一种基于云解算RTK技术的工程机械安全预警方法及系统

一种基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法及系统
技术领域
1.本发明涉及一种基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法及系统，属于安全生产技术领域。


背景技术：

2.近年来随着信息技术的发展和安全作业的需求，新设备、新技术不断被引入到安全生产领域。在工程机械的施工过程中,需要确定施工区域边界及危险区域边界，并实时对工程机械定位，防止工程机械偏离施工区域或接近危险区域，确保施工过程安全高效。
3.通常在施工区域边界及危险区域边界设置醒目路标点，由工程机械驾驶员或施工现场安全监督人员肉眼判断工程机械是否越过施工区域或接近危险区域。但这种方法存在视野盲区，人眼判断不准等缺点。
4.rtk(real-time kinematic)实时动态技术是一种精度较高的差分gnss定位方式，目前该技术主要应用在测绘、导航等领域，使用rtk定位的精度可以到达厘米级，可有效满足工程机械安全预警需要。但目前市售的rtk流动站定位模组(由gnss芯片、rtk解算模块、通信模块组成)价格普遍高达数千元，其成本很大一部分来自rtk解算模块及算法附加费，为施工区域内每台工程机械配备具有独立解算功能的rtk流动站定位模组价格高昂。
5.采用传统rtk定位方式，各工程机械上的rtk流动站定位模组输出的位置信息互相独立，不利于施工区域内工程机械的全局监测。


技术实现要素：

6.本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法，采用无解算模块的低成本rtk流动站，结合云解算rtk技术，提升施工区域内工程机械安全预警的可靠性。
7.本发明还提供一种实施上述应用所述基于云解算rtk技术的工程机械安全方法的系统。
8.本发明提出的基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法，包括以下步骤：
9.步骤s1，部署rtk算法、坐标点测距算法至云服务器，形成云解算服务器；
10.步骤s2，选择施工区域内卫星信号优良的地方架设rtk基准站，通过长时间静态精密单点定位(ppp)获取基准站准确坐标位置。启动基准站，实时获取rtk解算需要的基准站rtcm观测数据并上传至云解算服务器；
11.步骤s3，工程机械开始作业前，控制搭载rtk流动站的无人机飞跃施工区域边界、危险区域边界，记录施工区域边界、危险区域边界观测数据并上传至云解算服务器，在云解算服务器进行rtk差分解算，生成并记录施工区域边界大地坐标点危险区域边界大地坐标点
12.步骤s4，云解算服务器将记录的施工区域边界坐标点数据和危险区域边界坐标点数据提供给安全监控室内的可视化系统并通过其大屏幕显示出来；
13.步骤s5，部署rtk流动站至施工区域内所有工程机械，工程机械开始作业后，流动站实时获取观测数据并上传至云解算服务器。云解算服务器根据步骤s2得到的基准站观测数据和本步骤获得的流动站观测数据进行连续rtk差分解算，计算得到施工区域内所有工程机械t时刻的实时坐标点
14.步骤s6，云解算服务器将施工区域内所有工程机械的实时坐标点数据提供给安全监控室内的可视化系统并通过其大屏幕显示出来。当工程机械处于安全位置时，显示为绿色的点；
15.步骤s7，根据步骤s3获取的施工区域边界坐标点、危险区域边界坐标点与步骤s5获取的工程机械实时坐标点坐标数据，在云解算服务器中进行实时坐标点测距；
16.步骤s8，当t时刻某工程机械r的坐标点与施工区域边界的所有坐标点间距的最小值a低于最小允许值时，云解算服务器发送指令到工程机械r上的警报器使其发出警报，同时发送指令到安全监控室内的可视化系统，使工程机械r显示为闪烁的橙色点，提醒司机及安全监控室内的安全员工程机械r存在越过施工区域的风险。当t时刻某工程机械r的坐标点与危险区域边界的所有坐标点的最小间距b低于最小允许值时,云解算服务器发送指令到工程机械r上的警报器使其发出警报，同时发送指令到安全监控室内的可视化系统，使工程机械r显示为闪烁的红色点，提醒司机及安全监控室内的安全员工程机械r存在接近危险区域的风险。
17.步骤s1所述的云解算服务器特点在于可以同时运行多套rtk算法和坐标点测距算法，满足施工现场所有工程机械需求。
18.步骤s3及s4所述rtk流动站特点在于仅包含gnss芯片和通信模块，不包含rtk解算模块，成本显著降低。
19.作为优选，所述步骤s3中，利用无人机携带rtk流动站采集施工区域边界及危险区域边界坐标点时，采样频率为10hz，控制无人机速度在0.1m/s以下，确保采样点间距在1cm内。
20.作为优选，所述步骤s8中工程机械r的坐标点与施工区域边界所有坐标点的最小间距小于rtk流动站卫星天线相位中心到该工程机械的最远距离的1.5倍时，云服务器向工程机械上的报警器及安全监控室内的可视化系统发出报警指令。
21.作为优选，所述步骤s8中工程机械r的坐标点与危险区域边界所有坐标点的最小间距小于rtk流动站卫星天线相位中心到该工程机械的最远距离的2倍时，云服务器向工程机械上的报警器及安全监控室内的可视化系统发出报警指令。
22.步骤s8中，云解算服务器进行危险判定时危险区域边界的优先级高于施工边界，即若工程机械r距离施工区域边界和危险区域边界的距离同时低于最小允许值时，云解算
服务器向工程机械r上的警报器及安全监控室内的可视化系统发出接近危险区域的警报指令。
23.步骤s8所述的工程机械r的坐标点与施工区域边界所有坐标点距离的最小值a和工程机械r的坐标点与危险区域边界所有坐标点距离的最小值b的计算公式如下：
[0024][0025][0026]
本发明的应用所述基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法的系统，包括一个云解算服务器、一个rtk基准站、若干个rtk流动站、一台无人机、一套可视化系统、若干个警报器，以及云解算服务器与rtk基准站、rtk流动站和警报器、可视化系统之间的通信链路；所述云解算服务器用于rtk解算、坐标点距离计算和危险判定；所述rtk基准站为云解算服务器提供rtk解算需要的基准站卫星观测数据；所述rtk流动站用于获取无人机及工程机械的卫星观测数据并提供给云解算服务器用于自身位置坐标解算；所述无人机搭载rtk流动站，用于采集施工区域边界、危险区域边界的坐标点数据；所述可视化系统安装在安全监控室，用于显示施工区域边界、危险区域边界及所有正在作业的工程机械的实时位置，便于安全管理员对作业中的工程机械全局实时监控；所述警报器用于在工程机械距离施工区域边界、危险区域边界小于安全距离时接收来自云解算服务器的指令，向司机发出警报提醒。
[0027]
本发明的工作原理是(分析本发明优点产生的原因)：利用部署在云服务器上的rtk算法，得到施工区域边界、危险区域边界坐标点以及施工现场工程机械的实时坐标点数据。利用上述坐标点数据在云服务器做危险判定，若发生危险，利用警报器提醒司机。此外整合云服务器与可视化系统，实现施工现场所有工程机械的全局可视化监控和安全预警。
[0028]
本发明的优点是：首先，本发明利用rtk技术实时厘米级定位的特点，确保了工程现场施工机械安全预警的准确性和时效性，解决了传统方式仅靠肉眼和经验判断工程机械是否安全不准确的问题。其次，本发明利用云解算技术，仅需一套部署在云端的rtk算法，不需要为施工现场所有的工程机械配备具有本地解算功能的rtk模组，系统成本大大降低。此外，本发明整合了云解算服务器和可视化系统，实现了施工现场所有工程机械的全局可视化监控和安全预警，极大的提高了安全员的工作效率。
附图说明
[0029]
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，其中：
[0030]
图1是本发明利用无人机采集施工区域边界及危险区域边界坐标点的示意图。
[0031]
图2施工现场工程机械安全预警方法示意图。
[0032]
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
如图1和图2所示为本发明基于云解算rtk技术的工程机械安全预警系统的工作示意图：本发明提供的应用所述基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法的系统，包括一个云解算服务器、一个rtk基准站、若干个rtk流动站、一台无人机、一套可视化系统、若干个警报器，以及云解算服务器与rtk基准站、rtk流动站和警报器、可视化系统之间的通信链路；所述云解算服务器用于rtk解算、坐标点距离计算和危险判定；所述rtk基准站为云解算服务器提供rtk解算需要的基准站卫星观测数据；所述rtk流动站用于获取无人机及工程机械的卫星观测数据并提供给云解算服务器用于自身位置坐标解算；所述无人机搭载rtk流动站，用于采集施工区域边界、危险区域边界的坐标点数据；所述可视化系统安装在安全监控室，用于显示施工区域边界、危险区域边界及所有正在作业的工程机械的实时位置，便于安全管理员对作业中的工程机械全局实时监控；所述警报器用于在工程机械距离施工区域边界、危险区域边界小于安全距离时接收来自云解算服务器的指令，向司机发出警报提醒。
[0035]
如图3所示为本发明的一种基于云解算rtk技术的工程机械安全预警方法流程图：包括如下步骤：
[0036]
步骤s1，部署rtk算法、坐标点测距算法至云服务器，形成云解算服务器；
[0037]
步骤s2，选择施工区域内卫星信号优良的地方架设rtk基准站，通过长时间静态精密单点定位(ppp)获取基准站准确坐标位置。启动基准站，实时获取rtk解算需要的基准站观测数据并上传至云解算服务器；
[0038]
步骤s3，工程机械开始作业前，控制搭载rtk流动站的无人机飞跃施工区域边界、危险区域边界，记录施工区域边界、危险区域边界观测数据并上传至云解算服务器，在云解算服务器进行rtk差分解算，生成并记录施工区域边界大地坐标点危险区域边界大地坐标点
[0039]
步骤s4，云解算服务器将记录的施工区域边界坐标点数据和危险区域边界坐标点数据提供给安全监控室内的可视化系统并通过其大屏幕显示出来；
[0040]
步骤s5，部署rtk流动站至施工区域内所有工程机械，工程机械开始作业后，流动站实时获取观测数据并上传至云服务器。云解算服务器根据步骤s2得到的基准站观测数据和本步骤获得的流动站观测数据进行连续rtk差分解算，计算得到施工区域内所有工程机械t时刻的实时坐标点
[0041]
步骤s6，云解算服务器将施工区域内所有工程机械的实时坐标点数据提供给安全监控室内的可视化系统并通过其大屏幕显示出来。当工程机械处于安全位置时，显示为绿色的点；
[0042]
步骤s7，根据步骤s3获取的施工区域边界坐标点、危险区域边界坐标点与步骤s5获取的工程机械实时坐标点坐标数据，在云解算服务器中进行实时坐标点测距。
[0043]
步骤s8，当t时刻某工程机械r的坐标点与施工区域边界的所有坐标点间距的最小值a低于最小允许值时，云解算服务器发送指令到工程机械r上的警报器使其发出警报，同时发送指令到安全监控室内的可视化系统，使工程机械r显示为闪烁的橙色点，提醒司机及安全监控室内的安全员工程机械r存在越过施工区域的风险。当t时刻某工程机械r的坐标点与危险区域边界的所有坐标点
的最小间距b低于最小允许值时,云解算服务器发送指令到工程机械r上的警报器使其发出警报，同时发送指令到安全监控室内的可视化系统，使工程机械r显示为闪烁的红色点，提醒司机及安全监控室内的安全员工程机械r存在接近危险区域的风险。
[0044]
步骤s1所述的云解算服务器特点在于可以同时运行多套rtk算法和坐标点测距算法，满足施工现场所有工程机械需求。
[0045]
步骤s3及s4所述rtk流动站特点在于仅包含gnss芯片和通信模块，不包含rtk解算模块，成本显著降低。
[0046]
所述步骤s3中，利用无人机携带rtk流动站采集施工区域边界及危险区域边界坐标点时，采样频率为10hz，控制无人机速度在0.1m/s以下，确保采样点间距在1cm内。
[0047]
所述步骤s8中工程机械r的坐标点与施工区域边界所有坐标点的最小间距小于卫星天线相位中心到该工程机械的最远距离的1.5倍时，云服务器向工程机械上的报警器及安全监控室内的可视化系统发出报警指令。
[0048]
所述步骤s8中工程机械r的坐标点与危险区域边界所有坐标点的最小间距小于卫星天线相位中心到该工程机械的最远距离的2倍时，云服务器向工程机械上的报警器及安全监控室内的可视化系统发出报警指令。
[0049]
步骤s8中，云解算服务器进行危险判定时危险区域边界的优先级高于施工边界，即若工程机械r距离施工区域边界和危险区域边界的距离同时低于最小允许值时，云解算服务器向工程机械r上的警报器及安全监控室内的可视化系统发出接近危险区域的警报指令。
[0050]
步骤s8所述的工程机械r的坐标点与施工区域边界所有坐标点距离的最小值a和工程机械r的坐标点与危险区域边界所有坐标点距离的最小值b的计算公式如下：
[0051][0052]