本發(fā)明屬于工程機(jī)械安全運(yùn)行預(yù)測(cè)的，涉及了一種基于大數(shù)據(jù)的挖掘機(jī)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代化建設(shè)的加速推進(jìn)，挖掘機(jī)作為工程施工中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的安全性不僅關(guān)乎工程進(jìn)度和質(zhì)量，更加直接地關(guān)系到施工人員的人身安全，挖掘機(jī)的運(yùn)行安全性日益受到重視。實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，挖掘機(jī)面臨著復(fù)雜多變的工作環(huán)境和氣候條件，這些因素可能對(duì)挖掘機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。例如，地形起伏、地貌特征、障礙物分布等環(huán)境因素，以及溫度、濕度和風(fēng)速等氣候條件，這些因素對(duì)其安全運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅并可能影響挖掘機(jī)的作業(yè)效率和安全性。

2、氣候條件是影響挖掘機(jī)安全運(yùn)行的重要因素之一。溫度、濕度和風(fēng)速等氣候參數(shù)的變化都可能對(duì)挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生顯著影響。高溫環(huán)境可能導(dǎo)致挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱、液壓系統(tǒng)失效，而濕度過(guò)大則可能影響挖掘機(jī)的電氣系統(tǒng)和部件的絕緣性能。此外，強(qiáng)風(fēng)和暴雨等惡劣天氣條件還可能增加挖掘機(jī)的操作難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3、基于上述問(wèn)題，現(xiàn)有的挖掘機(jī)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的工程施工安全需求，迫切需要一種能夠綜合考慮挖掘機(jī)及其工作環(huán)境和氣候條件的安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要能夠準(zhǔn)確創(chuàng)建挖掘機(jī)及其工作環(huán)境的三維模型，實(shí)時(shí)地獲取并分析挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、工作環(huán)境數(shù)據(jù)及氣候條件數(shù)據(jù)，綜合分析溫度、濕度和風(fēng)速氣候參數(shù)的變化對(duì)挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生的影響，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并采取相應(yīng)的預(yù)警措施，確保挖掘機(jī)的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決不易綜合分析溫度、濕度、風(fēng)速的氣候參數(shù)變化對(duì)挖掘機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生影響的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于大數(shù)據(jù)的挖掘機(jī)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)。

2、一種基于大數(shù)據(jù)的挖掘機(jī)安全運(yùn)行預(yù)警系統(tǒng)，包括：挖掘機(jī)三維模型建立模塊、工作環(huán)境三維模型建立模塊、氣候條件仿真模塊、模型導(dǎo)入與對(duì)齊模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成模塊、預(yù)警閾值制定模塊；

3、所述挖掘機(jī)三維模型建立模塊，用于創(chuàng)建挖掘機(jī)及其各部件的三維模型，獲取挖掘機(jī)及其各部件的運(yùn)行狀態(tài)；

4、所述工作環(huán)境三維模型建立模塊，用于創(chuàng)建挖掘機(jī)工作環(huán)境的三維模型，獲取挖掘機(jī)工作環(huán)境內(nèi)的地形和地貌的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

5、所述氣候條件仿真模塊，用于工作環(huán)境的氣候條件仿真實(shí)驗(yàn)，獲取不同氣候條件下挖掘機(jī)及其各部件的運(yùn)行狀態(tài)；

6、所述模型導(dǎo)入與對(duì)齊模塊，用于挖掘機(jī)三維模型和工作環(huán)境三維模型同步導(dǎo)入并對(duì)齊至ar三維模型；

7、所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成模塊，用于采集的數(shù)據(jù)清洗、整合、標(biāo)準(zhǔn)化處理；

8、所述預(yù)警閾值制定模塊，用于構(gòu)建挖掘機(jī)安全運(yùn)行預(yù)警模型，設(shè)定預(yù)警閾值和預(yù)警規(guī)則。

9、優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括：圖形化展示與交互優(yōu)化模塊；

10、所述圖形化展示與交互優(yōu)化模塊，用于ar三維模型內(nèi)的挖掘機(jī)安全運(yùn)行預(yù)警信號(hào)展現(xiàn)給操作者和管理人員，具體包括：圖形化展示單元、交互優(yōu)化單元；

11、所述圖形化展示單元，將不同類型的障礙物分別設(shè)置不同的顏色或圖標(biāo)區(qū)分，不同的顏色來(lái)區(qū)分挖掘機(jī)及其各部件，將預(yù)警信息以圖形化方式展示在工作環(huán)境三維模型；

12、所述交互優(yōu)化單元，允許調(diào)整ar三維模型的透明度，提供多種視角切換功能，提供視覺、聽覺、觸覺反饋。

13、優(yōu)選的，所述挖掘機(jī)三維模型建立模塊，包括：

14、采用包括三維激光掃描、結(jié)構(gòu)光掃描高精度掃描技術(shù)，對(duì)挖掘機(jī)以及挖掘機(jī)的各個(gè)部件掃描；

15、掃描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維建模工具，構(gòu)建挖掘機(jī)三維模型；

16、采集挖掘機(jī)關(guān)鍵部件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成與動(dòng)態(tài)標(biāo)記模塊。

17、優(yōu)選的，所述工作環(huán)境三維模型建立模塊，包括：

18、利用地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)，構(gòu)建挖掘機(jī)的工作環(huán)境三維模型；

19、不同類型的障礙物設(shè)置成不同的顏色或圖標(biāo)；

20、采集地形和地貌的高程數(shù)據(jù)，所述高程數(shù)據(jù)傳輸至所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成與動(dòng)態(tài)標(biāo)記模塊。

21、優(yōu)選的，所述氣候條件仿真模塊，包括：

22、利用氣象臺(tái)預(yù)測(cè)服務(wù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)，高效整合和采集氣候條件數(shù)據(jù)，獲取工作環(huán)境的關(guān)鍵氣候參數(shù)；

23、所述工作環(huán)境的關(guān)鍵氣候參數(shù)導(dǎo)入所述工作環(huán)境三維模型，模擬作業(yè)環(huán)境的氣候條件。

24、優(yōu)選的，所述模型導(dǎo)入與對(duì)齊模塊，包括：

25、挖掘機(jī)三維模型和工作環(huán)境三維模型導(dǎo)入到3d引擎或軟件平臺(tái)；

26、對(duì)齊到地面或?qū)R到參考點(diǎn)，使得挖掘機(jī)三維模型和工作環(huán)境三維模型在虛擬空間中的位置和比例正確；

27、挖掘機(jī)三維模型和工作環(huán)境三維模型添加精準(zhǔn)的碰撞體，使得碰撞檢測(cè)的邏輯與模型的實(shí)際形狀高度匹配；

28、ar三維模型的幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格優(yōu)化，形成既真實(shí)又富有交互性的虛擬環(huán)境。

29、優(yōu)選的，所述預(yù)警閾值制定模塊，包括挖掘機(jī)及其各部件老化的程度和濕度納入溫度預(yù)警閾值公式：

30、twarn＝tmax-δt-(a×y)-(h×ch)

31、其中，twarn是溫度預(yù)警閾值；tmax是挖掘機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下能夠安全工作的最高溫度；δt是安全裕量；a表示挖掘機(jī)老化對(duì)溫度耐受性影響的系數(shù)；y是挖掘機(jī)的使用年數(shù)或維護(hù)記錄；h是濕度對(duì)挖掘機(jī)散熱效果影響的系數(shù)；ch是當(dāng)前濕度值。

32、優(yōu)選的，所述預(yù)警閾值制定模塊，包括地形和風(fēng)向納入風(fēng)速預(yù)警閾值公式：

33、vwarn＝vsafe×k-(te×δve)-(d×δvd)

34、其中，vwarn是風(fēng)速預(yù)警閾值；vsafe是挖掘機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)條件下能夠安全作業(yè)的最大風(fēng)速；k是一個(gè)安全系數(shù)；te是地形阻擋對(duì)風(fēng)速影響的系數(shù)；δve是地形阻擋導(dǎo)致的風(fēng)速減小量；d是風(fēng)向與挖掘機(jī)作業(yè)方向之間的夾角；δvd是風(fēng)向變化對(duì)風(fēng)速穩(wěn)定性影響的量。

35、優(yōu)選的，所述預(yù)警閾值制定模塊，包括綜合考慮多種環(huán)境因素建立綜合預(yù)警公式：

36、wwarn＝wt×ft(t)+wv×fv(v)+wh×fh(h)+we×fe(e)+ctv×ftv(t,v)+cth×fth(t,h)

37、其中，wwarn表示綜合預(yù)警值；wt，wv，wh，we分別是溫度、風(fēng)速、濕度和地形的權(quán)重系數(shù)；ft(t)，fv(v)，fh(h)，fe(e)分別是溫度、風(fēng)速、濕度和地形的非線性函數(shù)；

38、t，v，h，e分別是溫度、風(fēng)速、濕度、地形的當(dāng)前值；ctv，cth分別是溫度和風(fēng)速、溫度和濕度之間的相互作用系數(shù)；ftv(t,v)，fth(t,h)分別是溫度和風(fēng)速、溫度和濕度之間的相互作用函數(shù)。

39、優(yōu)選的，所述圖形化展示與交互優(yōu)化模塊，包括：通過(guò)包含可穿戴設(shè)備和移動(dòng)app的多種渠道，預(yù)警信息通過(guò)ar三維模型展現(xiàn)給操作者和管理人員。

40、綜上所述，本發(fā)明包括以下有益技術(shù)效果：

41、1.本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建高度精細(xì)化的挖掘機(jī)及其工作環(huán)境的三維模型，不僅涵蓋了挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、液壓系統(tǒng)壓力、行駛速度等關(guān)鍵運(yùn)行的參數(shù)，還深入考慮了工作環(huán)境的變化,如土壤硬度、地形坡度、障礙物位置及氣候條件等；通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成與預(yù)警閾值制定，系統(tǒng)能夠迅速識(shí)別出任何異?；驖撛诘陌踩[患，這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警機(jī)制極大地提高了挖掘機(jī)的運(yùn)行安全性，降低了事故發(fā)生的概率；

42、2.利用先進(jìn)的ar(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))技術(shù)，本發(fā)明將挖掘機(jī)三維模型和工作環(huán)境三維模型同步導(dǎo)入并對(duì)齊至全新的ar三維模型中。這一技術(shù)為操作人員提供了直觀、準(zhǔn)確的視覺參考，使他們能夠清晰地看到挖掘機(jī)在工作環(huán)境中的具體位置、姿態(tài)和作業(yè)范圍。這種直觀性不僅提高了操作人員的作業(yè)效率，還降低了操作難度和誤操作的風(fēng)險(xiǎn)；

43、3.本發(fā)明結(jié)合了大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析。通過(guò)對(duì)挖掘機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，系統(tǒng)能夠識(shí)別出挖掘機(jī)的潛在故障模式和異常行為，并提前采取措施進(jìn)行預(yù)警。這種基于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)警系統(tǒng)不僅提高預(yù)警的智能化水平，還增強(qiáng)了預(yù)警的準(zhǔn)確性。