本發(fā)明涉及燃?xì)夤艿理敼苁┕?，具體是一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、燃?xì)夤艿酪话悴捎妹魍诜ㄩ_挖填埋管道，但是在施工中遇到鐵路、道路、河流或者建筑物等障礙物時(shí)，需要采用頂管施工的方法從障礙物下方穿過。然而，頂管在施工的過程中，由于土壤的視野阻礙，頂管在施工過程中的位姿和頂進(jìn)路徑無(wú)法直接觀測(cè)，且頂管對(duì)周邊環(huán)境的影響無(wú)法預(yù)測(cè)，嚴(yán)重影響了頂管施工的精確度和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)及方法，以解決頂管施工中施工過程無(wú)法直接觀測(cè)、管道路徑無(wú)法精確定位、周邊環(huán)境和管道內(nèi)力無(wú)法監(jiān)測(cè)等問題。

2、本發(fā)明提供的一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)，包括：

3、第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)，設(shè)于工作井的后方，用于拍攝工作井內(nèi)的工作情況，并將拍攝的相片通過訓(xùn)練之后的代碼程序識(shí)別，準(zhǔn)確識(shí)別出目前工作井內(nèi)的管道、機(jī)械設(shè)備及施工人員情況；

4、第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)，設(shè)于工作井前方，用于正對(duì)拍攝工作井地面處管道頂入土壤的長(zhǎng)度；

5、激光發(fā)射器，設(shè)于工作井內(nèi)的后側(cè)，用于對(duì)管道中心發(fā)射激光，激光射在第一段管道前端布設(shè)的光靶的光感傳感器上，根據(jù)光感傳感器接收到的信號(hào)得到激光打在光靶上的位置，計(jì)算出管道的偏移情況；

6、四臺(tái)液壓千斤頂，沿管道的管壁上下左右四個(gè)方向居中布設(shè)于工作井的后端反力墻上，用于控制管道頂進(jìn)的方向；

7、分布式光纖傳感器，每一段管道的前端位置環(huán)向布置一條分布式光纖傳感器，管道內(nèi)上下左右四處沿軸向居中布置4條分布式光纖傳感器，用于監(jiān)測(cè)管道的內(nèi)力；

8、若干位移傳感器，設(shè)于障礙物的地面上，用于監(jiān)測(cè)頂管在下穿過程中對(duì)周邊環(huán)境是否有影響；

9、頂管施工可視化軟件，用于接收所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)、第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)、光感傳感器、分布式光纖傳感器及位移傳感器的信號(hào)，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以模型更新及關(guān)鍵數(shù)據(jù)更新的方式將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為施工進(jìn)度可視化模型畫面和關(guān)鍵數(shù)據(jù)展示；

10、頂管施工云平臺(tái)，用于接收所述頂管施工可視化軟件處理過的數(shù)據(jù)，將施工中需要展示的畫面與數(shù)據(jù)展示在云平臺(tái)上，供項(xiàng)目指揮中心及現(xiàn)場(chǎng)施工人員查看。

11、優(yōu)選的，所述代碼程序的訓(xùn)練過程包括：收集過去的頂管施工照片并從網(wǎng)上下載大量頂管工作井內(nèi)的施工照片組成訓(xùn)練樣本，通過訓(xùn)練獲得能夠正確識(shí)別出管道與機(jī)械設(shè)備及其位姿情況，以及施工人員人物位置及所配戴安全帽顏色情況。

12、本發(fā)明還提出一種基于所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，包括下述步驟：

13、步驟1：提前按照施工方案中的規(guī)格尺寸將管道、機(jī)械設(shè)備制作成模型，并將人物按安全帽顏色不同制作成模型

14、步驟2：開挖工作井和接收井，將第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)、第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)、激光發(fā)射器、液壓千斤頂及位移傳感器布設(shè)于正確的工作位置，將第一段管道就位，并將分布式光纖傳感器和光靶布設(shè)在管道里；

15、步驟3：施工人員按照正常的施工工序施工，同時(shí)所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)將拍攝到的畫面?zhèn)鬏數(shù)娇刂浦行牡捻敼苁┕た梢暬浖校ㄟ^訓(xùn)練之后的代碼程序識(shí)別，識(shí)別出目前工作井內(nèi)的機(jī)械設(shè)備及施工人員情況；

16、步驟4：所述第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)以俯視的角度拍攝頂進(jìn)中的管道的畫面，通過前期訓(xùn)練識(shí)別出圖像中管道的長(zhǎng)和寬，識(shí)別出的未進(jìn)入土壤的剩余部分管道在圖像中的長(zhǎng)度為x1，寬度為y1，根據(jù)管道的實(shí)際尺寸長(zhǎng)度x0，寬度y0，求得進(jìn)入土壤部分管道長(zhǎng)度每當(dāng)一段管道頂進(jìn)行程結(jié)束，新的一段管道吊裝就位，軟件識(shí)別并載入一段新的管道模型；

17、步驟5：通過激光發(fā)射器及光感傳感器得到管道偏移量，通過位移傳感器得到地面位移數(shù)據(jù)，通過分布式光纖傳感器得到管道內(nèi)力數(shù)據(jù)，頂管施工可視化軟件將模型信息和數(shù)據(jù)信息發(fā)送給頂管施工云平臺(tái)，供項(xiàng)目指揮中心及現(xiàn)場(chǎng)施工人員同步監(jiān)測(cè)。

18、優(yōu)選的，步驟2中，打開所述激光發(fā)射器，檢查激光是否對(duì)準(zhǔn)光靶的靶心，若不準(zhǔn)，檢測(cè)激光發(fā)射器和管道的位置，確保方向正確。

19、優(yōu)選的，步驟3中，所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)每十秒傳輸一次監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)識(shí)別出的機(jī)械設(shè)備及施工人員情況，更新機(jī)械設(shè)備與施工人員的模型位置、姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬當(dāng)前的施工進(jìn)程，若出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備位置、姿態(tài)異常，施工人員人數(shù)、位置異常情況，頂管施工可視化軟件發(fā)出警報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員接收警報(bào)立即停工查看。

20、優(yōu)選的，步驟3中，通過所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)傳輸?shù)膱D像信息監(jiān)測(cè)所述液壓千斤頂?shù)奈灰菩畔?，根?jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件最大撓度限值，若所述液壓千斤頂?shù)奈灰崎L(zhǎng)度為δl，反力墻的長(zhǎng)度為d，當(dāng)δl/d＞4‰時(shí)，則發(fā)出警報(bào)，停工檢修反力墻，合格后再重新繼續(xù)施工。

21、優(yōu)選的，步驟4中，所述第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)每十秒傳輸一次監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，更新模型信息，模擬管道在土壤中前進(jìn)的情況。

22、優(yōu)選的，步驟5中，光靶上的光感傳感器持續(xù)接收激光發(fā)射器的信號(hào)，當(dāng)管道在頂進(jìn)過程中出現(xiàn)偏移時(shí)，通過光感傳感器傳輸?shù)男盘?hào)得到管道在光靶上的偏移量(δx，δy)，若管道內(nèi)徑為r，正常施工中四臺(tái)液壓千斤頂?shù)耐屏関a＝vb＝vc＝vd＝v0，則發(fā)生偏移時(shí)，通過改變四臺(tái)液壓千斤頂?shù)耐屏?lái)實(shí)現(xiàn)糾偏效果，具體調(diào)整值為其中k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值為0.1-0.2。

23、優(yōu)選的，步驟5中，地面上的位移傳感器接收豎直方向上的位移信號(hào)δx，若δx＞0，為地面隆起，則減少頂力，保證受力平衡；若δx＜0，即為地面沉陷，則立刻停止施工，對(duì)沉陷出進(jìn)行修補(bǔ)。

24、優(yōu)選的，步驟5中，分布式光纖傳感器監(jiān)測(cè)管道內(nèi)側(cè)徑向和軸向的應(yīng)力大小σi(i＝1,2,…,n),使用pandas對(duì)數(shù)據(jù)中的異常、缺失、重復(fù)進(jìn)行預(yù)處理，并取得應(yīng)力中的最大值σmax,將其與材料許可應(yīng)力σ0相比較，若σmax＞σ0，則發(fā)出警告，并停工檢查原因。

25、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提供一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)頂管施工過程可視化，能夠建立一套完整的頂管施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)頂管前進(jìn)路線的監(jiān)測(cè)與糾偏，以及周邊環(huán)境影響的安全監(jiān)測(cè)，保證了管道頂進(jìn)過程的精確度和頂管施工過程的安全性。

技術(shù)特征：

1.一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)，其特征在于，所述代碼程序的訓(xùn)練過程包括：收集過去的頂管施工照片并從網(wǎng)上下載大量頂管工作井內(nèi)的施工照片組成訓(xùn)練樣本，通過訓(xùn)練獲得能夠正確識(shí)別出管道與機(jī)械設(shè)備及其位姿情況，以及施工人員人物位置及所配戴安全帽顏色情況。

3.一種基于權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，包括下述步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，步驟2中，打開所述激光發(fā)射器，檢查激光是否對(duì)準(zhǔn)光靶的靶心，若不準(zhǔn)，檢測(cè)激光發(fā)射器和管道的位置，確保方向正確。

5.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，步驟3中，所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)每十秒傳輸一次監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)識(shí)別出的機(jī)械設(shè)備及施工人員情況，更新機(jī)械設(shè)備與施工人員的模型位置、姿態(tài)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬當(dāng)前的施工進(jìn)程，若出現(xiàn)機(jī)械設(shè)備位置、姿態(tài)異常，施工人員人數(shù)、位置異常情況，頂管施工可視化軟件發(fā)出警報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員接收警報(bào)立即停工查看。

6.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，步驟3中，通過所述第一監(jiān)控?cái)z像機(jī)傳輸?shù)膱D像信息監(jiān)測(cè)所述液壓千斤頂?shù)奈灰菩畔?，根?jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中的鋼筋混凝土受彎構(gòu)件最大撓度限值，若所述液壓千斤頂?shù)奈灰崎L(zhǎng)度為δl，反力墻的長(zhǎng)度為d，當(dāng)δl/d＞4％時(shí)，則發(fā)出警報(bào)，停工檢修反力墻，合格后再重新繼續(xù)施工。

7.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，步驟4中，所述第二監(jiān)控?cái)z像機(jī)每十秒傳輸一次監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，更新模型信息，模擬管道在土壤中前進(jìn)的情況。

8.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒?，其特征在于，步驟5中，光靶上的光感傳感器持續(xù)接收激光發(fā)射器的信號(hào)，當(dāng)管道在頂進(jìn)過程中出現(xiàn)偏移時(shí)，通過光感傳感器傳輸?shù)男盘?hào)得到管道在光靶上的偏移量(δx，δy)，若管道內(nèi)徑為r，正常施工中四臺(tái)液壓千斤頂?shù)耐屏関a＝vb＝vc＝vd＝v0，則發(fā)生偏移時(shí)，通過改變四臺(tái)液壓千斤頂?shù)耐屏?lái)實(shí)現(xiàn)糾偏效果，具體調(diào)整值為其中k為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值為0.1-0.2。

9.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒ǎ涮卣髟谟?，步驟5中，地面上的位移傳感器接收豎直方向上的位移信號(hào)δx，若δx＞0，為地面隆起，則減少頂力，保證受力平衡；若δx＜0，即為地面沉陷，則立刻停止施工，對(duì)沉陷出進(jìn)行修補(bǔ)。

10.如權(quán)利要求3所述的燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬椒ǎ涮卣髟谟?，步驟5中，分布式光纖傳感器監(jiān)測(cè)管道內(nèi)側(cè)徑向和軸向的應(yīng)力大小σi(i＝1,2,…,n),使用pandas對(duì)數(shù)據(jù)中的異常、缺失、重復(fù)進(jìn)行預(yù)處理，并取得應(yīng)力中的最大值σmax,將其與材料許可應(yīng)力σ0相比較，若σmax＞σ0，則發(fā)出警告，并停工檢查原因。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種燃?xì)夤艿理敼苁┕た梢暬到y(tǒng)及方法，涉及燃?xì)夤艿理敼苁┕ぜ夹g(shù)領(lǐng)域，包括拍攝圖像的監(jiān)控?cái)z像機(jī)、管道糾偏定位的激光發(fā)射器與光靶、管道內(nèi)力監(jiān)測(cè)的分布式光纖傳感器、監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境影響的位移傳感器、進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)處理的頂管施工可視化軟件和施工進(jìn)程實(shí)時(shí)觀測(cè)的頂管施工云平臺(tái)。本發(fā)明通過多傳感器的數(shù)據(jù)集成可以將頂管施工過程可視化，形成一整套的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高頂管施工的精度，保障頂管施工的安全。

技術(shù)研發(fā)人員：高謙,王相超,詹忠锜,高海龍,費(fèi)孝誠(chéng),滕大平,白蓉蓉,林鵬,李吉輝,孫家興,張巍,譚道遠(yuǎn)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中建安裝集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9