一种施工机械导航系统及方法

技术领域

本申请属于施工机械领域的技术领域，尤其涉及一种施工机械导航系统及方法。

背景技术

目前，施工机械在建筑施工中得到了广泛应用。然而，在施工过程中，由于建筑物的复杂性和施工机械的特殊性质，施工机械的导航问题一直是一个难题。因此，需要一种高效可靠的施工机械导航方法。

在现代工程建设中，施工机械的运用越来越得到广泛应用，其精度和效率对于工程建设的成功与否有着至关重要的作用。然而，在施工机械的操作过程中，如果没有适当的导航方法，将会影响施工效率且增加安全隐患。目前市场上常见的施工机械导航方式主要包括：GPS导航、传感器导航、光电测距导航等，这些方法虽然能够基本满足施工机械导航需求，但仍存在一定的不足之处，例如无法适应多变的施工环境、精度较低、安全监控欠缺等问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种施工机械导航系统及方法，以解决现有施工环境安全监控欠缺，无法高效对施工安全进行预警的技术问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种施工机械导航方法，包括：

获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

在施工机械操作前，需要通过接收卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，以确定当前可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号。这样可以确保能够获取到最高精度的定位数据，避免因卫星信号不稳定造成误差；

定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

经过选定目标卫星信号后，利用三角定位算法计算出施工机械的位置坐标，然后再进行GPS定位结果的优化，得到优化位置坐标。为进一步提高精度，本实现方案还采用了粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，以确保施工机械的位置坐标更加准确。

计算安全运行参数，根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值；所述定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移、姿态方向。

根据本实现方案，定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移和姿态方向等信息。通过这些数据，可以根据当前情况动态调整施工机械的运行速度和最小间距值，以确保机械在施工过程中的安全性。

进一步地，所述定位增强信号由加速度计和陀螺仪传感器计算测量得到，通过所述加速度计测量得到的加速度信息，推算物体的速度和位移；通过所述陀螺仪测量得到的角速度信息，推算物体的姿态。

通过测量加速度信息，并结合三角定位算法，可以推算出物体的速度和位移。而通过测量陀螺仪得到的角速度信息，则可以推算出物体的姿态。这样一来，通过综合分析上述数据，就可以更加准确地计算出施工机械的位置坐标和安全运行参数。

进一步地，根据所述定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，包括：根据所述施工机械与所述建筑物三维模型的最小距离动态调整所述施工机械的速度；当所述施工机械与所述建筑物三维模型的最小距离小于预设最小距离阈值时，向所述施工机械发送安全警报。

根据施工机械与建筑物三维模型的最小距离动态调整施工机械的速度。若该距离小于预设最小距离阈值，则会向施工机械发送安全警报。这样一来，可以在保证施工机械正常运行的同时，对施工过程进行必要的监测和预警，从而升级施工机械的安全性。

进一步地，所述建筑物三维模型由基础模型和点云数据构成，所述基础模型依据设计参数生成，所述点云数据附加在所述基础模型外侧。

其中基础模型是根据设计参数生成的。点云数据附加在基础模型外侧，以便更好地反映建筑物的真实情况。这样，即使建筑物发生了形态变化，通过重新对点云数据进行测量，也能够更加准确地计算出施工机械与建筑物的距离，从而精确地计算出机械的安全运行参数。

进一步地，所述基础模型依据设计参数分阶段生成，所述点云数据经过确认后，匹配所述设计参数后更新所述基础模型。这种方法能够更好地适应复杂施工环境，并且在更新方面也更加灵活，能够根据实际情况进行更新。

进一步地，所述建筑物三维模型按预设时间周期或预设施工进度比例进行更新。为了保证实时性，本实现方案中所述的建筑物三维模型按照预设时间周期或施工进度比例进行更新。这样一来，可以及时反映出建筑物的变化情况，并对施工机械的运行进行更加准确的监测和控制。

本申请实施例的第二方面提供了一种施工机械导航装置，包括：

获取单元，用于获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

定位单元，用于定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

计算单元，用于根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值；所述定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移、姿态方向

本申请提供的。

本申请实施例的第三方面提供了一种施工机械导航系统，其特征在于，所述施工机械导航系统包括施工机械、定位设备、增强设备以及计算设备；

所述定位设备用于获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

所述定位设备定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

所述增强设备用于建立建筑物三维模型以及获取所述施工机械的速度、位移、姿态方向；

所述计算设备用于根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值。

本申请实施例的第四方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过本发明所提供的施工机械导航方法，可以有效的解决现有技术的不足之处，并大幅提升施工机械导航系统的精度和安全性，从而更好地满足施工需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1示出了本申请提供的一种施工机械导航方法的示意性流程图；

图2示出了本申请提供的一种施工机械导航装置的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种施工机械导航方法及系统，以解决现有施工环境安全监控欠缺，无法高效对施工安全进行预警的技术问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种施工机械导航方法，包括：

步骤101，获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

在施工机械操作前，需要通过接收卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，以确定当前可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号。这样可以确保能够获取到最高精度的定位数据，避免因卫星信号不稳定造成误差；

步骤102，定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

经过选定目标卫星信号后，利用三角定位算法计算出施工机械的位置坐标，然后再进行GPS定位结果的优化，得到优化位置坐标。为进一步提高精度，本实现方案还采用了粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，以确保施工机械的位置坐标更加准确。

步骤103，计算安全运行参数，根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值；所述定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移、姿态方向。

根据本实现方案，定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移和姿态方向等信息。通过这些数据，可以根据当前情况动态调整施工机械的运行速度和最小间距值，以确保机械在施工过程中的安全性。

所述定位增强信号由加速度计和陀螺仪传感器计算测量得到，通过所述加速度计测量得到的加速度信息，推算物体的速度和位移；通过所述陀螺仪测量得到的角速度信息，推算物体的姿态。

通过测量加速度信息，并结合三角定位算法，可以推算出物体的速度和位移。而通过测量陀螺仪得到的角速度信息，则可以推算出物体的姿态。这样一来，通过综合分析上述数据，就可以更加准确地计算出施工机械的位置坐标和安全运行参数。

步骤104，根据所述定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，包括：根据所述施工机械与所述建筑物三维模型的最小距离动态调整所述施工机械的速度。

步骤105，当所述施工机械与所述建筑物三维模型的最小距离小于预设最小距离阈值时，向所述施工机械发送安全警报。

根据施工机械与建筑物三维模型的最小距离动态调整施工机械的速度。若该距离小于预设最小距离阈值，则会向施工机械发送安全警报。这样一来，可以在保证施工机械正常运行的同时，对施工过程进行必要的监测和预警，从而升级施工机械的安全性。

所述建筑物三维模型由基础模型和点云数据构成，所述基础模型依据设计参数生成，所述点云数据附加在所述基础模型外侧。

其中，所述基础模型是根据设计参数生成的。点云数据附加在基础模型外侧，以便更好地反映建筑物的真实情况。这样，即使建筑物发生了形态变化，通过重新对点云数据进行测量，也能够更加准确地计算出施工机械与建筑物的距离，从而精确地计算出机械的安全运行参数。

所述基础模型依据设计参数分阶段生成，所述点云数据经过确认后，匹配所述设计参数后更新所述基础模型。这种方法能够更好地适应复杂施工环境，并且在更新方面也更加灵活，能够根据实际情况进行更新。

进一步地，所述建筑物三维模型按预设时间周期或预设施工进度比例进行更新。为了保证实时性，本实现方案中所述的建筑物三维模型按照预设时间周期或施工进度比例进行更新。这样一来，可以及时反映出建筑物的变化情况，并对施工机械的运行进行更加准确的监测和控制。

本申请实施例的第二方面提供了一种施工机械导航装置，包括：

获取单元21，用于获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

定位单元22，用于定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

计算单元23，用于根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值；所述定位增强信号包括建筑物三维模型以及施工机械的速度、位移、姿态方向

本申请实施例的第三方面提供了一种施工机械导航系统，其特征在于，所述施工机械导航系统包括施工机械、定位设备、增强设备以及计算设备；

所述定位设备用于获取卫星信号，并根据所述卫星信号进行可见性分析，确定可用的卫星数量和位置分布，并选定目标卫星信号；

所述定位设备定位施工机械的位置坐标，根据所述目标卫星信号，通过三角定位算法计算所述施工机械的位置坐标，并通过粒子滤波算法对GPS定位结果进行优化，得到优化位置坐标；

所述增强设备用于建立建筑物三维模型以及获取所述施工机械的速度、位移、姿态方向；

所述计算设备用于根据定位增强信号及所述优化位置坐标，计算施工机械的安全运行参数，所述安全运行参数包括施工机械的运行速度及最小间距值。

本申请实施例的第四方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。

本申请实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述方法的步骤。

所述计算单元23可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。