本發(fā)明屬于金屬管材運(yùn)輸，具體涉及一種基于大數(shù)據(jù)的金屬管材運(yùn)輸安全監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在金屬管材運(yùn)輸過程中，車輛行駛時(shí)的顛簸和振動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致管材發(fā)生微小位移，長(zhǎng)期積累下來可能會(huì)引起形變，如果運(yùn)輸車輛經(jīng)過的道路條件較差，如坑洼、顛簸等，這些都會(huì)加劇管材之間的相互撞擊和振動(dòng)。管材的彎曲、塑形形變不僅會(huì)影響其外觀，還可能降低其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和性能，會(huì)使管材不符合規(guī)格要求，導(dǎo)致無(wú)法正常使用，嚴(yán)重的磕碰還可能導(dǎo)致管材內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，降低其使用壽命。形變和損傷不僅會(huì)對(duì)管材本身造成損害，還可能在安裝和使用過程中引發(fā)安全隱患。如管材在運(yùn)輸過程中發(fā)生嚴(yán)重形變，可能會(huì)導(dǎo)致安裝困難或無(wú)法安裝。如果在施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)管材損壞，還可能延誤施工進(jìn)度，進(jìn)一步增加經(jīng)濟(jì)損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

2、一種基于大數(shù)據(jù)的金屬管材運(yùn)輸安全監(jiān)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、圖像處理模塊、位置偏移監(jiān)測(cè)模塊、震動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊、金屬管材變形評(píng)估模塊、異常信號(hào)生成與報(bào)警模塊、用戶界面模塊；

3、數(shù)據(jù)采集模塊：用于在裝貨完成后采集車廂內(nèi)部的初始圖像，在運(yùn)輸過程中定期采集車廂內(nèi)部的實(shí)時(shí)圖像，采集金屬管材的相關(guān)數(shù)據(jù)；圖像處理模塊：用于比較車廂實(shí)時(shí)圖像與初始圖像，識(shí)別金屬管材的位置變化；位置偏移監(jiān)測(cè)模塊：用于對(duì)比偏移量與預(yù)設(shè)閾值，分類監(jiān)測(cè)點(diǎn)為安全點(diǎn)、存險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)；計(jì)算位移綜檢值，判斷是否超出預(yù)設(shè)閾值；震動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊：用于分析實(shí)時(shí)震動(dòng)數(shù)據(jù)，判斷是否超出預(yù)設(shè)閾值，計(jì)算總時(shí)長(zhǎng)及單次最大時(shí)長(zhǎng)，評(píng)估是否車廂處于震動(dòng)致?lián)p狀態(tài)；金屬管材變形評(píng)估模塊：采集金屬管材外表面的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，根據(jù)坐標(biāo)數(shù)據(jù)擬合橢圓方程，計(jì)算橢圓特征參數(shù)；繪制橢圓圓心曲線，計(jì)算最大彎曲變形撓度，確定最大偏離度的位置坐標(biāo)，判斷是否發(fā)生塑性變形；異常信號(hào)生成與報(bào)警模塊：根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果生成異常信號(hào)，將異常信號(hào)發(fā)送給用戶界面模塊；用戶界面模塊：接收并顯示異常警報(bào)信息。

4、優(yōu)選地，系統(tǒng)工作流程如下：

5、步驟一、獲取車廂初始圖像、車廂實(shí)時(shí)圖像和金屬管材數(shù)據(jù)；

6、步驟二、將車廂實(shí)時(shí)圖像與車廂初始圖像進(jìn)行圖像比對(duì)，獲得m個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)關(guān)于金屬管材的位置偏移量；若對(duì)應(yīng)時(shí)刻運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)存在偏移危險(xiǎn)點(diǎn)ai，則生成掃描監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)；若不存在偏移危險(xiǎn)點(diǎn)ai，計(jì)算位移綜檢值p，若位移綜檢值p超過閾值，則生成掃描監(jiān)測(cè)第二異常信號(hào)；

7、步驟三、金屬管材變形評(píng)估，判斷金屬管材是否發(fā)生塑性變形，若是，則產(chǎn)生測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)；

8、步驟四、當(dāng)接收到測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)及其對(duì)應(yīng)金屬管材編號(hào)位置時(shí)，判斷是否超出了預(yù)設(shè)的震動(dòng)數(shù)據(jù)閾值，計(jì)算廂震檢測(cè)值，若廂震檢測(cè)值超過預(yù)設(shè)閾值，則生成掃描監(jiān)測(cè)第三異常信號(hào)；

9、步驟五、在接收到掃描監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)時(shí)、掃描監(jiān)測(cè)第二異常信號(hào)、掃描監(jiān)測(cè)第三異常信號(hào)、測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)中的任一項(xiàng)異常信號(hào)時(shí)，均產(chǎn)生警報(bào)，發(fā)送至用戶界面模塊。

10、優(yōu)選地，步驟一中，獲取車廂初始圖像、車廂實(shí)時(shí)圖像和金屬管材數(shù)據(jù)，具體如下：

11、在完成對(duì)金屬管材的裝貨時(shí)，在車廂內(nèi)部所裝載貨物的外圍輪廓上設(shè)定m個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括圖像掃描儀和激光精確測(cè)量?jī)x；

12、通過圖像掃描儀對(duì)運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)部進(jìn)行掃描以獲取到車廂裝貨圖像；通過激光精確測(cè)量?jī)x對(duì)車廂內(nèi)部的金屬管材進(jìn)行掃描獲取到金屬管材數(shù)據(jù)；

13、在完成對(duì)金屬管材的裝貨時(shí)，通過圖像掃描儀對(duì)運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)部進(jìn)行掃描獲取車廂初始圖像；在運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸過程中，通過圖像掃描儀對(duì)運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)部進(jìn)行掃描獲取車廂實(shí)時(shí)圖像。

14、優(yōu)選地，步驟二具體過程如下：

15、當(dāng)位置偏移量未超過預(yù)設(shè)位置偏移量閾值范圍的最小值，則將對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ck標(biāo)記為偏移安全點(diǎn)ck；其中，k＝1,2,3,...,m；

16、當(dāng)位置偏移量位于預(yù)設(shè)位置偏移量閾值范圍內(nèi)，則將對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)bj標(biāo)記為偏移存險(xiǎn)點(diǎn)bj；其中，j＝1,2,3,...,m；

17、當(dāng)位置偏移量超過預(yù)設(shè)位置偏移量閾值范圍的最大值，則將對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)ai標(biāo)記為偏移危險(xiǎn)點(diǎn)ai；其中，i＝1,2,3,...,m；

18、其中，i≠j≠k；

19、若對(duì)應(yīng)時(shí)刻運(yùn)輸車輛的車廂內(nèi)存在偏移危險(xiǎn)點(diǎn)ai，則生成掃描監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)；

20、若不存在偏移危險(xiǎn)點(diǎn)ai，則進(jìn)一步分析，分析如下：獲取偏移存險(xiǎn)點(diǎn)bj的數(shù)量和偏移安全點(diǎn)ck的數(shù)量，并代入計(jì)算公式，計(jì)算位移綜檢值p，計(jì)算公式如下：

21、

22、其中，t為偏移存險(xiǎn)點(diǎn)bj的數(shù)量；n為偏移安全點(diǎn)ck的數(shù)量；βt和βn分別為偏移存險(xiǎn)點(diǎn)bj和偏移安全點(diǎn)ck對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子，且βt>βn；r為誤差修正因子；

23、若位移綜檢值p超過預(yù)設(shè)位移綜檢閾值，則生成掃描監(jiān)測(cè)第二異常信號(hào)。

24、優(yōu)選地，步驟三流程如下：

25、s301、獲得金屬管材外表面沿軸向的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；

26、沿著測(cè)量管段軸向，按照固定長(zhǎng)度間隔為nm，利用激光精確測(cè)量?jī)x獲得金屬管材外表面沿軸向的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)；空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)點(diǎn)集合q＝(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),...,(xm,ym,zm)；

27、s302、計(jì)算金屬管材截面橢圓方程的特征參數(shù)；

28、通過空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)確定每個(gè)測(cè)量截面的橢圓形狀特征，將獲得的相鄰截面數(shù)據(jù)點(diǎn)向擬合截面進(jìn)行投影，帶入橢圓方程中，獲得橢圓方程的特征參數(shù)，參數(shù)特征包括橢圓截面長(zhǎng)短軸半徑參數(shù)以及橢圓圓心坐標(biāo)；

29、具體地，將數(shù)據(jù)點(diǎn)集合q投影到同一個(gè)平面上，擬合一個(gè)橢圓方程，方程如下：

30、

31、其中，(x0,y0)是橢圓截面的中心坐標(biāo)；a為橢圓截面半長(zhǎng)軸長(zhǎng)度；b為橢圓截面半短軸長(zhǎng)度；

32、s303、計(jì)算最大彎曲變形撓度，確定管材的最大彎曲變形程度；

33、s304、獲得金屬管材最大偏離度的位置坐標(biāo)；

34、s305、判斷金屬管材是否發(fā)生塑性變形，若是，則產(chǎn)生測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)。

35、優(yōu)選地，步驟四具體過程如下：

36、當(dāng)接收到測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)及其對(duì)應(yīng)金屬管材編號(hào)位置時(shí)，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的車廂內(nèi)的震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以判斷是否超出了預(yù)設(shè)的震動(dòng)數(shù)據(jù)閾值：如果震動(dòng)數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)震動(dòng)數(shù)據(jù)閾值，則判定此時(shí)車廂內(nèi)處于震動(dòng)致?lián)p狀態(tài)，計(jì)算震動(dòng)時(shí)段車廂內(nèi)部處于震動(dòng)致?lián)p狀態(tài)的總時(shí)長(zhǎng)以及單次持續(xù)最大時(shí)長(zhǎng)，并得到廂震檢測(cè)值；若廂震檢測(cè)值超過預(yù)設(shè)廂震檢測(cè)閾值，則生成掃描監(jiān)測(cè)第三異常信號(hào)。

37、優(yōu)選地，s303中計(jì)算最大彎曲變形撓度，確定管材的最大彎曲變形程度，具體過程如下：

38、根據(jù)獲得的不同位置截面橢圓圓心坐標(biāo)(x1,y1)，(x2,y2)，(x3,y3),...，起點(diǎn)位置為(x0,y0)，連接所有橢圓圓心坐標(biāo)，繪制管材橢圓圓心曲線l1；

39、繪制一條通過起點(diǎn)(x0,y0)且與金屬管材原始方向平行的直線y＝y(tǒng)0，并將參考直線y＝y(tǒng)0標(biāo)記為參考直線l2；

40、找到圓心曲線l1上的點(diǎn)(xm,ym)，使得|ym-y0|最大，并將其標(biāo)記為hmax；hmax為橢圓圓心曲線l1與參考直線l2之間的最大垂直距離，即最大變形處弦高；

41、通過公式計(jì)算從起點(diǎn)(x0,y0)到最大變形處的水平距離d，計(jì)算公式如下：

42、d＝xm-x0；

43、通過公式計(jì)算最大彎曲變形撓度f(wàn)，計(jì)算公式如下：

44、f＝hmax+d。

45、優(yōu)選地，s304中，獲得金屬管材最大偏離度的位置坐標(biāo)，具體過程如下：

46、金屬管材不同位置的截面長(zhǎng)短軸半徑分別為ai和bi，其中，i為金屬管材位置編號(hào)；

47、對(duì)于每個(gè)位置編號(hào)i的金屬管材，計(jì)算其偏離度ei；計(jì)算公式如下：

48、

49、比較所有位置編號(hào)的偏離度ei，將偏離度ei值最大時(shí)對(duì)應(yīng)的截面位置imax，將位置imax的坐標(biāo)作為最大壓扁變形位置的坐標(biāo)，將其標(biāo)記為金屬管材起始點(diǎn)坐標(biāo)；

50、通過上述步驟，確定金屬管材發(fā)生最大壓扁變形的位置imax。

51、優(yōu)選地，s305具體過程如下：

52、拉伸應(yīng)變?chǔ)庞糜诒硎窘饘黉摬囊蚴芰Χa(chǎn)生的伸長(zhǎng)或縮短的程度，計(jì)算公式如下：

53、

54、其中，larc為金屬管材彎曲部分弧長(zhǎng)；l0為弦長(zhǎng)；弧長(zhǎng)是指金屬管材彎曲部分的曲線長(zhǎng)度；弦長(zhǎng)是指金屬管材彎曲部分兩端點(diǎn)之間的直線距離；

55、拉伸應(yīng)力表示金屬管材單位面積上所受的拉力大小，通過公式計(jì)算拉伸應(yīng)力，計(jì)算公式如下：

56、σ＝e·ε；

57、其中，e為金屬管材的彈性模量；

58、σy為金屬管材屈服強(qiáng)度，當(dāng)σ>σy時(shí)，則認(rèn)為位置編號(hào)為i的金屬管材發(fā)生了塑性變形，將其標(biāo)記為缺陷金屬管材，產(chǎn)生測(cè)量監(jiān)測(cè)第一異常信號(hào)。

59、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

60、1、本發(fā)明集成了數(shù)據(jù)采集、圖像處理、位置偏移監(jiān)測(cè)、震動(dòng)監(jiān)測(cè)、金屬管材變形評(píng)估、異常信號(hào)生成與報(bào)警、用戶界面等多個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬管材運(yùn)輸過程的全方位、實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，提高了監(jiān)控的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

61、2、本發(fā)明通過圖像處理技術(shù)，精確識(shí)別金屬管材在運(yùn)輸過程中的位置變化，結(jié)合預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行安全評(píng)估；震動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊實(shí)時(shí)分析車廂內(nèi)的震動(dòng)數(shù)據(jù)，評(píng)估震動(dòng)是否可能導(dǎo)致金屬管材損壞，提供了更加細(xì)致的監(jiān)測(cè)維度；引入激光精確測(cè)量?jī)x采集金屬管材外表面的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過擬合橢圓方程和計(jì)算特征參數(shù)，評(píng)估金屬管材的變形情況；通過計(jì)算最大彎曲變形撓度和最大偏離度位置坐標(biāo)，能夠準(zhǔn)確判斷金屬管材是否發(fā)生塑性變形，這是傳統(tǒng)監(jiān)控手段難以實(shí)現(xiàn)的。

62、3、本發(fā)明不僅監(jiān)測(cè)位置偏移和震動(dòng)，還結(jié)合金屬管材的變形情況進(jìn)行綜合評(píng)估，生成不同類型的異常信號(hào)，異常信號(hào)的生成基于多個(gè)維度的監(jiān)測(cè)結(jié)果，提高了系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。