包括模型格式转换模块，用于将三维模型转换为符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

进一步的，所述的吊装作业空间建模系统，

还包括数据存储模块，用于存储吊装空间信息采集模块采集到的吊装空间信息。

进一步的，所述的吊装作业空间建模系统，所述吊装空间信息采集模块还包括信息发送模块，用于将吊装空间信息上传发送。

进一步的，所述吊装空间信息采集模块采用数字测绘设备、无人机摄影测量装置、激光扫描测量装置中的一种或几种相结合。

另一方面，本发明还提供一种吊装作业空间建模装置，包括数字测绘设备天线、数字测绘设备、调平装置、车载计算机、车载计算机天线和天线电缆；

所述数字测绘设备通过调平装置安装于吊装机械的伸缩臂前端，随着伸缩臂垂直移动，实现垂直方向上吊装空间信息自动采集；所述伸缩臂的垂直移动由车载计算机控制；

所述调平装置，用于随伸缩臂变幅角的变化进行调整数字测绘设备姿态，使数字测绘设备保持水平；

所述车载计算机安装在吊装机械的操作室内，车载计算机天线安装在操作室外壁上，通过操作室内的天线电缆将车载计算机与车载计算机天线连接；

所述数字测绘设备天线安装于数字测绘设备外壳上，用于将数字测绘设备采集的吊装空间信息发送给车载计算机；

所述车载计算机通过车载计算机天线接收吊装空间信息，并存储；

所述车载计算机，基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型，并转换成符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

另一方面，本发明还提供一种吊装机械，包括上述的吊装作业空间建模系统。

有益效果：本发明提供的吊装作业空间建模方法及系统，通过使用数字测绘技术，将数字测绘设备安装在自动移动装置上采集空间数据，通过计算机软件进行数据的分析和提取，最后生成吊装作业空间模型的方法和系统。加快了吊装规划仿真速度，克服了现有数字测绘设备的局限性，解决了吊装空间快速精确建模问题，提高了建模效率和精度，节省了人力、物力和时间，并且能保障测绘建模过程的安全。克服了现有数字测绘设备的局限性，适用于所有吊装现场。

附图说明

图1为实施例的吊装空间建模系统框图；

图2为实施例的半自动吊装空间快速建模系统结构图；

图3为实施例的半自动吊装空间快速建模方法流程图；

图4为实施例的车载数字测绘设备安装示意图；

图5为实施例的全自动吊装空间快速建模方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

本发明公开了一种吊装作业空间建模方法及系统，将数字测绘设备安装在自动移动装置上采集空间数据，通过计算机软件进行数据的分析和提取，最后生成吊装作业空间模型的方法和系统。加快了吊装规划仿真速度，克服了现有数字测绘设备的局限性，解决了吊装空间快速精确建模问题，提高了建模效率和精度，节省了人力、物力和时间，并且能保障测绘建模过程的安全。

实施例1

本发明提供一种吊装作业空间建模方法，基本步骤如下：

采集吊装空间信息，所述吊装空间信息包括信息采集时的基准坐标、采集时间信息与空间信息；

获取吊装空间信息；

基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型；

将三维模型转换为符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

物理世界的吊装空间信息通过以上方法转换为吊装仿真模块可使用的吊装空间三维模型。

实施例2

如图1所示，一种吊装作业空间建模系统，包括：

吊装空间信息采集模块，用于采集吊装空间信息，所述吊装空间信息包括信息采集时的基准坐标、采集时间信息与空间信息；

信息获取模块，用于获取吊装空间信息；

空间信息融合模块，基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

空间模型生成模块，用于将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型。

进一步的，所述的吊装作业空间建模系统，还包括模型格式转换模块，用于将三维模型转换为符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

进一步的，所述的吊装作业空间建模系统，还包括数据存储模块，用于存储吊装空间信息采集模块采集到的吊装空间信息。

所述吊装空间信息采集模块还包括信息发送模块，用于将吊装空间信息上传发送。

优选的，所述吊装空间信息采集模块采用数字测绘设备、无人机摄影测量装置、激光扫描测量装置中的一种或几种相结合。

另外，本发明还公开一种吊装机械，包括上述的吊装作业空间建模系统。

在一些实施例中，如图1所示，吊装空间快速建模系统由吊装空间信息采集模块、空间信息融合模块、空间模型生成模块、模型格式转换模块组成。

吊装空间信息采集模块通过自动化的数字测绘设备采集吊装空间信息，将信息采集时的基准坐标、采集时间等信息与空间信息组合成标准数据包，将数据包通过通信链路传送出去。测绘过程，不需要人员在现场作业。

空间信息融合模块负责接收吊装空间信息采集模块发送来的数据包，由计算机程序按照数据包标准协议进行解析，根据数据包的基准坐标、采集时间等信息，将所有数据包的空间信息转换到统一空间坐标系中，并剔除冗余数据，融合为一个空间信息的数据包。

空间模型生成模块负责由计算机程序将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型文件，并根据使用要求对三维模型进行编辑。

模型格式转换模块负责由计算机程序将三维模型根据吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

物理世界的吊装空间信息通过以上四个模块转换为吊装仿真模块可使用的吊装空间三维模型。数字测绘设备测量精度高、速度快、覆盖广；信息的融合和转换由计算机程序实现，自动化程度高；整个过程中人为干预较少，人员不需到现场进行作业。因此，有效地解决吊装空间快速精确建模问题，提高了建模效率和精度，节省了人力、物力和时间，并且能保障测绘建模过程的安全。

如图2所示，半自动吊装空间建模系统由无人机摄影测量装置、激光扫描测量装置、数据存储装置、计算机、空间建模软件、吊装规划软件组成。

无人机摄影测量装置和激光扫描测量装置负责采集吊装空间的信息，通过人工将数据转移到数据存储装置。

通过人工操作计算机读取数据存储装置上的数据，运行空间建模软件，将数据转换为模型。

通过人工操作计算机将模型输入到吊装规划软件，进行吊装规划仿真。

根据前述的三类吊装现场类型，选择相应的吊装空间信息采集方式。如图3所示，如果是空旷区域的吊装现场，可用无人机摄影测量方式进行空间信息采集；如果是附近有高压线或树木等危险或不规则障碍物，或者法律规定的禁飞区，可用激光扫描仪方式进行空间信息采集；如果是吊装空间周围为高层建筑的狭窄空间，单独使用一种空间信息采集方式，难以获得完整的空间信息，因此需要联合使用两种空间信息采集方式。

然后，将所获得空间信息数据包，由人转移到计算机上进行后续的处理。所采集的空间信息的数据包需要通过人工干预才能获得良好的融合结果。空间模型生成所需的参数需要人来选定。

实施例3

全自动吊装空间快速建模方法中，从吊装空间信息采集模块到模型格式转换模块所有过程都将自动运行，无需人工干预。

为了实现全自动吊装空间快速建模，设计了自动吊装空间快速建模装置。如图4所示，一种吊装作业空间建模装置，包括数字测绘设备天线1、数字测绘设备2、调平装置3、车载计算机4、车载计算机天线7和天线电缆5；可适用于三种吊装现场。

所述数字测绘设备2通过调平装置3安装于吊装机械的伸缩臂8前端，随着伸缩臂8垂直移动，实现垂直方向上吊装空间信息自动采集；所述伸缩臂8的垂直移动由车载计算机4控制；

所述调平装置3，用于随伸缩臂8变幅角的变化进行调整数字测绘设备2姿态，使数字测绘设备2保持水平；

所述车载计算机4安装在吊装机械的操作室6内，车载计算机天线7安装在操作室6外壁上，通过操作室6内的天线电缆5将车载计算机4与车载计算机天线7连接；

所述数字测绘设备天线1安装于数字测绘设备2外壳上，用于将数字测绘设备2采集的吊装空间信息发送给车载计算机4；

所述车载计算机4通过车载计算机天线7接收吊装空间信息，并存储；

所述车载计算机4，基于获取的吊装空间信息，根据信息采集时的基准坐标、采集时间信息，将所有的空间信息转换到统一空间坐标系中，融合为一个空间信息的数据包；

将融合后的数据包根据模型质量要求生成三角片面组成的吊装空间三维模型，并转换成符合吊装仿真模块输入要求的吊装空间三维模型文件格式。

全自动吊装空间快速建模过程如图5所示，首先将起重机停置于吊装场地的合适位置。然后，在车载计算机4设置伸缩臂8垂直升落的距离和速度，伸缩臂8将根据此设定值自动进行升降。在伸缩臂8自动升降过程中，数字测绘设备2将自动采集吊装空间信息和伸缩臂8实时的位置姿态信息。数字测绘设备2通过数字测绘设备天线1将吊装空间信息的数据包发送出去。

车载计算机4通过车载计算机天线7和天线电缆5接收吊装空间信息的数据包，并存储。同时，车载计算机4吊装空间建模程序根据吊装空间信息的数据包中的数字测绘设备2坐标信息将吊装空间信息进行融合，统一到一个坐标系中。

判断采集任务是否完成。如果完成，结束采集，并进入建模程序；如未完成，则继续采集。

采集任务完成后，车载计算机4将吊装空间信息生成三角面模型，并输出吊装仿真模块使用的模型文件格式。生成的吊装空间模型将被输入到吊装规划软件，用于吊装作业仿真。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。