一种基于空间计算的环卫设备定位与状态监测系统的制作方法

本发明涉及环卫作业监管，尤其涉及一种基于空间计算的环卫设备定位与状态监测系统。

背景技术：

1、近年来，随着城市环卫精细化管理、车载定位终端、物联网感知设备、数字地图和作业调度平台的发展，环卫设备定位与作业状态监测逐渐成为智慧环卫管理的重要内容。现有技术中，通常通过采集清扫车、洒水车、垃圾收运车等环卫设备的gps定位数据、设备运行状态数据和作业任务数据，对车辆位置、行驶轨迹、作业时长和任务完成情况进行统计分析，并结合电子围栏、轨迹回放、规则阈值判断等方式，对设备是否进入作业区域、是否按规定路线运行以及是否存在停留、偏航、漏扫等情况进行监测。

2、但是，现有技术在环卫设备定位与状态监测过程中，仍然存在空间匹配精度不足和作业有效性判断不准确的问题。一方面，环卫作业场景中道路段、作业区域、收运点和服务网格边界复杂，定位点易受漂移、遮挡和采样间隔影响，单纯依据点位落区或电子围栏判断，难以准确确定设备在各采集时刻对应的实际作业空间单元。另一方面，现有方案多将定位轨迹、设备运行状态和作业任务约束分开处理，缺少对空间边界、通行连接、任务范围以及设备运行状态的时序融合分析，容易将经过、停留误判为有效作业，也难以及时区分偏离作业、到位未作业和设备状态异常，影响环卫作业监管结果的准确性和可用性。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于空间计算的环卫设备定位与状态监测系统，本发明充分利用了空间计算、空间约束隐马尔可夫算法和状态时序融合技术，详细描述了环卫设备作业空间匹配、有效作业判别及异常状态监测的实现过程，具备空间匹配准确、作业判别可靠和监管精细化程度高的优点。

2、根据本发明实施例的一种基于空间计算的环卫设备定位与状态监测系统，包括：

3、数据标准化模块，用于获取环卫设备监测关联数据并进行标准化处理，生成环卫设备监测数据集；

4、空间单元构建模块，用于基于环卫设备监测数据集划分环卫作业空间单元，并根据空间边界、通行连接和任务范围生成空间约束索引；

5、候选单元生成模块，用于基于空间约束索引对环卫设备定位点进行空间投影和边界判定，生成各采集时刻对应的候选作业空间单元；

6、空间序列匹配模块，用于将候选作业空间单元作为隐含状态，将环卫设备定位点作为观测状态，采用空间约束隐马尔可夫算法计算定位观测代价和空间转移代价，并通过维特比动态规划确定设备作业空间匹配序列；

7、状态时序融合模块，用于基于环卫设备监测数据集对设备作业空间匹配序列对应的设备运行状态和作业任务约束进行时序关联，生成设备空间状态融合结果；

8、有效作业判别模块，用于基于设备空间状态融合结果，按照匹配对象编号判别环卫设备在各环卫作业空间单元内的任务匹配状态和有效作业状态，生成环卫设备有效作业判别结果；

9、异常监测输出模块，用于基于环卫设备有效作业判别结果识别环卫设备的偏离作业状态、无效作业状态和设备异常状态，生成环卫设备定位与状态监测结果。

10、可选的，所述环卫设备监测关联数据包括环卫设备定位记录、设备运行状态记录、作业任务记录、作业空间基础记录、设备属性记录和历史监测记录，所述标准化处理包括设备标识统一、坐标系统一、采集时间对齐、数据格式转换、异常记录剔除、缺失字段补全、重复记录合并、状态编码转换、采样频率统一和空间对象编号标记。

11、可选的，所述空间单元构建模块包括：

12、基于环卫设备监测数据集提取作业空间基础记录和作业任务记录；

13、将作业空间基础记录中的道路段、作业区域、收运点和服务网格按照空间边界进行闭合整理，生成待划分空间对象；

14、对待划分空间对象进行坐标校正、边界重合消解和对象编号标记，生成环卫作业空间单元；

15、基于相邻环卫作业空间单元之间的道路连通状态、出入口连接状态和作业通行方向生成通行连接记录；

16、基于作业任务记录确定各环卫作业空间单元对应的设备适配类型、任务覆盖范围和作业时间范围，生成任务范围记录；

17、将环卫作业空间单元、通行连接记录和任务范围记录按照空间对象编号进行关联，生成空间约束索引。

18、可选的，所述候选单元生成模块包括：

19、基于环卫设备监测数据集提取环卫设备定位记录，按照设备编号和采集时间整理生成环卫设备定位点序列；

20、基于空间约束索引获取各环卫作业空间单元的闭合空间范围、对象编号、相邻对象编号和任务范围记录；

21、基于环卫设备定位点的定位精度和采集时间确定对应的候选检索范围；

22、将候选检索范围与环卫作业空间单元的闭合空间范围进行空间相交判断，筛选得到初始候选空间单元；

23、对环卫设备定位点与初始候选空间单元进行空间投影，确定投影位置、投影距离和投影所属对象编号；

24、基于闭合空间范围对投影位置进行边界判定，将位于闭合空间范围内或处于边界缓冲范围内的初始候选空间单元确定为候选作业空间单元；

25、按照采集时间对候选作业空间单元进行排序，生成各采集时刻对应的候选作业空间单元。

26、可选的，所述空间序列匹配模块包括：

27、基于各采集时刻对应的候选作业空间单元建立隐含状态集合，并将同一采集时刻的环卫设备定位点确定为观测状态；

28、基于环卫设备定位点对应的投影距离、定位精度和边界判定结果计算各候选作业空间单元的定位观测代价；

29、基于空间约束索引中的相邻对象编号、通行连接记录和任务范围记录，计算相邻采集时刻之间不同候选作业空间单元的空间转移代价；

30、将定位观测代价和空间转移代价写入空间约束隐马尔可夫算法的状态代价矩阵；

31、按照采集时间顺序对状态代价矩阵进行维特比动态规划计算，确定各采集时刻下累计代价最小的候选作业空间单元；

32、对累计代价最小的候选作业空间单元进行路径回溯，生成与环卫设备定位点序列对应的设备作业空间匹配序列。

33、可选的，所述状态时序融合模块包括：

34、基于设备作业空间匹配序列提取设备编号、采集时间、匹配对象编号、投影位置和停留时间段；

35、基于环卫设备监测数据集按照设备编号和采集时间匹配设备运行状态，生成设备运行状态序列；

36、基于环卫设备监测数据集按照设备编号、采集时间和匹配对象编号匹配作业任务约束，生成作业任务约束序列；

37、按照设备编号、采集时间和匹配对象编号，对设备作业空间匹配序列、设备运行状态序列和作业任务约束序列进行时序对齐；

38、对时序对齐后的记录进行连续性整理，生成设备空间状态片段；

39、基于作业任务约束对设备空间状态片段进行约束匹配，生成运行状态匹配标记、空间匹配标记和时间匹配标记；

40、将设备空间状态片段、运行状态匹配标记、空间匹配标记和时间匹配标记进行关联，生成设备空间状态融合结果。

41、可选的，所述有效作业判别模块包括：

42、基于设备空间状态融合结果提取设备编号、匹配对象编号、设备空间状态片段、设备运行状态、运行状态匹配标记、空间匹配标记和时间匹配标记；

43、基于匹配对象编号对设备空间状态片段按照环卫作业空间单元进行分组，生成空间状态片段集合；

44、基于空间匹配标记和时间匹配标记对空间状态片段集合进行任务匹配判别，生成任务匹配状态；

45、基于运行状态匹配标记和设备运行状态对空间状态片段集合进行作业有效性判别，生成有效作业状态；

46、对任务匹配状态和有效作业状态不一致的空间状态片段集合进行异常标记；

47、按照设备编号、匹配对象编号和片段起止时间整理设备运行状态、运行状态匹配标记、任务匹配状态、有效作业状态和异常标记，生成环卫设备有效作业判别结果。

48、可选的，所述异常监测输出模块包括：

49、基于环卫设备有效作业判别结果提取设备编号、匹配对象编号、片段起止时间、任务匹配状态、有效作业状态、异常标记、设备运行状态和运行状态匹配标记；

50、基于异常标记中的偏离任务作业异常确定环卫设备的偏离作业状态；

51、基于异常标记中的到位未作业异常和有效作业状态确定环卫设备的无效作业状态；

52、基于设备运行状态和运行状态匹配标记确定环卫设备的设备异常状态；

53、按照设备编号、匹配对象编号和片段起止时间，对偏离作业状态、无效作业状态和设备异常状态进行关联整理，生成设备异常监测记录；

54、基于设备异常监测记录确定异常发生时间、异常对应空间单元和异常类型；

55、将异常发生时间、异常对应空间单元、异常类型、偏离作业状态、无效作业状态和设备异常状态进行组合，生成环卫设备定位与状态监测结果。

56、本发明的有益效果是：

57、本发明通过对环卫设备监测关联数据进行标准化处理，并基于作业空间基础记录划分环卫作业空间单元，使道路段、作业区域、收运点和服务网格等不同类型的环卫作业对象能够以统一的空间边界、对象编号和通行连接方式进行表达。与单纯依靠定位点落区或电子围栏判断的方式相比，本发明能够将复杂作业场景中的空间边界、相邻连接和任务范围进行统一组织，为后续定位匹配和作业判别提供更清晰的空间约束基础，减少因边界重叠、区域相邻或定位漂移导致的空间归属误判。

58、本发明将候选作业空间单元作为隐含状态，将环卫设备定位点作为观测状态，并结合定位观测代价、空间转移代价和维特比动态规划确定设备作业空间匹配序列，使单个采集时刻的定位点不再被孤立判断，而是结合前后时刻的空间连续性、通行连接状态和任务范围进行综合匹配。由此能够在定位点存在漂移、遮挡、跳变或采样间隔不稳定的情况下，提高环卫设备实际作业空间单元识别的准确性和连续性，避免将短时偏移点、边界附近点或异常跳点直接认定为设备真实作业位置。

59、本发明进一步将设备作业空间匹配序列与设备运行状态、作业任务约束进行时序关联，生成设备空间状态融合结果，并在此基础上判别任务匹配状态和有效作业状态。通过同时考虑设备是否处于对应空间、是否位于任务时间范围以及设备运行状态是否满足作业要求，能够有效区分正常作业、偏离任务作业、到位未作业、非任务停留和设备状态异常等不同情况，避免仅凭轨迹经过或车辆停留判断作业完成，提高环卫作业监管结果的真实性、可追溯性和精细化水平。