一种隧道管片堆放自动定位识别系统及识别方法

技术领域

本发明属于定位识别技术领域，具体涉及一种隧道管片堆放自动定位识别系统及识别方法。

背景技术

预制管片堆场是城市地铁管片的主要储存场所，关系到管片的储存、吊装、运输等关键环节，堆场的布局直接影响预制管片厂的运作效率。目前，由于各生产企业管片生产数量较多，各企业管片场地普遍比较布局混乱，多余管片只能插空堆放，无法对管片进行系统编码来进行精确定位查找。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道管片堆放自动定位识别系统及识别方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种隧道管片堆放自动定位识别系统，包括人机交互系统、信息处理模块、数据库、三维坐标系统、压力传感器、手持式PDA、卡式超高频芯片、分体式超高频读写器、警示装置、指引装置、显示装置；

所述三维坐标系统，将堆场根据隧道管片分块堆存位置进行分区，每个分区按照平面方向X轴Y轴划分为：X1……XN，Y1……YN，在空间高度方向Z轴划分为：Z1……ZN；

所述压力传感器，安装在隧道管片分块堆存位置平面坐标的中心位置；所述压力传感器的编码标识，与分区平面方向的XnYn一一对应；所述压力传感器与信息处理模块相连；

所述警示装置用于警示三种类型的异常状态；所述警示装置的灯光分为三种颜色，分别对应系统组件离线异常反馈、系统组件工作异常反馈、构件堆存高度超限异常反馈；所述警示装置与信息处理模块相连；

所述指引装置，用于指示隧道管片所存放的具体区域；所述指引装置，由堆场分区地图、指示灯点阵、控制器组成，其中堆场分区地图作为指示装置的底板，指示灯就安装在对应点位上；所述控制器与信息处理模块连接，接受来自信息处理模块的指令，进而控制指引装置上的指示灯闪烁；

所述显示装置，用于展示堆场各分区的动态概览、异常反馈、实时动态；

所述信息处理模块用于连接数据库、人机交互系统，并通过通讯链路与压力传感器、警示装置、指引装置、显示装置、手持式PDA、分体式超高频读写器连接；所述信息处理模块实时监测压力传感器变化，运算三维坐标系上的变化，存储变化记录进入数据库；所述信息处理模块实时检测系统组件的心跳，如离线则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时检测系统组件运行状态，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时捕捉压力传感器是否出现压力超限，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时监听人机交互系统的查询指令，控制指引装置响应并进行点位指引；所述信息处理模块实时运算各分区动态概览、异常反馈、实时动态，控制显示装置、显示明文信息；所述信息处理模块实时采集分体式超高频读写器所采集的芯片信息，结合压力传感器压力值变化，判断进出场动作，存储进出场记录进入数据库；

所述人机交互系统，用于初始化整体系统的基础数据，查询预警记录、进出场记录、统计汇总进出场数量；

所述卡式超高频芯片安装在管片内弧侧，进行管片成品标识，进行管片成品标识；

所述手持式PDA，用于卡式超高频芯片识别读码、并与管片档案关联，用于管片成品标识；

所述分体式超高频读写器，由超高频圆极化9dbi天线、高性能超高频电子标签固定式读写器、通讯模块、贴片式传感器四部分组成；其中，天线馈线直接与读写器连接，再通过通讯模块连接至信息处理模块；天线安装在管片夹具上；贴片式传感器，用于识别应力变化，触发读写器自动读取隧道管片粘贴的卡式超高频芯片；

所述数据库用于接收、存储和处理以下信息：三维坐标系统信息；压力传感器编码信息；工程项目信息；管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系；管片档案信息；重量与压力的对应关系；压力传感器实时采集记录；分体式超高频读写器实时采集记录；手持式PDA标识记录；预警记录和管片进出场记录。

优选的：所述显示装置由控制卡、转接板、LED单元板构成，其中控制卡接受来自信息处理模块的指令，进而由转接板传递指令、控制LED单元板上的LED灯，形成完整的明文信息；所述显示装置与信息处理模块连接。

优选的：所述手持式PDA由超高频读写器、无线通讯模块、数据处理单元组成，并与信息处理模块连接。

优选的：所述手持式PDA，用于卡式超高频芯片粘贴于管片内弧面进行标识；

所述分体式超高频读写器用于读取夹具的应力变化、触发读写器、自动读取隧道管片内弧侧卡式超高频芯片；

所述信息处理模块，实时检测压力传感器的压力值、分体式超高频读写器所传递的芯片信息，并进行堆场各个分区进出场的自动识别、处理与运算，判定三维坐标系的变化，存储三维坐标系上的变化情况进入数据库；

所述信息处理模块，实时监控系统组件离线异常反馈、系统组件工作异常反馈、构件堆存高度超限异常反馈，并指令报警装置发出声光预警；

所述信息处理模块，根据堆场动态，控制指引装置上的指示灯点阵，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；

所述信息处理模块，传递人机交互系统的查询指令，进而控制指引装置上的指示灯闪烁，用于管片查找定位；

所述信息处理模块，运算汇总堆场各分区的动态概览、异常反馈、实时动态，并控制显示装置明文展示。

一种隧道管片堆放自动定位系统的识别方法，包括以下步骤：

a)通过所述三维坐标系统，将堆场根据隧道管片分块堆存位置进行分区，每个分区按照平面方向X轴Y轴划分为：X1……XN，Y1……YN，在空间高度方向Z轴划分为：Z1……ZN；通过XN、YN、Zn即可确定隧道管片具体位置；

b)将所述压力传感器，安装在隧道管片分块堆存位置平面坐标的中心位置；所述压力传感器的编码标识，与分区平面方向的XnYn一一对应；

c)通过人机交互系统，建立工程项目基础信息、压力传感器超限参数；根据工程项目，建立管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系并存储在数据库中；建立重量与压力值的对应关系并存储在数据库中；建立管片档案，包括管片唯一编码、工程项目信息、管片分块号、尺寸规格、埋深、出洞环标识、注浆管标识、聚丙烯纤维标识，并将档案信息存储在数据库中；

d)通过所述手持式PDA选取管片档案，同时进行卡式超高频芯片的识别读码、绑定，并将已绑定的卡式超高频芯片安装在管片内弧面，用于管片成品标识；

e)通过所述分体式超高频读写器识别管片夹具应力变化，触发读写器、自动读取隧道管片粘贴的卡式超高频芯片；

f)通过所述信息处理模块，获取分体式超高频读写器的芯片信息，匹配管片档案，相关信息存储在数据库中，等待下一步运算；

g)通过所述信息处理模块，实时检测压力传感器的压力值变化，针对压力值与重量值进行算法拟合、数据清洗，排除进出吊运动作引起的压力值异常；

h)通过所述信息处理模块，根据压力传感器超限参数，发出构件堆存高度超限，并存储预警记录进入数据库；

i)所述信息处理模块根据压力值的变化，匹配管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系(如压力值升高为进动作、反之为出动作，并存储压力值、重量值、分区编号、进出动作类型的源检测记录进入数据库)，等待下一步运算；；

j)通过所述信息处理模块，结合芯片信息、源检测记录，判断三维坐标系变化、管片信息，并存储进出场记录进入数据库；

k)通过所述信息处理模块实时检测系统组件的心跳，如离线则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；

l)通过所述信息处理模块实时检测系统组件运行状态，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；

m)通过所述信息处理模块，根据堆场动态，控制指引装置上的指示灯点阵，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；

n)根据所述信息处理模块实时监听人机交互系统的查询指令，控制指引装置响应并进行点位指引；

o)根据所述信息处理模块实时运算各分区动态概览、异常反馈、实时动态，控制显示装置和显示明文信息。

本发明的技术效果和优点：

1.本定位识别系统对环境要求不高，操作人配合少、系统可自动定位识别。

2.本系统采用夹具上超高频读写器自动识别管片上的卡式超高频芯片，再通过压力传感器的感知，运算三维坐标系中管片的动态存取情况。

3.能够通过输入管片编号、类型，获取单位堆场内的管片精准位置。

4.本定位识别系统具有统计功能，如堆场中管片数量、规格、类型等信息；能够报表生成功能，可以生成日报、月报、年报；具有历史数据查询：如管片的出货时间、数量点信息；可以提供基础数据，为平台使用。

附图说明

图1为本发明的三维建标示意图；

图2为管片在平面坐标上位置示意图

图3为压力传感器安装位置示意图

图4为堆放层数运算原理图

图5为管片与三维坐标系绑定关系图；

图6为本发明的系统流程图。

具体实施方式

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。

如图1-图6示出了本发明一种隧道管片堆放自动定位识别系统及识别方法的一种具体实施方式：

包括人机交互系统、信息处理模块、数据库、三维坐标系统、压力传感器、手持式PDA、卡式超高频芯片、分体式超高频读写器、警示装置、指引装置、显示装置；

所述三维坐标系统，将堆场根据隧道管片分块堆存位置进行分区，每个分区按照平面方向X轴Y轴划分为：X1……XN，Y1……YN，在空间高度方向Z轴划分为：Z1……ZN；

所述压力传感器，安装在隧道管片分块堆存位置平面坐标的中心位置；所述压力传感器的编码标识，与分区平面方向的XnYn一一对应；所述压力传感器与信息处理模块相连；

所述警示装置用于警示三种类型的异常状态；所述警示装置的灯光分为三种颜色，分别对应系统组件离线异常反馈、系统组件工作异常反馈、构件堆存高度超限异常反馈；所述警示装置与信息处理模块相连；

所述指引装置，用于指示隧道管片所存放的具体区域；所述指引装置，由堆场分区地图、指示灯点阵、控制器组成，其中堆场分区地图作为指示装置的底板，指示灯就安装在对应点位上；其中指示灯采用红、绿两种颜色，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；所述控制器与信息处理模块连接，接受来自信息处理模块的指令，进而控制指引装置上的指示灯闪烁；

所述显示装置，用于展示堆场各分区的动态概览、异常反馈、实时动态；

所述信息处理模块用于连接数据库、人机交互系统，并通过通讯链路与压力传感器、警示装置、指引装置、显示装置、手持式PDA、分体式超高频读写器连接；所述信息处理模块实时监测压力传感器变化，运算三维坐标系上的变化，存储变化记录进入数据库；所述信息处理模块根据堆场动态，控制指引装置上的指示灯点阵，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；所述信息处理模块实时检测系统组件的心跳，如离线则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时检测系统组件运行状态，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时捕捉压力传感器是否出现压力超限，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；所述信息处理模块实时监听人机交互系统的查询指令，控制指引装置响应并进行点位指引；所述信息处理模块实时运算各分区动态概览、异常反馈、实时动态，控制显示装置、显示明文信息；所述信息处理模块实时采集分体式超高频读写器所采集的芯片信息，结合压力传感器压力值变化，判断进出场动作，存储进出场记录进入数据库；

所述人机交互系统，用于初始化整体系统的基础数据，查询预警记录、进出场记录、统计汇总进出场数量；

所述卡式超高频芯片，带有强力背胶，在生产车间内管片脱模并翻转完毕，粘贴于管片内弧侧，进行管片成品标识；

所述手持式PDA，用于卡式超高频芯片识别读码、并与管片档案关联，用于管片成品标识；所述显示装置由控制卡、转接板、LED单元板构成，其中控制卡接受来自信息处理模块的指令，进而由转接板传递指令、控制LED单元板上的LED灯，形成完整的明文信息；所述显示装置与信息处理模块连接；

所述分体式超高频读写器，由超高频圆极化9dbi天线、高性能超高频电子标签固定式读写器、通讯模块、贴片式传感器四部分组成；其中，天线馈线直接与读写器连接，再通过通讯模块连接至信息处理模块；天线安装在管片夹具上；贴片式传感器，用于识别应力变化，触发读写器自动读取隧道管片粘贴的卡式超高频芯片；

所述数据库用于接收、存储和处理以下信息：三维坐标系统信息；压力传感器编码信息；工程项目信息；管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系；管片档案信息；重量与压力的对应关系；压力传感器实时采集记录；分体式超高频读写器实时采集记录；手持式PDA标识记录；预警记录和管片进出场记录；

所述手持式PDA由超高频读写器、无线通讯模块、数据处理单元组成，并与信息处理模块连接；所述手持式PDA，用于卡式超高频芯片粘贴于管片内弧面进行标识；

所述分体式超高频读写器用于读取夹具的应力变化、触发读写器、自动读取隧道管片内弧侧卡式超高频芯片；

所述信息处理模块，实时检测压力传感器的压力值、分体式超高频读写器所传递的芯片信息，并进行堆场各个分区进出场的自动识别、处理与运算，判定三维坐标系的变化，存储三维坐标系上的变化情况进入数据库；

所述信息处理模块，实时监控系统组件离线异常反馈、系统组件工作异常反馈、构件堆存高度超限异常反馈，并指令报警装置发出声光预警；

所述信息处理模块，根据堆场动态，控制指引装置上的指示灯点阵，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；

所述信息处理模块，传递人机交互系统的查询指令，进而控制指引装置上的指示灯闪烁，用于管片查找定位；

所述信息处理模块，运算汇总堆场各分区的动态概览、异常反馈、实时动态，并控制显示装置明文展示。

一种隧道管片堆放自动定位系统的识别方法，包括以下步骤：

a)通过所述三维坐标系统，将堆场根据隧道管片分块堆存位置进行分区，每个分区按照平面方向X轴Y轴划分为：X1……XN，Y1……YN，在空间高度方向Z轴划分为：Z1……ZN；通过XN、YN、Zn即可确定隧道管片具体位置；

b)将所述压力传感器，安装在隧道管片分块堆存位置平面坐标的中心位置；所述压力传感器的编码标识，与分区平面方向的XnYn一一对应；

c)通过人机交互系统，建立工程项目基础信息、压力传感器超限参数；根据工程项目，建立管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系并存储在数据库中；建立重量与压力值的对应关系并存储在数据库中；建立管片档案，包括管片唯一编码、工程项目信息、管片分块号、尺寸规格、埋深、出洞环标识、注浆管标识、聚丙烯纤维标识，并将档案信息存储在数据库中；

d)通过所述手持式PDA选取管片档案，同时进行卡式超高频芯片的识别读码、绑定，并将已绑定的卡式超高频芯片安装在管片内弧面，用于管片成品标识；

e)通过所述分体式超高频读写器识别管片夹具应力变化，触发读写器、自动读取隧道管片粘贴的卡式超高频芯片；

f)通过所述信息处理模块，获取分体式超高频读写器的芯片信息，匹配管片档案，相关信息存储在数据库中，等待下一步运算；

g)通过所述信息处理模块，实时检测压力传感器的压力值变化，针对压力值与重量值进行算法拟合、数据清洗，排除进出吊运动作引起的压力值异常；

h)通过所述信息处理模块，根据压力传感器超限参数，发出构件堆存高度超限，并存储预警记录进入数据库；

i)所述信息处理模块根据压力值的变化，匹配管片分块号、尺寸规格、埋深与重量的对应关系(如压力值升高为进动作、反之为出动作，并存储压力值、重量值、分区编号、进出动作类型的源检测记录进入数据库)，等待下一步运算；；

j)通过所述信息处理模块，结合芯片信息、源检测记录，判断三维坐标系变化、管片信息，并存储进出场记录进入数据库；

k)通过所述信息处理模块实时检测系统组件的心跳，如离线则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；

l)所述信息处理模块实时检测系统组件运行状态，如异常则指令警示装置发出预警，存储预警记录进入数据库；

m)通过所述信息处理模块根据堆场动态，控制指引装置上的指示灯点阵，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；

n)根据所述信息处理模块实时监听人机交互系统的查询指令，控制指引装置响应并进行点位指引；

o)根据所述信息处理模块实时运算各分区动态概览、异常反馈、实时动态，控制显示装置、显示明文信息。

本发明将所有的管片数据与管片的的坐标位置一一对应，再通过传感器与数据库连接，所有的管片数据按管片的坐标位置自动输入数据库；在堆场指引装置，红灯位置显示已经放满，绿灯显示可以继续放置管片；查询管片时，输入管片的型号，在显示屏上即可显示管片的摆放位置。通过绿色位置灯闪缩表示摆放的位置(Xn、Yn、Zn)；该系统具有报表生成功能，可统计管片出货数量、剩余数量等数据，并便于数据的统计计算，可打印输出，统计确认。

操作步骤：该系统在车间生产线上进行管片标识，在堆场上通过采用夹具上安装的超高频读写器自动识别管片上的卡式超高频芯片，结合压力传感器压力值变化，判断进出场动作，存储进出场记录进入数据库。

申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。

本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。