用于生成吊装方案的方法、处理器和工程装置与流程

1.本发明涉及工程机械领域，具体地涉及一种用于生成吊装方案的方法、处理器和工程装置。


背景技术：

2.吊装是指吊车或者起升机构对设备的安装或就位的统称，在检修或维修过程中利用各种吊装机具将设备、工件、器具或材料等吊起，使其发生位置变化。目前吊装方案的制定主要以人工方式为主，吊装方案的制定人员先到吊装现场考察，并研究与分析吊装作业环境，对施工环境和施工对象进行人工测绘，测量实体的尺寸和位置，然后，根据工作需求进行相应的计算和校核，人工编写出吊装方案，在环境测绘和吊装方案编写的过程中，对人员的专业能力和工程经验要求较高。这样，使得工作效率和准确性较低。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明实施例提供了用于生成吊装方案的方法、处理器和工程装置。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种用于生成吊装方案的方法，方法包括：
5.获取吊装任务的作业环境数据；
6.根据作业环境数据生成三维地图；
7.在三维地图中输入吊装任务；
8.生成用于执行吊装任务的吊装方案。
9.在本发明实施例中，根据作业环境数据生成三维地图包括：
10.根据作业环境数据生成三维点云地图；
11.将三维点云地图变换成矢量化的三维模型；
12.在三维地图中输入吊装任务包括：
13.在矢量化的三维模型中输入吊装任务。
14.在本发明实施例中，输入吊装任务包括：
15.确定被吊物体；
16.输入被吊物体的属性，属性包括重量和材质中的至少一者；
17.输入被吊物体的起始位置和目标位置。
18.在本发明实施例中，生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
19.根据矢量化的三维模型、吊装任务和预先存储的起重机的模型数据，确定起重机的型号、站位点和工况，起重机的模型数据包括起重机的动力学特性数据和起重量表；
20.生成被吊物体的三维空间路径。
21.在本发明实施例中，方法还包括：
22.在生成用于执行吊装任务的吊装方案之前，修正矢量化的三维模型中实体的尺寸
和位置；
23.补充矢量化的三维模型的物理属性，物理属性包括：高压线的电压、强磁场范围和土地的松软程度的至少一种。
24.在本发明实施例中，获取吊装任务的作业环境数据包括：
25.对作业环境进行扫描以获取点云数据和视频数据；
26.对点云数据和视频数据进行解析，转换成第一数据格式；
27.根据作业环境数据生成三维点云地图包括：
28.根据第一数据格式，生成三维点云地图。
29.在本发明实施例中，方法还包括：
30.保存点云数据、视频数据和矢量化的三维模型；
31.接收查询请求；
32.响应查询请求，展示点云数据、视频数据和矢量化的三维模型。
33.在本发明实施例中，生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
34.生成至少两个吊装方案；
35.接收用户选择；
36.根据用户选择来确定至少两个吊装方案中的其中一个吊装方案，并打印吊装方案。
37.本发明第二方面提供一种处理器，被配置成执行上述的用于生成吊装方案的方法。
38.本发明第三方面提供一种用于生成吊装方案的工程装置，装置包括：
39.感知设备，用于获取吊装任务的作业环境数据，感知设备包括激光雷达；以及
40.上述的处理器。
41.在本发明实施例中，感知设备还包括imu(inertial measurement unit，惯性传感器)和相机中的至少一者。
42.在本发明实施例中，工程装置还包括：
43.人机交互设备，用于接收查询请求以及接收用户选择。
44.本发明第四方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于生成吊装方案的方法。
45.本发明第五方面提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现上述的用于生成吊装方案的方法。
46.相比现有技术中，吊装方案的制定主要以人工方式为主，吊装方案的制定人员先到吊装现场考察，并研究与分析吊装作业环境，对施工环境和施工对象进行人工测绘，测量实体的尺寸和位置，然后，根据工作需求进行相应的计算和校核，人工编写出吊装方案，在环境测绘和吊装方案编写的过程中，对人员的专业能力和工程经验要求较高。本发明实施例提供的用于生成吊装方案的方法中，利用感知设备对吊装任务的作业环境进行扫描，而后自动得到关于作业环境的三维地图，在三维地图中输入吊装任务，可以自动生成用于执行吊装任务的吊装方案来供工程人员选择，节省了人力资源，提高了工作效率和作业的准确性。
附图说明
47.附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
48.图1示意性示出了根据本发明实施例的用于生成吊装方案的方法的流程图；
49.图2示意性示出了根据本发明实施例的吊装方案自生成系统的框图；
50.图3示意性示出了根据本发明实施例的关于吊装方案自生成方法的功能框图；
51.图4示意性示出了根据本发明实施例的吊装方案自生成方法的应用流程图。
具体实施方式
52.以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
53.需要说明，若本技术实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
54.另外，若本技术实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
55.图1示意性示出了根据本发明实施例的用于生成吊装方案的方法的流程图。如图1所示，在本发明一实施例中，提供了一种用于生成吊装方案的方法，包括以下步骤：
56.步骤101，获取吊装任务的作业环境数据；
57.步骤102，根据作业环境数据生成三维地图；
58.步骤103，在三维地图中输入吊装任务
59.步骤104，生成用于执行吊装任务的吊装方案。
60.相比现有技术中，吊装方案的制定主要以人工方式为主，吊装方案的制定人员先到吊装现场考察，并研究与分析吊装作业环境，对施工环境和施工对象进行人工测绘，测量实体的尺寸和位置，然后，根据工作需求进行相应的计算和校核，人工编写出吊装方案，在环境测绘和吊装方案编写的过程中，对人员的专业能力和工程经验要求较高。本发明实施例提供的用于生成吊装方案的方法中，利用感知设备对吊装任务的作业环境进行扫描，而后自动得到关于作业环境的三维地图，在三维地图中输入吊装任务，可以自动生成用于执行吊装任务的吊装方案来供工程人员选择，节省了人力资源，提高了工作效率和作业的准确性。
61.在一实施例中，根据作业环境数据生成三维地图包括：
62.根据作业环境数据生成三维点云地图；
63.将三维点云地图变换成矢量化的三维模型；
64.在三维地图中输入吊装任务包括：
65.在矢量化的三维模型中输入吊装任务。
66.在一实施例中，输入吊装任务包括：
67.确定被吊物体；
68.输入被吊物体的属性，属性包括重量和材质中的至少一者；
69.输入被吊物体的起始位置和目标位置。
70.在一实施例中，生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
71.根据矢量化的三维模型、吊装任务和预先存储的起重机的模型数据，确定起重机的型号、站位点和工况，起重机的模型数据包括起重机的动力学特性数据和起重量表；
72.生成被吊物体的三维空间路径。
73.在一实施例中，方法还包括：
74.在生成用于执行吊装任务的吊装方案之前，修正矢量化的三维模型中实体的尺寸和位置；
75.补充矢量化的三维模型的物理属性，物理属性包括：高压线的电压、强磁场范围和土地的松软程度的至少一种。
76.在一实施例中，获取吊装任务的作业环境数据包括：
77.对作业环境进行扫描以获取点云数据和视频数据；
78.对点云数据和视频数据进行解析，转换成第一数据格式；
79.根据作业环境数据生成三维点云地图包括：
80.根据第一数据格式，生成三维点云地图。
81.在一实施例中，方法还包括：
82.保存点云数据、视频数据和矢量化的三维模型；
83.接收查询请求；
84.响应查询请求，展示点云数据、视频数据和矢量化的三维模型。
85.在一实施例中，生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
86.生成至少两个吊装方案；
87.接收用户选择；
88.确定至少两个吊装方案中的其中一个吊装方案，并打印吊装方案。
89.下面以一个具体实施例来对本发明实施例的用于生成吊装方案的方法进行具体说明。
90.图2示意性示出了根据本发明实施例的吊装方案自生成系统的框图，吊装方案自生成系统的关键硬件设备组成框图如图2所示。计算机10可以为笔记本电脑，笔记本电脑与感知设备11可以组成一个便携式的吊装方案自动生成系统。笔记本电脑为感知设备11提供电源，对感知设备11内的传感器进行设置和控制，同时接收感知设备11发出的传感器数据信息。笔记本电脑中部署吊装场地三维建模软件和吊装规划软件，且提供人机交互操作界面。
91.感知设备11可以包括：激光雷达12、imu13(也称为惯性测量单元)和相机14等传感器。激光雷达12提供三维点云数据。imu13提供感知设备11的角速度、加速度和姿态等信息。相机14提供激光雷达扫描时的辅助视频记录。利用感知设备11来获取吊装任务的作业环境数据，激光雷达12、imu13和相机14共同作用以形成更准确的三维点云地图。系统中所有部
件均具备在线诊断功能，以方便设备发生故障时能够快速定位故障点。
92.为了提供点云数据和位姿参考信息，感知设备11除了包含激光雷达12、imu13和相机14，还可以包含gps(global positioning system，全球定位系统)或rtk(rtk measurement)等全局定位传感器。或者感知设备11只包括激光雷达12、imu13和相机14中的部分传感器，但最终输出为点云数据。
93.图3示意性示出了根据本发明实施例的关于吊装方案自生成方法的功能框图，可参见图3。吊装场地三维建模软件21的主要功能是：利用来自感知单设备11的数据，构建吊装场地的三维矢量模型。吊装场地三维建模软件21主要由以下功能模块组成：数据解析模块15、slam(simultaneous localization and mapping，同时定位与地图构建)算法模块16、点云矢量化模块17、数据记录模块18和数据回放模块20。
94.数据解析模块15：对感知设备11(传感器)输出的原始数据格式进行解析，转换成为程序可以进行运算的标准数据格式(第一数据格式)。
95.slam算法模块16：以激光雷达的点云数据和imu数据为输入，或者仅以激光雷达的点云数据为输入，输出三维点云地图。该模块是以slam技术为框架，可以采用loam算法，也可以采用通过松耦合或者紧耦合的方式融入ium的loam算法。slam算法模块16也可以采用其他以点云数据为输入，以三维矢量地图为输出的slam算法。
96.点云矢量化模块17：将三维点云地图变换成具有三维数据的模型，输出矢量化的三维模型。矢量化的三维模型又可以称为三维矢量模型、矢量地图或三维矢量地图。其中，三维地图包括三维点云地图和矢量化的三维模型，另外，三维地图也可以包括其他类型的地图。
97.数据记录模块18：记录数据解析模块15输出的传感器数据，记录点云数据，记录矢量地图。
98.硬盘19：保存感知数据及结果数据。
99.数据回放模块20：利用视频与点云数据对比的方式，回放建模过程，方便施工人员理解吊装场地情况。
100.吊装规划软件27的主要功能是：根据矢量地图、起重机的模型数据以及操作人员编辑的吊装任务，规划吊装路径，生成吊装方案。吊装规划软件27主要由以下功能模块组成：矢量地图管理模块22、起重机模型管理模块23、吊装方案模板管理模块26、三维路径规划模块24和吊装方案生成模块25。
101.矢量地图管理模块22：管理来自吊装场地三维建模软件21的矢量地图，管理操作人员在软件中建立的矢量地图，管理来自工程图(例如cad和ug等)的矢量地图，对矢量地图进行编辑(增加或者改变地图中实体的尺寸和位置等)。矢量地图管理模块22还实现为完成吊装规划所需要的其它人机交换功能，例如，编辑吊装任务：指定被吊物体，输入被吊物体的属性(重量或材质等)，指定被吊物体到达的目的地。编辑矢量地图中的物理属性：高压线的电压值、强磁场范围和土地的松软程度等。
102.起重机模型管理模块23：管理起重机的模型数据。起重机的模型数据包括：三维模型数据、动力学特性数据以及起重量表等。
103.三维路径规划模块24：根据作业环境的三维矢量地图、起重机的模型数据和吊装任务来确定起重机型号、站位点、工况以并规划三维空间路径，规划出多个用于执行吊装任
务的候选吊装方案供操作人员选择。
104.吊装方案模板管理模块26：对吊装方案模板进行编辑与管理。
105.吊装方案生成模块25：根据吊装方案模板以及操作人员选择的吊装方案，自动生成完整的吊装方案文件，并具备文件打印输出功能。
106.图4示意性示出了根据本发明实施例的吊装方案自生成方法的应用流程图。吊装方案的制定人员利用吊装方案自生成系统生成吊装方案文件的使用过程的如图4所示。吊装方案的制定人员携带本系统设备到达吊装施工场地，打开吊装场地三维建模软件，手持该设备在吊装施工场地内边扫描边建图，得到完整的吊装施工场地的三维矢量地图，打开吊装规划软件，将吊装施工场地的三维矢量地图导入至吊装规划软件中，判断三维矢量地图中的要素是否满足要求；判断为否时，编辑三维矢量地图，编辑三维矢量地图中的物理属性；判断为是时，编辑吊装任务，吊装规划软件生成候选的吊装方案列表，操作人员可以从吊装方案列表中选择其中一个方案，而后软件自动生成吊装方案文件。
107.本发明实施例主要涉及对起重机吊装场地的信息采集和吊装方案的生成，在起重机作业前对作业环境区域进行基本测绘，并根据测绘结果和施工情况自动形成吊装方案。本发明实施例提供一种对吊装施工环境和施工对象进行三维环境建模，并利用矢量地图模型输出吊装方案的方法和系统。
108.本发明实施例能提高吊装方案制定系统的全流程自动化水平和智能化水平，具有操作简单和低成本的优势。相比人工测绘，本发明实施例改变吊装方案制定的工作方式，降低人员的工作量，提高工作效率和吊装规划的准确性。
109.本发明实施例提供了一种处理器，该处理器被配置成执行上述实施例中的任意一项用于生成吊装方案的方法。
110.具体地，处理器可以被配置成：
111.获取吊装任务的作业环境数据；
112.根据作业环境数据生成三维地图；
113.在三维地图中输入吊装任务；
114.生成用于执行吊装任务的吊装方案。
115.在本发明实施例中，处理器被配置成：
116.根据作业环境数据生成三维地图包括：
117.根据作业环境数据生成三维点云地图；
118.将三维点云地图变换成矢量化的三维模型；
119.在三维地图中输入吊装任务包括：
120.在矢量化的三维模型中输入吊装任务。
121.在本发明实施例中，处理器被配置成：
122.输入吊装任务包括：
123.确定被吊物体；
124.输入被吊物体的属性，属性包括重量和材质中的至少一者；
125.输入被吊物体的起始位置和目标位置。
126.在本发明实施例中，处理器被配置成：
127.生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
128.根据矢量化的三维模型、吊装任务和预先存储的起重机的模型数据，确定起重机的型号、站位点和工况，起重机的模型数据包括起重机的动力学特性数据和起重量表；
129.生成被吊物体的三维空间路径。
130.在本发明实施例中，处理器还被配置成：
131.在生成用于执行吊装任务的吊装方案之前，修正矢量化的三维模型中实体的尺寸和位置；
132.补充矢量化的三维模型的物理属性，物理属性包括：高压线的电压、强磁场范围和土地的松软程度的至少一种。
133.在本发明实施例中，处理器被配置成：
134.获取吊装任务的作业环境数据包括：
135.对作业环境进行扫描以获取点云数据和视频数据；
136.对点云数据和视频数据进行解析，转换成第一数据格式；
137.根据作业环境数据生成三维点云地图包括：
138.根据第一数据格式，生成三维点云地图。
139.在本发明实施例中，处理器还被配置成：
140.保存点云数据、视频数据和矢量化的三维模型；
141.接收查询请求；
142.响应查询请求，展示点云数据、视频数据和矢量化的三维模型。
143.在本发明实施例中，处理器被配置成：
144.生成用于执行吊装任务的吊装方案包括：
145.生成至少两个吊装方案；
146.接收用户选择；
147.根据用户选择来确定至少两个吊装方案中的其中一个吊装方案，并打印吊装方案。
148.本发明实施例提供了一种用于生成吊装方案的工程装置，该工程装置包括：感知设备11和上述的处理器。感知设备11用于获取吊装任务的作业环境数据，感知设备11包括激光雷达12。
149.在本发明实施例中，感知设备11还包括imu 13和相机14中的至少一者。
150.在本发明实施例中，工程装置还包括：人机交互设备，人机交互设备用于接收查询请求以及接收用户选择。
151.本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于生成吊装方案的方法。
152.本发明实施例提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现上述的用于生成吊装方案的方法。
153.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
154.本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
155.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。
156.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。
157.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
158.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
159.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
160.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
161.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。