施工机械智慧物联系统及其工作方法与流程

1.本发明涉及施工机械物联感知技术领域，尤其涉及一种施工机械智慧物联系统及其工作方法。


背景技术：

2.电力基建工程中，当前处于物联网信息化时代，施工现场要求实现“人、机、料、法、环、测”等六要素实时感知采集。作为施工现场重要要素“机”，施工现场需要用到挖土机、推土机、钩机等大型机械装置，目前对于这类作业机械尚无有效的物联化、信息化技术管理手段。尤其对其工作运行状态数据实时感知采集、以及感知数据结合业务开展应用研究存在较大的实际需求。同时，由于施工现场常处于郊外，网络环境恶劣，需要考虑网络条件欠佳时如何支撑感知数据采集和业务应用。
3.当前的管理手段主要依赖人工登记的传统方式，依赖手工记录各种作业机械进出场记录、作业班次等信息。现有技术有通过人工智能视觉分析技术识别车牌或车辆特征，但不能采集施工机械实际的工作运行状态信息，且施工现场作业机械大部分无车牌信息，采用车辆特征识别另需要进行大量采样及特征标注，同时需要增加视频监测装置和智能识别模型算法，导致成本较高，推广性不强。
4.现有技术少量有采用布设传感器进行感知采集状态信息，但缺少边缘物联代理装置以支持无网情况下数据本地缓存、业务脱网运行功能，同时，缺少后台系统以支撑施工机械业务上的应用结合。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出一种施工机械智慧物联系统及其工作方法，对机械工作运行状态信息进行实时感知采集，通过装置内置网络模块及边缘物联代理装置传输到后台系统，并通过在后台系统研发业务功能，实现施工机械当前位置浏览查看、到岗到位及作业班次查看统计、历史及当前工作轨迹查看、维修保养信息浏览查看等应用。系统包含：施工机械智慧物联装置、边缘物联代理装置、施工机械物联应用功能。本发明核心目标针对施工现场机械提供物联感知手段并实现业务管理应用，具备成本低、实时性高、实用性好、物联技术与业务应用结合度高等优点特点。
6.本发明具体采用以下技术方案：一种施工机械智慧物联系统，其特征在于,包括：施工机械智慧物联装置、边缘物联代理装置以及智慧物联后端系统；所述施工机械智慧物联装置配置为采集施工现场机械设备至少一种工作运行状态数据，如定位信息，并将工作运行状态数据发送至边缘物联代理装置进行处理，所述施工机械智慧物联装置包括：感知采集模块、数据传输模块和电源模块；所述施工机械智慧物联装置配置为与边缘物联代理装置进行通信连接，使边缘物联代理装置与施工机械智慧物联装置进行双向数据传输；
所述边缘物联代理装置配置为接收智慧物联后端系统下达配置参数，如：自动开关机设置、传输频率等，并将配置参数下发给施工机械智慧物联装置；接收施工现场各施工机械智慧物联装置上传工作运行状态数据，并传输给智慧物联后端系统进行信息展示及业务处理。
7.进一步地，所述施工机械智慧物联装置配置有至少一个感知采集模块；所述感知采集模块配置为采集施工机械至少一种工作运行状态数据，所述工作运行状态数据包括：施工机械实时位置信息、故障隐患信息、特种作业部位的角度和速度、方向及旋转位移等。
8.进一步地，所述数据传输模块通过远距离无线lora、wifi、zigbee通信模组中的一种或多种，与边缘物联代理装置形成施工现场自组网进行实时数据传输。
9.进一步地，所述施工机械智慧物联装置通过在装置底部嵌入高强度磁铁，以吸附在施工机械车顶或驾驶室内，也可以根据监测部位或传感器实际安装需要，选择粘贴式或扎线捆绑式固定安装。所述电源模块采用太阳能微型蓄电池对装置进行充电，电源模块可通过光照强度和充电电量自动调节传输频率策略，以提高了装置用电续航时间。
10.进一步地，所述施工机械智慧物联装置包含绝缘外壳，所述感知采集模块、数据传输模块、电源模块均设置在绝缘外壳内部，绝缘外壳上设置有充电口，便于给电源模块充电，所述充电口与所述电源模块连接。
11.进一步地，在所述边缘物联代理装置中设置有参数管理模块、数据本地计算模块、数据本地缓存模块、容器应用、安全加密模块、上行通信模块、下行物联接入模块；以实现感知采集数据本地缓存及本地处理，当施工现场网络信号恶劣时，数据可实现有网时续传，同时支持容器化技术，将业务应用内置其容器中，无网时支持业务应用脱网运行。
12.所述智慧物联后端系统中设置设备绑定管理模块、进出场报审模块、施工机械当前位置查看模块、历史及当前工作轨迹浏览模块、到岗到位及作业班次统计模块、维修保养信息维护及查看模块。
13.进一步地，所述容器应用包括：施工机械离线应用模块；所述参数管理模块对所接入的物联设备进行参数及配置管理；所述数据本地计算模块对收到的物联设备数据进行本地计算、本地分析，进行边端侧处理；所述本地缓存模块对收到的物联设备数据进行本地备份缓存，若现场网络环境恶劣时，可待网络恢复后提供断点续传功能；所述容器模块采用容器化计算，将施工机械业务管理应用程序部署到容器中，当网络恶劣时实现脱网时应用；所述安全加密模块被配置提供软、硬加密技术，满足电力系统数据传输安全加密以及安全接入的需求；所述上行通信模块被配置成支持4g及5g网络模组，实现将收到的物联设备数据上传到智慧物联后端系统；所述下行物联接入模块被配置成支持lora、wifi及zigbee的多种通信模组，构建施工现场自组网，实时现场施工机械物联装置接入，工作运行状态数据实时采集。
14.进一步地，所述设备绑定管理模块配置为实现对施工机械等现场物联设备进行绑定及管理功能；所述进出场报审模块配置为施工机械进出场时，进行报审管理流程；所述当前位置查看模块模块配置为实时浏览查看当前施工机械定位信息；所述历史及当前工作轨迹浏览模块配置为浏览查看施工机械当前及历史工作轨迹，实现现场机械管理有迹可循；所述到岗到位及作业班次统计模块配置为提供作业机械的到岗到位及作业班次统计管理功能；所述维修保养信息维护及查看模块配置为对施工机械维修维修保养信息进行维护，
实现增、删、改、查的功能。
15.还包括以上施工机械智慧物联系统的工作方法，其特征在于：步骤s501：所述智慧物联后端系统下发施工机械物联装置配置参数，包括光照传输频率策略、设备自动开关机时间、绑定关系；步骤s502：所述边缘物联代理装置收到下发配置参数后，进行本地存储处理，并下发到施工机械智慧物联装置中，进行生效处理；步骤s503：所述施工机械智慧物联装置通过感知采集模块所述物联对施工机械工作运行状态数据进行实时采集，并通过所述数据传输模块将采集数据实时传输到所述边缘物联代理装置；步骤s504：所述边缘物联代理装置将接收到的施工机械工作运行状态数据进行本地备份缓存，网络条件良好时，实时传输到所述智慧物联后端系统；网络条件恶劣时，所述边缘物联代理装置根据容器部署的施工机械离线应用提供施工机械脱网应用，支撑无网环境下施工机械满足正常业务管理应用需求；待网络恢复后，将缓存数据同步传输到所述智慧物联后端系统。
16.所述施工机械智慧物联装置对光照强度与传输频率提供以下配置：步骤s601：读取配置参数，读取数据传输频率配置策略；步骤s602：实时监测现场光照强度；步骤s603：判断光照强度，并按照数据传输频率配置策略进行匹配比较；若光照》=1000lx时，自动提高传输频率；若光照《=500lx时，自动减少传输频率；若光照《=10lx时，自动进入待机状态，待光照增强恢复。
17.本发明及其优选方案通过机械设备加装本发明所述施工机械智慧物联装置，可实现施工机械工作运行状态数据实时采集，动态感知，实时性好，数据真实可靠；通过本发明所述边缘物联代理装置，可实现数据本地采集、数据传输，无网时数据本地缓存及业务应用脱网运行；同时，通过开发智慧物联后端系统，实现物联感知与业务应用深入融合，提高了施工现场机械管理智能化、信息化水平。同时，具备安装便捷、成本低、实用性好等优点。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1为本发明实施例的施工机械智慧物联系统结构示意图；图2为本发明实施例的施工机械智慧装置结构示意图；图3为本发明实施例的边缘物联代理装置结构示意图；图4为本发明实施例的智慧物联后端系统结构示意图；图5为本发明实施例的施工机械智慧物联系统流程图；图6为本发明实施例的施工机械智慧装置数据传输频率策略原理图。
具体实施方式
19.在下文中，将参考附图对本技术的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本技术，并能够实施本技术。在不违背本技术原理
的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。
20.需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
21.如背景技术部分所述，相关技术中在施工机械感知采集与业务管理应用还难以满足需要，申请人在实现本发明的过程中发现，现有的施工机械现场使用者存在以下问题：缺少物联感知手段实时采集施工机械工作运行状态信息；现场网络环境欠佳，缺少无网环境下如何对数据进行有效处理以及支撑脱网时业务应用有效手段；施工机械物联感知与业务应用结合不足，不能有效支撑施工机械现场实际管理和业务应用。
22.有鉴于此，本发明实施例提出一种施工机械智慧物联系统，在施工机械智慧物联装置中设置感知采集模块、数据传输模块和电源模块；在边缘物联代理装置中设置参数管理模块、数据本地计算模块、数据本地缓存模块、容器应用：施工机械离线应用模块、安全加密模块、同时支持4g和5g的上行通信模块、同时支持lora\wifi\zigbee的下行物联接入模块；在智慧物联后台系统中设置设备绑定管理模块、进出场报审模块、施工机械当前位置查看模块、历史及当前工作轨迹浏览模块、到岗到位及作业班次统计模块、维修保养信息维护及查看模块。
23.以下，通过具体的实施例来详细说明本发明的技术方案。
24.参考图1，本实施例的施工机械智慧物联系统，包括：施工机械智慧物联装置101、边缘物联代理装置102、智慧物联后端系统103。其中，施工机械智慧物联装置被配置成采集施工现场机械设备至少一种工作运行状态数据如：施工机械实时位置信息、故障隐患信息、特种作业部位的角度和速度、方向及旋转位移等状态信息等，并将工作运行状态数据发送至边缘物联代理装置进行处理。
25.边缘物联代理装置被配置成接收施工机械智慧物联装置传来的实时采集工作运行状态数据，网络状态良好时将其转发到智慧物联后端系统；网络状态欠佳时数据本地缓存，待有网时将数据回传到智慧物联后端系统，并通过边缘物联装置容器模块实现脱网业务应用。
26.边缘物联代理装置同时被配置成接收智慧物联后端系统下发的参数配置命令，将设备参数本地保存并转发给施工机械智慧物联装置，配置参数包括不限于：自动开关机时间、数据传输频率等。智慧物联后端系统被配置成接收边缘物联代理装置实时采集上报的施工机械工作运行状态数据，并通过图形交互画面进行数据展示、浏览统计等支撑业务应用，软件功能分为pc端及移动端。
27.参考图2，本实施例的施工机械智慧物联装置，包括：数据传输模块201、电源模块202、感知采集模块203。其中，数据传输模块被配置通
过远距离无线lora、wifi或zigbee通信模组与边缘物联代理形成施工现场自组网进行实时数据传输；电源模块采用太阳能微型蓄电池对装置进行充电，电源模块可通过光照强度和充电电量自动调节传输频率策略，以提高装置用电续航时间；传感器模块被配置成采集施工机械至少一种工作运行状态数据，工作运行状态数据包括不限于：施工机械实时位置信息、故障隐患信息、特种作业部位的角度和速度、方向及旋转位移等状态信息。
28.参考图3，本实施例的边缘物联代理装置，包括：参数管理模块301、数据本地计算模块302、数据本地缓存模块303、容器模块304、安全加密模块305、上行通信模块306、下行物联接入模块307。其中，参数管理模块对所接入的物联设备进行参数及配置管理；数据本地计算模块对收到的物联设备数据进行本地计算、本地分析，进行边端侧处理；本地缓存模块对收到的物联设备数据进行本地备份缓存，若现场网络环境恶劣时，可待网络恢复后提供断点续传功能；容器模块采用容器化计算，对本实施例来说可以将施工机械业务管理应用程序部署到容器中，当网络恶劣时实现脱网时应用；安全加密模块被配置提供软、硬加密技术，满足电力系统数据传输安全加密以及安全接入的需求；上行通信模块被配置成支持4g及5g网络模组，实现将收到的物联设备数据上传到智慧物联后端系统；下行物联接入模块被配置成支持lora、wifi及zigbee等多种通信模组，构建施工现场自组网，实时现场施工机械物联装置接入，工作运行状态数据实时采集。
29.参考图4，本实施例的智慧物联后端系统，包括：设备绑定管理模块401、进出场报审模块402、当前位置查看模块403、历史及当前工作轨迹浏览模块404、到岗到位及作业班次统计模块405、维修保养信息维护及查看模块406。其中，设备绑定管理模块被配置成实现对施工机械等现场物联设备进行绑定及管理功能；进出场报审模块被配置成施工机械进出场时，进行报审管理流程；当前位置查看模块模块被配置成实时浏览查看当前施工机械定位信息；历史及当前工作轨迹浏览模块被配置成浏览查看施工机械当前及历史工作轨迹，实现现场机械管理有迹可循；到岗到位及作业班次统计模块被配置成提供作业机械的到岗到位及作业班次统计管理功能；维修保养信息维护及查看模块被配置成对施工机械维修维修保养信息进行维护，实现增、删、改、查等功能。
30.具体的，数据传输模块被配置成与边缘物联代理装置进行通信连接，使边缘物联代理装置与施工机械物联装置进行双向数据传输。
31.边缘物联代理装置被配置成接收智慧物联后端系统下发的配置参数，并将参数数据本地处理，并下发到施工机械物联装置。
32.在本实施例中，边缘物联代理装置上行通信模块包括4g和5g模块，可根据施工现场实际网络情况进行适配选择，通过上行通信模块接收智慧物联后端系统下发的设备配置参数，并将接收到的施工机械智慧物联装置工作运行数据上传到智慧物联后端系统。
33.在本实施例中，工作运行状态数据包括不限于：施工机械实时位置信息、故障隐患信息、特种作业部位的角度和速度、方向及旋转位移等信息，不限于前述的工作运行状态数据，可根据实际业务需求，选择并集成相应的一个或多个传感器模块，在此不做具体限定。
34.在本实施例中，施工机械智慧物联装置推荐采用磁吸式设计，通过在装置底部嵌入高强度磁铁，可较好方便吸附在施工机械车顶或驾驶室内，安装方式不限于此，也可以根据监测部位或传感器实际安装需要，选择粘贴式或扎线捆绑式固定安装。
35.在本实施例中，智慧物联后端系统包括pc和移动应用，可以部署在云端，也可以部署在施工现场侧，参照且不限于图4所配置的模块功能，提供友好的人机交互界面，满足现场人员对施工机械的业务管理需求。
36.参考图5，在本实施例中，本施工机械智慧物联系统工作原理和步骤如下：s501，智慧物联后端系统下发施工机械物联装置配置参数，包括光照传输频率策略、设备自动开关机时间、绑定关系等；s502，边缘物联代理装置收到下发配置参数后，进行本地存储处理，并下发到施工机械智慧物联装置中，进行生效处理s503，施工机械智慧物联装置通过感知采集模块物联对施工机械工作运行状态数据进行实时采集，并通过数据传输模块将采集数据实时传输到边缘物联代理装置；s504，边缘物联代理装置将接收到的施工机械工作运行状态数据进行本地备份缓存，网络条件良好时，实时传输到智慧物联后端系统。
37.s505，网络条件恶劣时，边缘物联代理装置根据容器部署的施工机械离线应用提供施工机械脱网应用，支撑无网环境下施工机械满足正常业务管理应用需求。同时，待网络恢复后，将缓存数据同步传输到智慧物联后端系统。
38.需要说明的是，施工机械智慧物联装置包含绝缘外壳，前述的感知采集模块、数据传输模块、电源模块均布置在绝缘外壳内部，绝缘外壳上设置有充电口，便于给电源模块充电，充电口与电源模块连接。
39.参考图6，在本实施例中，施工机械智慧物联装置充电续航时间受数据传输频率较大影响，为提高设备充电后续航能力，对光照强度与传输频率提供以下配置：步骤s601，读取配置参数，读取数据传输频率配置策略；步骤s602，实时监测现场光照强度；步骤s603，判断光照强度，并按照数据传输频率配置策略进行匹配比较；步骤s604，若光照强，如》=1000lx时，自动提高传输频率，如1秒1次；步骤s605，若光照减弱，如《=500lx时，自动减少传输频率，如10秒1次；步骤s606，若光照弱，如《=10lx时，自动进入待机状态，待光照增强恢复；需要说明的是，上述光照强度参数以及对应的数据传输频率参数可在后端系统下发的数据传输频率配置策略灵活配置，不限于固定数值。
40.需要说明的是，上述对本发明的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
41.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
42.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路（ic）芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此
外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明实施例的平台的（即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内）。在阐述了具体细节（例如，电路）以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
43.尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构（例如，动态ram（dram））可以使用所讨论的实施例。
44.本发明实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
45.本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的施工机械智慧物联系统及其工作方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。